生活中的圆周运动 .docVIP

高一物理教学案 科目 物理 年级 高一 作者 时间 年 月 日 课题 §5.7生活中的圆周运动 教学目标 1、知道向心力是圆周运动的物体半径方向的合力，不管是匀速圆周运动还是变速圆周运动。 2、通过日常生活中的常见例子，学会分析具体问题中的向心力来源。 3、能理解运用匀速圆周运动规律分析和处理生活中的具体实例。 教材分析 ︵ 重点难点︶ 理解向心力是一种效果力，在具体问题中能找到是谁提供向心力的，并结合牛顿运动定律求解有关问题是本节重点。关于临界问题的讨论和分析是本节难点。 教具准备 【新课导入】 对于做圆周运动的物体，不管是匀速圆周运动还是变速圆周运动，其在半径方向的合 外力大小必定是，方向始终指向圆心，与速度垂直， 该合外力又叫做向心力。这节课我们主要的学习目标就是通过一些实例的分析，让大家理 论结合实际加深对向心加速度及向心力等概念的理解，融会贯通牛顿第二定律。 一、铁路的弯道 师：生活中我们会见到各类转弯运动，如汽车转弯、火车转弯、飞机转弯等。这些转弯运动实际上都是圆周运动。我们下面来看一个汽车转弯的视频：汽车转弯翻车 由此引发一个我们必须思考的问题：怎样才能安全转弯呢？请同学们分析汽车安全转弯时的受力情况及向心力是由什么力提供。 生：汽车受重力、支持力、牵引力、摩擦力，向心力由汽车与地面间的静摩擦力提供。 师：汽车安全转弯的条件是什么？ 生：汽车要想安全转弯，静摩擦力必须能够提供向心力。随着汽车转弯速度的增大，所需的向心力增大，所需的静摩擦力增大。我们知道静摩擦力是有一个最大值的，如果汽车做圆周运动的速度大到所需的向心力大于最大静摩擦，即静摩擦力无法提供物体做圆周运动的向心力，这时，汽车将必发生侧移，不能够安全转弯。所以条件应该是，当两者相等时，汽车恰好能安全转弯。 师：请大家求出汽车刚好能够安全转弯的最大速度。 生： 师：同学们能不能给出一些增大汽车转弯安全性的建议？ 生：从公式我们发现某一拐弯处的最大速度取决于μ、r两个量，要想增大转弯的安全性，我们可以增大动摩擦因数μ和拐弯半径。 师：很好，为了增加转弯的安全性，除了以上说的两点外，工程师们对转弯处路面还做了些重要处理。仔细观察下面两幅图片，研究工程师们设计的公路弯道有什么特点？并思考为什么要这样设计？ 生：路面是倾斜的。 师：请大家讨论一下这样做的原因，画出受力分析图并思考汽车转弯向心力的来源。 学生作图，教师巡视，要提醒学生虽然路面是倾斜的，但车还是在水平面内做圆周运动，向心力还是在水平面，指向圆心。 师：如果不能完成上题的思考，可对照思考。 玻璃球沿碗（透明）的内壁在水平面内做匀速圆周运动，如图。（不计摩擦）试分析向心力的来源。 师：现在大家应该得到结论了吧。将路面倾斜的原因是让支持力与竖直方向成一角度，这样支持力的水平分力就可以提供部分向心力，减小静摩擦力的负担。 师：如果倾斜路面是光滑的，汽车能转弯吗？ 生：能，根据上面例题可知，即使没有摩擦力，只靠重力与支持力的合力充当向心力也可以做圆周运动，此时的速度是个定值,假设路面与水平面夹角为θ，则有 师：如果汽车转弯速度大于这个值呢？或者小于这个值呢？ 生：如果大于这个值，则汽车向上滑，如果小于这个值，则向下滑。 师：对，这个时候就要靠路面的静摩擦力来帮忙了，当然最好就是以的速度转弯，这样既安全，又对汽车轮胎有保护作用。所以一般在公路拐弯处均有限速牌。如上两图右图。 师：在讨论了与汽车转弯相关的知识后，我们来研究火车转弯的问题。在当今社会，火车是非常重要的交通工具之一。在研究火车转弯的向心力来源之前我们必须先研究火车车轮与铁轨的构造，这与汽车在地面上静摩擦力提供向心力肯定是不一样的。对于火车的车轮和铁轨构造，大家平时都注意观察了吗？有哪位同学能告诉我它们的构造？ 不少学生可能没有见过，有同学见过火车，却没有细细观察过，大家请看下面一幅图 师：大家可以看到火车车轮有突出的轮缘，轨道将两轮缘卡在里面。如下图所示 师：如果铁路弯道是水平的，那火车转弯的向心力由谁来提供？ 生：火车转弯时有向外甩的趋势，车轮与轨道间就会发生挤压，是轨道对车轮的挤压力提供了火车转弯的向心力。 师：车轮与内轨挤压还是与外轨挤压？ 生：与外轨挤压。 FF F F 师：根据向心力公式可知，由于火车质量很大，速度也不小，所以转弯时需要的向心力也很大，如果仅靠车轮与轨道间的挤压来提供向心力，则铁轨与车轮极易受损。 师：同学们有什么方法将铁轨改进一下，克服这个缺点？ 生：跟汽车拐弯处一样，将路面倾斜。 师：很好，那应该是内轨高还是外轨高呢？ 生：应该是高于内轨。 师：跟汽车转弯时的受力分析一样，，火车转弯时如果能以的速度转弯，这时，火车圆周运动的向心力完全由重力和支持力的合