2022年高一物理教案：《生活中的圆周运动》.docx

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1、2022年高一物理教案：生活中的圆周运动质点在以某点为圆心半径为r的圆周上运动，即质点运动时其轨迹是圆周的运动叫圆周运动。它是一种最常见的曲线运动。例如电动机转子、车轮、皮带轮等都作圆周运动。下面是课件网小编带来的高一物理教案：生活中的圆周运动。整体设计圆周运动是生活中普遍存在的一种运动.通过一些生活中存在的圆周运动，让学生理解向心力和向心加速度的作用，知道其存在的危害及如何利用.通过对航天器中的失重想象让学生理解向心力是由物体所受的合力供应的，任何一种力都有可能供应物体做圆周运动的向心力.通过对离心运动的学习让学生知道离心现象，并能充分利用离心运动且避开因离心运动而造成的危害.本节内容着重于

2、学问的理解应用，学生对于一些内容不易理解，因此在教学时留意用一些贴近学生的生活实例或是让学生通过动手试验来得到结论.留意引导学生应用牛顿其次定律和有关向心力学问分析实例，使学生深刻理解向心力的基础学问；娴熟驾驭应用向心力学问分析两类圆周运动模型的步骤和方法.熬炼学生视察、分析、抽象、建模的解决实际问题的方法和实力；培育学生的主动探究精神、应用实践实力和思维创新意识.教学重点1.理解向心力是一种效果力.2.在详细问题中能找到向心力，并结合牛顿运动定律求解有关问题.教学难点1.详细问题中向心力的来源.2.关于对临界问题的探讨和分析.3.对变速圆周运动的理解和处理.课时支配1课时三维目标学问与技能1

3、.知道假如一个力或几个力的合力的效果是使物体产生向心加速度，它就是圆周运动的物体所受的向心力，会在详细问题中分析向心力的来源.2.能理解运用匀速圆周运动的规律分析和处理生产和生活中的详细实例.3.知道向心力和向心加速度的公式也适用于变速圆周运动，会求变速圆周运动中物体在特别点的向心力和向心加速度.过程与方法1.通过对匀速圆周运动的实例分析，渗透理论联系实际的观点，提高学生的分析和解决问题的实力.2.通过匀速圆周运动的规律也可以在变速圆周运动中运用，渗透特别性和一般性之间的辩证关系，提高学生的分析实力.3.通过对离心现象的实例分析，提高学生综合应用学问解决问题的实力.情感看法与价值观培育学生的应

4、用实践实力和思维创新意识；运用生活中的几个事例，激发学生的学习爱好、求知欲和探究动机；通过对实例的分析，建立详细问题详细分析的科学观念.教学过程导入新课情景导入赛车在经过弯道时都会减速，假如不减速赛车就会出现侧滑，从而引发事故.大家思索一下我们如何才能使赛车在弯道上不减速通过?课件展示自行车赛中自行车在通过弯道时的情景.依据展示可以看出自行车在通过弯道时都是向内侧倾斜，这样的目的是什么?赛场有什么特点?学生探讨结论：赛车和自行车都在做圆周运动，都须要一个向心力.而向心力是车轮与地面的摩擦力供应的，由于摩擦力的大小是有限的，当赛车与地面的摩擦力不足以供应向心力时赛车就会发生侧滑，发生事故.因此赛

5、车在经过弯道时要减速行驶.而自行车在经过弯道时自行车手会将身体向内侧倾斜，这样身体的重力就会产生一个向里的分力和地面的摩擦力一起供应自行车所需的向心力，因此自行车手在经过弯道时没有减速.同样道理摩托车赛中摩托车在经过弯道时也不减速，而是通过倾斜摩托车来达到同样的目的.下面大家考虑一下，火车在通过弯道时也不减速，那么我们如何来保证火车的平安呢?复习导入1.向心加速度的公式：an= =rω2=r（ ）2.2.向心力的公式：Fn=m an= m =m rω2=mr（ ）2.推动新课一、铁路的弯道课件展示视察铁轨和火车车轮的形态.探讨与探究火车转弯特点：火车转弯是一段圆周运动，

6、圆周轨道为弯道所在的水平轨道平面.受力分析，确定向心力（向心力由铁轨和车轮轮缘的相互挤压作用产生的弹力供应）.缺点：向心力由铁轨和车轮轮缘的相互挤压作用产生的弹力供应，由于火车质量大，速度快，由公式F向=mv2/r，向心力很大，对火车和铁轨损害很大.问题：如何解决这个问题呢?（联系自行车通过弯道的状况考虑）事实上在火车转弯处，外轨要比内轨略微高一点，形成一个斜面，火车受的重力和支持力的合力供应向心力，对内外轨都无挤压，这样就达到了爱护铁轨的目的.强调说明：向心力是水平的.F向= mv02/r = F合= mgtanθv0= （1）当v= v0，F向=F合内外轨道对火车两侧车轮轮缘都

7、无压力.（2）当v>v0，F向>F合时外轨道对外侧车轮轮缘有压力.（3）当v<0，时内轨道对内侧车轮轮缘有压力.要使火车转弯时损害最小，应以规定速度转弯，此时内外轨道对火车两侧车轮轮缘都无压力.二、拱形桥课件展示交通工具（自行车、汽车等）过拱形桥.问题情境：质量为m的汽车在拱形桥上以速度v行驶，若桥面的圆弧半径为R，试画出受力分析图，分析汽车通过桥的点时对桥的压力.通过分析，你可以得出什么结论?画出汽车的受力图，推导出汽车对桥面的压力.思路：在点，对汽车进行受力分析，确定向心力的来源；由牛顿其次定律列出方程求出汽车受到的支持力；由牛顿第三定律求出桥面受到的压力FN&prime

8、;=G 可见，汽车对桥的压力FN′小于汽车的重力G，并且，压力随汽车速度的增大而减小.思维拓展汽车通过凹形桥最低点时，汽车对桥的压力比汽车的重力大还是小呢?学生自主画图分析，老师巡回指导.课堂训练一辆质量m=2.0 t的小轿车，驶过半径R=90 m的一段圆弧形桥面，重力加速度g=10 m/s2.求：（1）若桥面为凹形，汽车以20 m/s的速度通过桥面最低点时，对桥面压力是多大?（2）若桥面为凸形，汽车以10 m/s的速度通过桥面点时，对桥面压力是多大?（3）汽车以多大速度通过凸形桥面顶点时，对桥面刚好没有压力?解答：（1）汽车通过凹形桥面最低点时，在水平方向受到牵引力F和阻力f.在

9、竖直方向受到桥面对上的支持力N1和向下的重力G=mg，如图所示.圆弧形轨道的圆心在汽车上方，支持力N1与重力G=mg的合力为N1-mg，这个合力就是汽车通过桥面最低点时的向心力，即F向=N1-mg.由向心力公式有：N1-mg= 解得桥面的支持力大小为N1= +mg=（2 000× +2 000×10）N=2.89×104 N依据牛顿第三定律，汽车对桥面最低点的压力大小是2.101×104 N.（2）汽车通过凸形桥面点时，在水平方向受到牵引力F和阻力f，在竖直方向受到竖直向下的重力G=mg和桥面对上的支持力N2，如图所示.圆弧形轨道的圆心在汽车的下

10、方，重力G=mg与支持力N2的合力为mg-N2，这个合力就是汽车通过桥面顶点时的向心力，即F向=mg-N2，由向心力公式有mg-N2= 解得桥面的支持力大小为N2=mg =（2 000×10-2 000× ）N=1.78×104 N依据牛顿第三定律，汽车在桥的顶点时对桥面压力的大小为1.78×104 N.（3）设汽车速度为vm时，通过凸形桥面顶点时对桥面压力为零.依据牛顿第三定律，这时桥面对汽车的支持力也为零，汽车在竖直方向只受到重力G作用，重力G=mg就是汽车驶过桥顶点时的向心力，即F向=mg，由向心力公式有mg= 解得：vm= m/s=30

11、m/s汽车以30 m/s的速度通过桥面顶点时，对桥面刚好没有压力.说一说汽车不在拱形桥的点或最低点时，它的运动能用上面的方法求解吗?汽车受到重力和垂直于支持面的支持力，将重力分解为平行于支持面和垂直于支持面的两个分力，这样，在垂直于支持面的方向上重力的分力和支持力的合力供应向心力.三、航天器中的失重现象引导学生阅读教材思索与探讨中提出的问题情境，用学过的学问加以分析，发表自己的见解.上面思索与探讨中描述的情景其实已经实现，不过不是在汽车上，而是在航天飞行中.假设宇宙飞船质量为M，它在地球表面旁边绕地球做匀速圆周运动，其轨道半径近似等于地球半径R，航天员质量为m，宇宙飞船和航天员受到的地球引力近

12、似等于他们在地面的重力.试求座舱对宇航员的支持力.此时飞船的速度多大?通过求解，你可以得出什么结论?其实在任何关闭了发动机，又不受阻力的飞行器中，都是一个完全失重的环境.其中全部的物体都处于完全失重状态.四、离心运动问题：做圆周运动的物体一旦失去向心力的作用，它会怎样运动呢?假如物体受的合力不足以供应向心力，它会怎样运动呢?结论：假如向心力突然消逝，物体由于惯性，会沿切线方向飞出去.假如物体受的合力不足以供应向心力，物体虽不能沿切线方向飞出去，但会渐渐远离圆心.这两种运动都叫做离心运动.结合生活实际，举出物体做离心运动的例子.在这些例子中，离心运动是有益的还是有害的?你能说出这些例子中离心运动

13、是怎样发生的吗?参考答案：洗衣机脱水棉砂糖制作无缝钢管魔盘嬉戏汽车转弯转动的砂轮速度不能过大汽车转弯时速度过大，会因离心运动造成交通事故水滴的离心运动洗衣机的脱水筒总结：1.供应的外力F超过所需的向心力，物体靠近圆心运动.2.供应的外力F恰好等于所需的向心力，物体做匀速圆周运动.3.供应的外力F小于所需的向心力，物体远离圆心运动.4.物体原先在做匀速圆周运动，突然间外力消逝，物体沿切线方向飞出.例1 如图所示，杂技演员在做水流星表演时，用绳系着装有水的水桶，在竖直平面内做圆周运动，大家探讨一下满意什么条件水才能从水桶中流出来.若水的质量m=0.5 kg，绳长l=60 cm，求：（1）点水不流出

14、的最小速率.（2）水在点速率v=3 m/s时，水对桶底的压力.解析：（1）在点水不流出的条件是重力不大于水做圆周运动所须要的向心力即mg≤ 则所求最小速率v0= m/s=2.42 m/s.（2）当水在点的速率大于v0时，只靠重力供应向心力已不足，此时水桶底对水有一向下的压力，设为FN，由牛顿其次定律有FN+mg= FN= -mg=2.6 N由牛顿第三定律知，水对桶底的作用力FN′=FN=2.6 N，方向竖直向上.答案：（1）2.42 m/s （2）2.6 N，方向竖直向上提示：抓住临界状态，找出临界条件是解决这类极值问题的关键.课外思索：若本题中将绳换成轻杆，将桶换成球，上面

15、所求的临界速率还适用吗?课堂训练1.如图所示，在水平固定的光滑平板上，有一质量为M的质点P，与穿过中心小孔H的轻绳一端连着.平板与小孔是光滑的，用手拉着绳子下端，使质点做半径为a、角速度为ω1的匀速圆周运动.若绳子快速放松至某一长度b而拉紧，质点就能在以半径为b的圆周上做匀速圆周运动.求质点由半径a到b所需的时间及质点在半径为b的圆周上运动的角速度.解析：质点在半径为a的圆周上以角速度ω1做匀速圆周运动，其线速度为va=ω1a.突然松绳后，向心力消逝，质点沿切线方向飞出以va做匀速直线运动，直到线被拉直，如图所示.质点做匀速直线运动的位移为s= ，则质点由半

16、径a到b所需的时间为：t=s/va= /（ω1a）.当线刚被拉直时，球的速度为va=ω1a，把这一速度分解为垂直于绳的速度vb和沿绳的速度v′.在绳绷紧的过程中v′减为零，质点就以vb沿着半径为b的圆周做匀速圆周运动.依据相像三角形得 ，即 .则质点沿半径为b的圆周做匀速圆周运动的角速度为ω2=a2ω1/b2.2.一根长l=0.625 m的细绳，一端拴一质量m=0.4 kg的小球，使其在竖直平面内绕绳的另一端做圆周运动，求：（1）小球通过点时的最小速度；（2）若小球以速度v=3.0 m/s通过圆周点时，绳对小球的拉力多大?

17、若此时绳突然断了，小球将如何运动?分析与解答：（1）小球通过圆周点时，受到的重力G=mg必需全部作为向心力F向，否则重力G中的多余部分将把小球拉进圆内，而不能实现沿竖直圆周运动.所以小球通过圆周点的条件应为F向≥mg，当F向=mg时，即小球受到的重力刚好全部作为通过圆周点的向心力，绳对小球恰好不施拉力，如图所示，此时小球的速度就是通过圆周点的最小速度v0，由向心力公式有：mg= 解得：G=mg= v0= m/s=2.5 m/s.（2）小球通过圆周点时，若速度v大于最小速度v0，所需的向心力F向将大于重力G，这时绳对小球要施拉力F，如图所示，此时有F+mg= 解得：F= -mg=（0.4&

18、times; -0.4×10）N=1.76 N若在点时绳子突然断了，则供应的向心力mg小于须要的向心力 ，小球将沿切线方向飞出做离心运动（事实上是平抛运动）.课堂小结本节课中须要我们驾驭的关键是：一个要从力的方面仔细分析，搞清谁来供应物体做圆周运动所需的向心力，能供应多大的向心力，是否可以改变；另一个方面从运动的物理量本身去仔细分析，看看物体做这样的圆周运动原委须要多大的向心力.假如供需双方正好相等，则物体将做稳定的圆周运动；假如供大于需，则物体将偏离圆轨道，渐渐靠近圆心；假如供小于需，则物体将偏离圆轨道，渐渐远离圆心；假如外力突然变为零，则物体将沿切线方向做匀速直线运动.布置作业

19、教材问题与练习第1、2、3、4题.板书设计8.生活中的圆周运动一、铁路的弯道1.轨道水平：外轨对车的弹力供应向心力轨道斜面：内外轨无弹力时重力和支持力的合力供应向心力二、拱形桥拱形桥：FN=G-m 凹形桥：FN=G+m三、航天器的失重现象四、离心运动1.离心现象的分析与探讨2.离心运动的应用与防止活动与探究课题：到公园里亲自坐一下称为魔盘的消遣设施，并探讨、探讨：魔盘上的人所需向心力由什么力供应?为什么转速肯定时，有的人能随之一起做圆周运动，而有的人渐渐向边缘滑去?视察并思索：1.汽车、自行车等在水平面上转弯时，为什么速度不能过大?2.视察滑冰运动员及摩托车运动员在弯道处的姿态，并分析其受力状

20、况.习题详解1.解答：因为正常工作时转动轴受到的水平作用力可认为是零，所以转动轴OO′将受到的作用力完全是由小螺丝钉P做圆周运动时须要的向心力引起的.故力F=mω2r=m（2πn）2r=0.01×（2×3.14×1 000）2×0.20 N=7.89×104 N.2.解答：这辆车拐弯时须要的向心力为F= =2.0×103× N=1.6×104 N>1.4×104 N所以这辆车会发生侧滑.3.解答：（1）汽车在桥顶时受力分析如图所示.汽车通过拱形桥则据牛

21、顿其次定律有G-FN= 代入数据可得FN=7 600 N，所以由牛顿第三定律有汽车对地面的压力为7 600 N.（2）当FN=0时，汽车恰好对桥没有压力，此时可得汽车的速度为v=22.4 m/s（g取10 m/s2）.（3）由式可知，对同样的车速，拱桥圆弧的半径越大，汽车对桥的压力就越大，所以拱桥的半径比较大些平安.（4）因为腾空时FN=0，所以其速度v= m/s=7 900 m/s即须要7 900 m/s的速度才能腾空.4.解答：对小孩的受力分析如图所示，则据牛顿其次定律有FN-G= 由机械能守恒定律有mgl（1-cos60°）= 两式联立代入数据可得FN=450N，故秋千板摆到最低点时，小孩对秋千板的压力是450N.设计点评本节课重点是圆周运动中向心力和向心加速度的应用，关键问题是要找出向心力是由谁来供应.圆周运动和生活亲密相关，学生简单受到生活中的定势思维所干扰，对向心力分析不足，所以教学中列举了生活中大量的常见现象，并借助生活中的事例进行辨析，通过师生分析、论证从而得出了正确的结论。第15页 共15页第 15 页 共 15 页第 15 页 共 15 页第 15 页 共 15 页第 15 页 共 15 页第 15 页 共 15 页第 15 页 共 15 页第 15 页 共 15 页第 15 页 共 15 页第 15 页 共 15 页第 15 页 共 15 页