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6.4生活中的圆周运动的教案
【教学目标】
物理观念：树立运动观念，加深学生对向心力的认识，使其会在实际问题中分析向心力的来源，并进行简单运算。
科学思维：通过对火车转弯、拱形桥看做匀速圆周运动的实例分析，渗透理论联系实际的观点，提高学生分析和解决问题的能力。。
科学探究：通过火车转弯、拱形桥物理模型的巩固，体会物理模型在物理学习中的重要性。
科学态度与责任：通过向心力在具体问题中的应用，培养学生将物理知识应用于生活和生产实践的意识。
【教学重难点】
教学重点
1、知道向心力不是一个特殊的力，能在具体的实例中正确地合成向心力。
2、灵活选用向心力和向心加速度公式求接圆周运动动力学问题。
教学难点
向心力、向心加速度公式适应变速圆周运动的理解。
【新课导入】
在铁路弯道处，稍微留意一下，就能发现内、外轨道的高度略有不同。你能解释其中的原因吗
【教师提出问题】圆周运动是一种常见的运动形式，在生活中有着广泛的应用，那么生活中的应用都有哪些呢？
【新课讲解】
火车转弯
火车在弯道上的运动特点
火车在弯道上运动时做圆周运动，因而具有向心加速度，由于其质量巨大，需要很大的向心力。如果转弯内外轨道一样高，则由外轨对轮缘的弹力提供向心力，这样铁轨和车轮极易受损。
2、向心力的来源分析
在修筑铁路时，要根据转弯轨道的半径和规定的行驶速度，适当调整内、外轨道的高度差，是转弯时所需的向心力完全由重力mg和支持力N的合力提供，从而使内、外轨不受轮缘的挤压。
推证：设车轨间距为L，两轨高度差为h，转弯处的半径为R,行驶的火车质量为m两轨所在平面与水平面的夹角为 ，则由三角形边角关系有。
对火车进行受力分析有。因为 很小，由三角函数知识，可认为。又由向心力公式可得。
显然，在g、h、R、L不变的情况下，火车转弯时的车速应该是一个确定值，此时，火车转弯向心力完全由重力和支持力的合力提供。
结论：1、当火车转弯速率v等于v0时，，内、外轨道对轮缘都没有侧压力。
2、当火车转弯速率v大于v0时，，外轨道对轮缘有侧压力。
3、当火车转弯速率v小于v0时，，内轨道对轮缘有侧压力。
汽车过拱形桥
展示一些桥的图片。
问题4：为什么桥不做成平的呢？
汽车过拱形桥
问题5：如图，车在桥上那个位置时容易塌？
乙，如果车站在乙位置，不会发生坍塌，那么在甲位置时，肯定也不会坍塌。所以只要我们知道乙位置的最大压力，那就可以知道整座桥的了。所以我们只研究乙位置的受力情况即可，即桥的最高点。
汽车过拱形桥时的运动也可以看作圖周运动。为此我们先来研究平桥的情况。
①汽车过平桥时，车对桥的压力怎样？
受力分析，由二力平衡可知这两个力等大反向，即压力等于重力。FN=G
②汽车过凸桥时，在最高点时，车对凸桥的压力又怎样？
公路上的拱形桥是常见的，汽车过桥时的运动也可以看做圆周运动。质量为m的汽车在拱形桥上以速度v前进，设桥面的圆弧半径为R，我们来分析汽车通过桥的最高点时对桥的压力。
鉴于向心加速度的方向是竖直向下的，为此我根据牛顿第二定律F合=ma，总结出样的一个规律：指向圆心的力-背向圆心的力=向心力
注意：向心力的表达式主要有两个和选速度的这个，汽车的速度在这里就可以看成是公式中的线速度了。
移项得
根据牛三定律，汽车对桥的压力与桥对汽车的支持力FN是一对作用力和反作用力，大小相等。所以压力的大小为
。
当这个行驶速度越大时，由公式看出来FN越小，即汽车对桥的压力小于汽车所受的重力G,而且汽车的速度越大，汽车对桥的压力越小。
问题6：当汽车以越来越大的速度通过拱形桥的最高点时，会发生什么现象？
当恰好无压力时，，时，桥面对车无压力车准备飞起来。（动图）
当时，汽车已经脱离桥面，易发生危险（动图）
只有才是安全的。
③汽车过凹桥时，在最低点时，车对凹桥的压力怎样？
同样把这桥看成圆周运动的一部分，在竖直方向对车进行受力分析。应该刚才的结论：
指向圆心的力-背向圆心的力=向心力。有
移项得： ，
根据牛三定律，汽车对桥的压力与桥对汽车的支持力FN是一对作用力和反作用力，大小相等。所以压力的大小为
当速度增大时，压力也是跟着增大的。当汽车的速度不断增大时，压力增加。当 压力过大时，汽车将压坏路面或爆胎。公路在通过小型水库泄洪闸的下游时常常要修建凹形路面，也叫“过水路面”。汽车通过凹形路面的最低点时 ,车对地面的压力比汽车所受的重力大，这样车就不容易被水冲走了。
小结：平桥的时候支持力等于重力，根据牛三定律，汽车对桥面的压力等于重力。同理拱形桥在最高点的压力小于重力的，处于失重状态。凹形桥处于超重状态。
航天器中的失重现象
航天器中的失重现象和离心运动
1．航天器在近地轨道的运动
(1)对航天器，在近地轨道可认为地球的万有引力等于其重力，重力充当向心力，满足的关系为Mg＝.
(2)对航天员，由重力和座椅的支持力提供向心力，满足的关系为mg－FN＝，由以上两式可得FN＝0，航天员处于完全失重状态，对座椅压力为零．
(3)航天器内的任何物体之间均没有压力．
2．对失重现象的认识
航天器内的任何物体都处于完全失重状态，但并不是物体不受地球引力．正因为受到地球引力的作用，才使航天器连同其中的乘员做匀速圆周运动．
3．离心运动
(1)定义：物体沿切线飞出或做逐渐远离圆心的运动．
(2)原因：向心力突然消失或外力不足以提供所需向心力．
离心运动
离心运动和近心运动
1、离心运动
（1）物体做离心运动的条件：合外力突然消失，或不足以提供所需的向心力。
（2）离心运动：做匀速圆周运动的物体，在所受合外力突然消失或者不足以提供所需的向心力情况下，做逐渐远离圆心的运动，这种运动叫做离心运动。
2、近心运动
（1）物体做离心运动的条件：合外力突然增大，或合外力大于所需的向心力。
（2）近心运动：做匀速圆周运动的物体，在所受合外力突然增大或者大于所需的向心力情况下，做逐渐靠近圆心的运动，这种运动叫做近心运动。
【板书】
6.4生活中的圆周运动
1．火车转弯
（1）讨论向心力的来源：
（2）外轨高于内轨时重力与支持力的合力是使火车转弯的向心力
（3）讨论：为什么转弯处的半径和火车运行速度有条件限制？
2．汽车过拱形桥
（1）思考：汽车过拱形桥时，对桥面的压力与重力谁大？
（2）圆周运动中的超重。失重情况。
3．航天器中的失重现象
4．离心运动
（1）离心现象的分析与讨论。
（2）离心运动的应用和防止。

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