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6.4生活中的圆周运动（教学设计）
【教材分析】
（一）教材分析
《课程标准》要求学生能用牛顿第二定律分析匀速圆周运动的向心力。这就要求学生首先要知道什么是向心力，明确向心力与向心加速度的关系，然后应用牛顿第二定律布列方程。本课内容是圆周运动有关知识的综合应用，是牛顿第二定律的重要应用之一，学习它有助于了解物理学的特点和研究方法，体会物理学在生活中的应用以及对社会发展的影响，同时也为后续知识的学习打下基础。
【学情分析】
（一）学情分析
本节是圆运动的应用课，内容丰富，教材中每个例子的选择都各有特长，很有代表性：铁路的弯道是分析水平面上的匀速圆周运动；拱形桥和凹形桥是分析竖直面上的非匀速圆周运动；航天器中的失重现象研究失重问题；离心运动则研究向心力不足时物体的运动趋势。
为了教好的落实三维目标，首先通过视频播放学生熟悉的生活示例，设疑学生思考，激发学生的求知欲，通过师生互活动探究、讲授、讨论教科书中的这几个实例，抓住先分析物体所受的力，分析向心力的来源，然后用牛顿第二定律列出方程、解方程的基本思想，使知识、技能、方法得以落实掌握。如何正确认识向心力的来源是教学中的重点与难点、教学中注意通过多分析实例使学生获得正确认识。讨论分析离心现象发生的条件和离心运动的定义，从生产、生活的实际问题中说明离心运动的应用和危害，充分体现了学以致用的思想。例题选取课题引入的水流星、棉花糖制作机的实事例为背景，巩固知识、提升能力同时也起到了前后呼应的效果。通过布置学生观察并思考的活动与探究课外作业，培养学生的探究意识，激发创新精神。
【教学目标】
（一）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】
（一）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】
（一）新课导入
新课引入：
师：观看视频：一段刺激的赛车事故录象；
师：谁能说说，赛车在什么地方最容易发生事故？
生：转弯时；在上坡和下坡时也容易发生事故。
师：大家的观察很仔细，为了研究的需要，我们先把车在这两处的运动情况，用示意图的形式显示出来吧。
师生互动：在黑板上画出示意图，找到共同点：赛车原来的运动可看做圆周，突然都偏离了原有的轨道，做远离圆心的运动！
师：生活中，你们见过其他的离心运动吗？
生1：链球运动员投掷链球时链球做离心运动。
师：（拿出课前准备的塑料球）找学生演示链球做离心运动实验，观察离心运动。
师：谁还能举出离心运动的例子？
生2：运动员在扔铁饼时，铁饼做离心运动。
师：其实，不仅体育运动中有离心运动，生活和生产中还有很多离心运动的实例。视频展示生产中的离心运动实例。为什么原来做圆周运动的物体，它突然会做离心运动呢
今天，我们就来研究生活中的圆周运动问题
【新课讲解】
汽车过拱形桥
火车转弯
前面我么学习的一般的曲线运动，弯曲的路径部分可以看成圆的一部分，然后利用圆周运动的知识解释就好了。火车转弯时候，这部分弯道的铁轨是可以看成圆的一部分因而具有向心加速度。
问题1：是什么力使它产生向心加速度？
观察火车的车轮，发现汽车轮胎不同的是, 火车的车轮上有突出的轮缘。在火车行进过程中，两条铁轨挤压轮缘，这样就能保持火车在轨道上行驶。下面我们分类讨论。
①如果铁路弯道的内外轨一样高。
火车转弯时，外侧车轮的轮缘挤压外轨。外轨发生弹性形变，外轨对轮缘产生一个向里的水平的弹力。对火车进行受力分析，重力、支持力以及弹力。观察发现重力支持力相互抵消（水平方向的不考虑），那么弹力是火车转弯所需向心力的主要来源。即
问题2：外轨对轮缘的水平弹力提供火车转弯时的这种方法在实际中可取吗？为什么？
火车质量太大，挤压铁轨，铁轨和车轮损坏快，这是不经济的。而且靠这种办法得到向心力，将会使轮缘与外轨间的相互作用力过大，不仅铁轨和车轮极易受损，还可能使火车侧翻。
问题3：实际中的弯道是如何设计的？为什么要这样设计？
②如果在弯道使外轨略高于内轨。
在拐弯的地方对齐进行受力分析，重力支持力和轮缘的弹力，我们发现铁轨对火车的支持力的方向不再是竖直的，而是斜向弯道的内侧，与重力不再是等大反向。用平行四边形求合力，发现它与重力G的合力指向圆心，大小是
F合＝mgtanθ
正是这个力为火车转弯提供了部分向心力，因为弹力也会提供一部分。
这就减轻了轮缘与外轨间的挤压。在修筑铁路时，要根据弯道的半径和规定的行驶速度，适当选择内外轨的髙度差，主要是调整好这个角度θ，使转弯时所需的向心力儿乎完全由重力G和支持力琮的合力来提供。
思考与讨论
高速公路转弯处和场地自行车比赛的赛道，路面往往有一定的倾斜度说说这样设计的原因。
展示动图，受力分析。汽车在这个斜面上受到竖直向下的重力和垂直斜面的向上的支持力，它们的合力提供汽车转弯所需的部分向心力。同理自行车转弯的时候，为什么我们都要侧着身体呢？受力分析后发现与火车很像。都是为了让支持力与重力的合力来提供向心力，这样可以保护路面和汽车。
生活的例子天上飞的例子。发现飞机转弯也是要侧着身子的，为什么呢？
小结：为了让支持力与重力的合力来提供向心力。
从这些例子我们再一次看出，向心力是按效果命名的力，任何一个力或几个力的合力，只要它的作用效果是使物体产生向心加速度，它就是物体所受的向心力。如果认为做匀速圆周运动的物体除了受到另外物体的作用，还要再受一个向心力，那就不对了。
【板书】
（一）板书
【课后反思】
（一）课后反思
这样的设计能使学生利用物理知识发现问题，然后再利用物理知识解决问题，理论联系实际，使学生对知识易于接受，同时提高了学生分析问题、解决问题的能力。
本节课也有一些地方没有能够讲清楚，主要是火车拐弯时水平方向的牵引力和摩擦力的问题，还有就是拐弯时轮缘受到的弹力变化，弹力的方向是否就是指向圆周运动的圆心？

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