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(共26张PPT)
第三章 圆周运动
第三节：离心现象
重现情境
如果你是驾驶员，雨雪天气时，你在繁昌东段会以80km/h的速度转弯吗？说说理由？
一、生活中常见的离心现象
二、汽车在水平路面上转弯
提问1：汽车在水平路面上转弯，向心力来源是什么？
汽车所受的静摩擦力
二、汽车在水平路面上转弯
提问2：为什么说汽车所受是静摩擦力？
①在转弯过程中，轮胎产生与运动方向相反的形变，阻碍轮胎与地面的相对运动，属于静摩擦力。
②且轮胎与地面的接触过程中，每一个瞬间两者都是相对静止的，因此产生的摩擦力是静摩擦力
汽车侧向所受的静摩擦力作为汽车在水平路面上转弯所需要的向心力来源：
匀速圆周运动
侧滑
O
mg
FN
f
即：
供＝需
供<需
二、汽车在水平路面上转弯
三、汽车在弯道上转弯
提问：汽车在内低外高的弯道处转弯，其向心力来源是什么？
汽车受力分析图应该如何绘制？
一些急弯处，道路内低外高
三、汽车在弯道上转弯
轨道可以近似处理为一个倒圆台
r
N
mg
Ny
Nx
提问：如何提升弯道的安全速度？
1、加大转弯半径
2、加大外侧与内侧路面的倾角
3、增大路面的粗糙程度
4、设置限速标志
火车外轨高于内轨，它转弯的平面是水平面还是倾斜面？
四、火车转弯的向心力分析
轮缘
观察：课桌上的火车轨道和车轮模型
思考：火车转弯时做圆周运动，是什么力提供向心力？
θ
FN
G
O
F合
θ
重力与支持力的合力
充当圆周运动的向心力
四、火车转弯的向心力分析
H
L
O
G
FN
F合
θ
θ
F合＝mg tanθ
F向 = m
v2
R
v＝ gR tanθ
火车转弯时的安全速度
四、火车转弯的向心力分析
当夹角很小时：
L
H
2、当 v＜ gR tanθ ：
1、当 v＞ gR tanθ ：
G
FN
θ
轮缘受到外轨向内的弹力，外轨易损坏。
G
FN
θ
F
F
轮缘受到内轨向外的弹力，内轨易损坏。
铁路弯道处超速是火车脱轨和翻车的主要原因。
四、火车转弯规律小结
【算一算】根据从铁道部门了解外轨比内轨最高不超过175mm，两轨间距为1435mm，转弯半径为7000m，请计算火车此时的限定速度是多少？
332km/h
四、火车转弯规律小结
因此，为了保护轨道、保证火车行驶安全，需要限制火车过弯速度
五、飞机转弯
重力和空气对它的作用力的合力提供向心力
提问：飞机受力分析图应该如何绘制？其向心力来源是什么？
思考：飞机在改变飞行方向时，为什么倾斜机身
观察以下两种现象，找出小球和火星运动的的共同点：
共同特点：
物体都脱离原来运动的圆周轨迹
离心运动
六、离心运动
1.定义：物体逐渐远离圆心的运动
2.离心运动的本质：
①物体具有惯性→
②物体在圆周运动过程中总有沿着切线方向飞出的趋势
3.离心运动的条件：实际受到的向心力<运动所需要的向心力
分别顺时针、逆时针转动转盘，观察红蓝墨水轨迹
七、实验探究离心现象轨迹——“墨水旋风”
红色：逆时针旋转
蓝色：顺时针旋转
七、实验探究离心现象轨迹——“墨水旋风”
如何根据轨道形状判断旋转方向？
八、生活中常见的离心现象
1.洗衣机的脱水桶
2.离心水泵
水从衣物上分离，被甩出脱水桶
水泵内转子高速旋转，实现将水从低处抽往高处
3.用离心机将体温计的水银柱甩回玻璃泡内
八、生活中常见的离心现象
4.高速旋转的飞轮
高速旋转的飞轮或砂轮一但破裂，碎片高速飞出，对人员造成重大危害。
因此要对飞轮或砂轮加上防护罩，并进行必要的限速。
针对训练1-如图所示，光滑水平面上，质量为m的小球在拉力F作用下做匀速圆周运动．若小球运动到P点时，拉力F发生变化，下列关于小球运动情况的说法中正确的是( 　)
A．若拉力突然变大，小球将沿轨迹Pb做离心运动
B．若拉力突然变小，小球将沿轨迹Pb做离心运动
C．若拉力突然消失，小球将沿轨迹Pa做离心运动
D．若拉力突然变小，小球将沿轨迹Pc做近心运动
九、典例分析
针对训练1-如图所示，光滑水平面上，质量为m的小球在拉力F作用下做匀速圆周运动．若小球运动到P点时，拉力F发生变化，下列关于小球运动情况的说法中正确的是( 　)
A．若拉力突然变大，小球将沿轨迹Pb做离心运动
B．若拉力突然变小，小球将沿轨迹Pb做离心运动
C．若拉力突然消失，小球将沿轨迹Pa做离心运动
D．若拉力突然变小，小球将沿轨迹Pc做近心运动
九、典例分析
BC
离心运动
向心运动
匀速圆周运动
匀速直线运动
针对训练2-如图所示，水平转盘上的A、B、C三处有三块可视为质点的由同一种材料做成的正方体物块．B、C处物块的质量相等且为m.A处物块的质量为2m；点A、B与轴O的距离相等且为R，点C到轴O的距离为2R，转盘以某一角速度匀速转动时，A、B、C处的物块都没有发生滑动现象，下列说法中正确的是( )
A．C处物块的向心加速度最大
B．A处物块受到的静摩擦力最小
C．当转速增大时，最先滑动起来的是C处的物块
D．当转速继续增大时，最后滑动起来的只是A处的物块
九、典例分析
针对训练2-如图所示，水平转盘上的A、B、C三处有三块可视为质点的由同一种材料做成的正方体物块．B、C处物块的质量相等且为m.A处物块的质量为2m；点A、B与轴O的距离相等且为R，点C到轴O的距离为2R，转盘以某一角速度匀速转动时，A、B、C处的物块都没有发生滑动现象，下列说法中正确的是( )
A．C处物块的向心加速度最大
B．A处物块受到的静摩擦力最小
C．当转速增大时，最先滑动起来的是C处的物块
D．当转速继续增大时，最后滑动起来的只是A处的物块
九、典例分析
AC
角速度相同/ 让教学更有效 精品 | 物理学科
3.3-离心现象 教学设计
教学目标
1.理解车辆转弯的问题 2.理解离心运动的概念和条件
教材分析
【教材地位】 本节是本节是圆周运动章节的延伸，从匀速圆周运动过渡到非匀速的离心现象，为后续学习蔡唯运动规律、天体运动和机械振动奠定基础。 教材通过生活中的实例（如火车转弯、洗衣机脱水桶）引入离心现象，分析其产生条件，并总结规律。 【教材内容】 教材主要分为四个部分，采用"分-总-用"的三阶递进结构：先从“车辆转弯所需的向心力、竖直平面内的圆周运动“两个方面，通过归纳火车过弯、凹凸桥的特点，构建物理模型，进行受力分析；接着给出了离心运动的具体定义、特点、物理本质等；最后，从生活中对离心现象的应用与防护入手，从物理的角度分析其原因，并给出相关利用与防护建议，培养学生的科学思维。 【内容特点】 本节是第三章第三节的内容，主要侧重于“离心现象”概念的建构过程，让学生能够联系生活中的离心现象，提高蔡唯小狗的教学水平。 注重理论与实践结合，通过实验和案例分析帮助学生理解离心现象的本质； 注重培养学生对于知识的迁移运用能力，能够利用圆周运动所学相关公式进行定量计算。
学情分析
【认知基础】 1. 知识基础：学生已掌握圆周运动的基本概念，但对离心现象的产生条件和应用可能存在困惑。 2. 能力基础：具备一定的抽象思维能力与模型建构能力；对生活中一些常见的物理现象也有一定分析问题的能力。 【认知障碍】 1. 学生易混淆“离心运动”与“惯性运动”的区别。 2. 对“向心力不足导致离心现象”的动态过程难以想象。 3. 应用离心原理解释实际问题时缺乏灵活性。
教学重难点
【教学重点】 1.离心现象的定义和产生条件。 2.离心现象在生活中的应用与危害。 【教学难点】 1.理解“实际向心力<所需向心力”时物体做离心运动。 2.分析火车转弯、砂轮破裂等实际案例中的离心现象。
教学方法
问题教学法、实验探究法、案例分析法
教学用具
课件、转盘与墨水实验装置、火车转弯模型、多媒体视频等
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
情境启航 兴趣激发 走近生活认识离心现象 【课题引入】 教师播放雨天汽车打滑侧翻的视频。 提问： Q1.雨雪天气，弯道上总会出现交通事故。假如你是司机，你会在弯道上高速行驶吗？ ——不会，弯道行驶速度过快容易导致车辆侧翻。 Q2.假如你是公路的设计师，为了提高车辆转弯的安全速度，如何设计道路？ ——将道路的弯道设计更大。 ——增大路面摩擦。 【模型一：水平面内汽车转弯向心力分析】 播放照片：水平面内汽车转弯 教师提问： 1. 汽车转弯的圆平面在哪？圆心在哪？ 2. 向心力由谁提供？ ——静摩擦力 假设弯道的摩擦因数为u，半径为R，安全行驶的速度是多少？ —— —— 4. 根据理论分析，为了提高过弯安全速度，如何设计路面？ ——增大路面的摩擦系数 教师追问：但摩擦系数u不可能无限的增大，u太大，对车辆轮胎的磨损也很大，而转弯半径的增大则要考虑当地的地理条件，比如我们的盘山路。 你还能想出什么办法提高过弯的安全速度吗？ 观看视频与图片，归纳其共同点； 观看汽车转弯视频，分析其所受的向心力，并对汽车进行完整的受力分析。 分析在什么情况下，汽车或出现转弯侧滑的情况？ 激活生活经验，建立物理与现实的联系，让学生对于离心运动有一个直观认识； 培养受力分析能力，建立物理模型。
生活建模 向心力 探究 【模型二：火车转弯轨道特点分析】 图片展示：水平火车轨道模型 教师提问：火车在水平面内做圆周运动，向心力由谁提供？ 图片进一步延伸展示：弯道上火车轨道通常设计为内低外高。当火车以限定速度过弯时不会挤压轨道。 小组讨论：限定的速度v0 跟轨道的倾斜角度、过弯半径有什么关系？当实际速度不等于限定速度v0时，会发生什么现象？ （提醒：明确火车转弯的圆平面、圆心向心力由谁提供） ——对于速度在三种不同情况下，对火车挤压轨道的现象分别进行归纳（学生完成学案）。 【模型三：飞机转弯向心力分析】 图片展示与提问：“观察飞机转弯时的姿态，思考： 飞机在改变飞行方向时，为什么倾斜机身？ ——“飞机保持一定的倾斜角度，飞机转弯时所需的向心力由重力和空气对它的作用力的合力提供。” 观察火车轨道与车轮的关系，思考火车是如何在轨道上保持稳定的； 观察火车弯道处的轨道，归纳其特点，思考并回答为什么火车轨道内低外高？ 绘制火车受力分析图（重力、支持力、合力指向圆心） 通过物块所受合力F=mgtanθ ，根据圆周运动向心力分析，求解火车的安全通过速度。 观察飞机转弯的图片，思考飞机转弯的向心力来源。 理解向心力与轨道设计的关联性。 引导学生思考，提出为什么火车轨道内低外高，从圆周运动角度进行引导分析。 学会类比迁移与应用，对于不同的轨道，以及飞机转弯模型学会迁移运用。
概念辨析实验探究 【离心运动】 图片展示：一旦绳子断裂，小球就会沿着它所在处圆弧的切线方向飞出。 F合=F向时，物体做圆周运动 F合=0时，由于惯性，物体直线运动 教师提问：F合走进生活 综合运用 通过展示生活中常见的对于“离心现象”的应用与防护，增强学生对于离心运动的理解，并且学会构建物理模型进行定性分析与定量计算。 （每组分析一个案例填写表格并派代表讲解） 模型图示原理解释洗衣机的脱水桶 “洗衣机脱水时，水为什么被甩出？” ——“水滴需要的向心力大于附着力时，因惯性沿切线飞出。”离心水泵“水泵是如何实现将水从低处抽往高处的” ——“叶轮高速旋转时，水因离心力被甩向外缘，形成低压区吸入新水，实现连续抽水”利用离心机甩温度计的玻璃泡“为什么温度计的玻璃泡可以读数归零” ——“玻璃泡内的水银因离心力向泡底聚集，克服表面张力作用，实现读数归零”高速旋转的飞轮“高速飞轮碎片飞出属于什么现象？如何防护？” —— “离心现象；需加装防护罩，防止碎片因惯性伤人。”
尝试列举更多生活中关于离心运动的实例，并简要阐述其原理。 对于给出的模型进行分析，学会用离心运动的条件进行解释说明。 讨论飞轮破裂的危害及防护措施。 1. 联系实际，让学生体会物理知识的实用性。 2. 重点讲述离心运动的防护，培养学生的安全意识与社会责任感。
迁移应用 深化理解 回归生活，学以致用 【对离心运动条件的理解】 对于离心运动条件的判断关键是需要对比物体所需要的向心力大小与外界所提供的实际向心力大小，通过供需对比，来判断物块的运动状态。 【不同质量、不同半径情况下的离心运动对比】 在同一个转盘上的物块，其所受向心力需要分为静摩擦力与滑动摩擦力两个阶段。 在不同半径下，对不同质量的物块的离心运动顺序的判断，属于是高频考点与教学难点。 根据小球所受的拉力大小与圆周运动所需要的向心力大小进行比较，对比供需，来判断物块运动状态。 计算物块静摩擦力最大值，判断滑动的临界条件。 归纳比较不同半径、不同质量的小球滑动的先后顺序，归纳此类题目做题通法。 强化定量分析能力。 突破“质量与半径对离心影响”的难点。/ 让教学更有效 精品 | 物理学科
必修二 第三章第三节：离心现象
学习任务单
学习目标
1.理解离心现象的定义和产生条件，认识离心现象在生活中的应用和危害。 2.通过实验和理论分析，掌握离心运动的本质，能够解释实际现象中的离心现象 3.通过实验探究离心现象的轨迹，培养学生观察、分析和归纳的能力 4.认识离心现象的双面性，增强安全意识，体会物理知识与实际生活的紧密联系
课上学习任务
【学习任务一】水平面内汽车转弯的向心力分析 Q1:水平路面上汽车转弯时，汽车的受力分析图如何绘制？ Q2:汽车转弯时是什么力提供向心力，保证汽车正常转弯？ Q3:假设汽车所受的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，汽车安全运行的最大速度为？ 【学习任务二】斜面上汽车转弯的向心力分析 Q1:赛车手过弯、自行车手过弯，均可以明显看出弯道处内低外高， 这时的轨道可以将其处理为什么形状？ Q2:如何利用夹角α与圆周运动半径表示运动员的运动速度？ Q3:如何有效提升弯道的安全速度？ 【学习任务三】火车转弯的向心力分析 Q1:火车外轨高于内轨，它转弯的平面是水平面还是倾斜面？ Q2:要使火车通过弯道时的向心力由__________和__________的合力提供，表达式为： 可以推导出安全行驶速度大小为： ，火车做圆周运动时向心力方向如何？ 【算一算】火车质量为m ,火车转弯半径为r,铁轨高为H,两轨间距为L，要使火车通过弯道时仅受重力与轨道的支持力，则转弯速度v0的表达式是什么？(重力加速度为g，很小时， ) 【比一比】对比火车转弯的不同速度：根据从铁道部门了解外轨比内轨最高不超过175mm，两轨间距为1435mm，转弯半径为7000m，请计算火车此时的限定速度是多少？ 【火车转弯归纳总结】如果火车转弯时的速度大于或小于安全速度，轨道对轮缘有挤压吗？轮缘会挤压哪一侧轨道？请用表格归纳不同速度下的结果。 速度火车运动状态挤压轨道侧v>v0离心趋势增强v=v0完美转弯v【学习任务四】飞机转弯的向心力分析 Q1:观察飞机转弯时的姿态，思考：飞机在改变飞行方向时，为什么倾斜机身？
【学习任务五】离心运动的本质与条件 1.定义：物体逐渐脱离 的运动 2.离心运动的本质： ①物体具有 →②物体在圆周运动过程中总有沿着 飞出的趋势 3.离心运动的条件：实际受到的向心力 （>或<或=）运动所需要的向心力
【学习任务六】实验探究离心现象轨迹——“墨水旋风” 若转盘为顺时针旋转，离心轨迹偏向 ； 若转盘为逆时针旋转，离心轨迹偏向 。
【学习任务七】生活中的离心现象分析 现象原理分析应用或危害洗衣机的脱水桶水被甩出是因________力不足提供向心力快速脱水离心水泵叶轮高速旋转时，水因 力被甩向外缘，形成低压区吸入新水，实现连续抽水用于农业灌溉、工业排水等场景利用离心机甩温度计的玻璃泡玻璃泡内的水银因 力向泡底聚集，克服表面张力作用，实现读数归零快速复位体温计，方便重复使用高速旋转的飞轮碎片因具有________飞出
需加防护罩
【学习任务八】描述圆周运动快慢的应用

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