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5.7生活中的圆周运动
一、教学目标
1、知识与技能目标
（1）进一步加深对向心力的认识，会在实际问题中分析向心力的来源。
（2）能运用匀速圆周运动的规律分析和处理生产和生活中的具体实例。
2、过程与方法目标
（1）学会分析圆周运动的方法，会分析拱形桥弯道等实际例子，培养理论联系实际的能力。
（2）培养学生独立观察、分析问题、解决问题的能力，提高学生概括总结知识的能力。
（3）通过对离心现象的实例分析，提高学生综合应用知识解决问题的能力。
3、情感、态度与价值观目标
（1）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。
（2）体会圆周运动的奥妙，培养学生学习物理知识的求知欲。
二、教学的重点与难点
1、教学重点：分析具体问题中向心力的来源。
2、教学难点：在具体问题中分析向心力来源，尤其是在火车转弯问题中。
三、教学方法
探究法、讲授法、讨论法，并辅以PowerPoint演示文稿以及图片
四、课时安排 1.5课时
五、教学过程
第1课时
（一）导入新课
请学生对生活中的圆周运动进行举例，复习引入本节新课。
师：可见生活中的圆周运动很普遍，那么这节课我们根据物体的受力情况再结合牛顿运动定律来研究几种生活中的圆周运动。
（二）进行新课
1、火车转弯
师：火车是当今社会的重要交通工具之一，那么它在转弯时受力情况是怎样的呢？接下来我们先来研究火车转弯的情况。
PPT：观看火车转弯和火车车轮的结构图片，请学生注意观察铁轨弯道的特点和火车车轮的特殊结构，教师介绍火车的车轮结构以及它与铁轨间的结构关系（轨道将两车轮的轮缘卡在里面）。
问题1：多媒体课件演示火车在平直轨道上匀速行驶的情况，并提出问题：火车受几个力作用?这几个力的关系如何?
生：火车受到4个力的作用，各为两对平衡力，即合外力为零．
师：对，火车受重力、支持力、牵引力及摩擦力．且四个力合力为零，其中重力和支持力的合力为零，牵引力和摩擦力的合力为零．
问题2：（过渡）如果内外轨一样高，火车转弯时与平直轨道上有什么不同呢?
生：转弯时火车的速度方向在不断变化，故其一定有加速度，其合外力一定不为零．
问题3：火车转弯时做圆周运动，需要向心力，那么此时它的受力情况又是怎样的？它转弯所需要的向心力由什么力来提供呢？
生：……
师：(画出受力示意图，并结合运动情况分析各力的关系)
由进一步受力分析得：火车除了受到重力、支持力、牵引力及摩擦力外，还必须受到一个指向圆心的力，即外轨的轮缘对铁轨的弹力，弹力的方向指向圆心，由它来给火车提供向心力。
问题4：为了由弹力提供向心力，外轨就得向内挤压铁轨，如果长期挤压后果会怎样?
生：由于火车质量、速度比较大，故所需向心力也很大．这样的话，轮缘和铁轨之间的挤压作用力将很大，导致的后果是铁轨容易损坏，轨缘也容易损坏．
问题5：(设疑引申)那么应该如何改进才能解决这一实际问题呢?
【学生活动】结合学过的知识加以讨论，提出可行的解决方案，同时再次展示火车转弯时候的图片，提醒学生观察轨道的情况
学生讨论后总结：
（1）如果在转弯处使外轨道略高于内轨道，火车受力不是竖直的，而是斜向轨道的内侧。它与重力的合力指向圆心，成为使火车转弯的向心力。
（2）如果根据转弯半径R和火车行驶速度v适当调整内外轨道的高度差，使转弯时所需要的向心力完全由重力G和支持力FN的合力提供，这样外轨道就不再受轮缘的挤压了。
师：下面我们一起通过具体的受力情况来对其进行定性和定量的分析。
分析：false
师：可是现实中，铁路建造完工后，倾斜角和转弯半径R就已确定，
因此要使外轨不受轮缘的挤压，应该调整火车的行驶速度。请求出这个速度？
生：false，false。false
师：那么，火车如果不是按此速度行驶，会怎么样呢？
生：讨论和交流后得到：
2、汽车过拱形桥
师：公路上的拱形桥也是很常见的，汽车过拱形桥时的运动也可以看成圆周运动。而同学们都知道拱形桥分为凸形桥和凹形桥，接下来我们先来探索汽车过凸形桥的情况。
幻灯片播放交通工具(自行车、汽车等)过拱形桥的图片。
投影问题情境：质量为m的汽车在凸形桥上以速度v行驶，若桥面的圆弧半径为R，试画出受力分析图，分析汽车通过桥的最高点时对桥的压力．
师：通过分析，你可以得出什么结论?
学生在练习本上独立画出汽车的受力图，推导出汽车对桥面的压力．学生代表发言．
投影学生推导过程，听取学生见解，点评、总结．
生：在最高点，对汽车进行受力分析，确定向心力的来源；由牛顿第二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．F压＝FN＝mg－mv2/R。可见，汽车对桥的压力F压小于汽车的重力G，并且压力随汽车速度的增大而减小．
师：请同学们进一步考虑当汽车对桥的压力刚好减为零时，汽车的速度有多大．当汽车的速度大于这个速度时，会发生什么现象?
生：把 F压=0代人上式可得，此时汽车的速度为false，当汽车的速度大于这个速度时，就会发生汽车飞出去的现象．这种现象我们在电影里看到过．
师：好，下面再一起共同分析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些还是小些．
生：类比汽车在凸形桥最高点的分析过程，通过对汽车进行受力分析，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．
[课堂练习]例1.质量为8×105kg的火车以30m/s的速度匀速转弯，弯道半径为R=900m转弯,火车轨距l=1.4m,要使火车通过弯道时仅受重力与轨道的支持力, 轨道应该垫高的高度
h为多少?(θ较小)
false例2.一辆载重汽车的质量为m，安全地以速度 分别通过凸形桥桥顶和凹形桥桥底，两桥的半径都为R。问：汽车对凸形桥桥顶的压力与对凹形桥桥底的压力大小之比为多少？
答案：3:5（过程略）
（三）归纳小结：
1、火车转弯 2、汽车过拱形桥
（让学生根据自己对本节内容的理解，在笔记本上将本节课的主要内容进行总结）
（四）布置作业： 完成P59“问题与练习”中的题目．
（五）板书设计：一、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．探究火车转弯处的临界速度
二、拱形桥：
1．汽车过凸形桥时，对桥面的压力，失重，最大速度false
2．汽车过凹形桥时，对桥面的压力，超重
（六）课后反思：
一节课下来，经过听课老师的听课和点评，我感觉收益良多，明白了教学中存在的好的一方面，肯定了自己；也暴露出自己的一些不足，需要进一步改进。好的地方是教学中我调整了一些内容和讲解的思路，把一些模棱两可的问题变得单一、指向性更强一些，让学生更便于分析解决，所以上课时条理显得很清晰。因为整个教学思路清晰，所以学生的主体性体现出来了。不足之处感觉两道例题有点简单，应该再复杂些。

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