资源简介

7.生活中的圆周运动
1.教学目标
知识与技能
（1）能定性分析火车外轨比内轨高的原因
（2）能定量分析汽车过拱形桥最高点和凹形桥最低点的压力问题
（3）知道航天器中的失重现象的本质
（4）知道离心运动及其产生的条件，了解离心运动的应用和防止
过程与方法
（1）会用牛顿第二定律分析圆周运动
(2）进一步领会力与物体的惯性对物体运动状态变化所起的作用
情感态度与价值观
仔细观察生活中的物理现象，发现它们的趣味性，并通过火车脱轨事件感受科学的严谨性与必要性
2.教学重点
(1）巩固向心力和向心加速度的知识
(2）会在具体问题中分析向心力的来源
3.教学难点
会用牛顿第二定律解决生活中较简单的圆周运动问题
4.教学过程
1.导入
教师自己用矿泉水瓶和细线制作一个水流星，装上水，加入两滴红墨水，上课导入时先做水平面内的圆周运动（圆锥摆），让学生观察，借机复习提问上节课所学知识，然后再做竖直平面内的变速圆周运动，这时学生会好奇的质疑开口的矿泉水瓶里的水为什么经过最高点时没有流出来，为了解决这一问题我们用所学的圆周运动知识来解决生活中的圆周运动问题。让学生举出生活中都有哪些圆周运动。
2.新课进行
展示图片
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活动2【讲授】知识回顾，复习匀速圆周运动的受力特点。 评论
1、物体做匀速圆周运动时，受力有何共同点：物体需要向心力，由合力提供向心力
2、向心力的特点
?????方向：总是指向圆心
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3、向心力公式的再理解：
活动3【活动】课堂互动，探究火车转弯。 评论
?实例一：火车转弯
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?????观察车轮的构造：火车的车轮上有突出的轮缘
（1）若内外轨道一样高（水平弯道）
?????向心力由外侧轨道对车轮轮缘的弹力提供。
缺点：由于火车质量很大，故轮缘和外轨间的相互作用力很大，易损坏铁轨，也不安全。
思考：请设计一个方案让火车沿轨道既安全通过弯道，又减少轨道与轮缘的挤压？
????在实际火车与轨道设计中，利用轮缘挤压只能增加小部分的向心力；垫高外轨可增加较多的向心力
（2）?最佳方案：外轨略高于内轨（倾斜弯道）
????火车转弯时，外轨道应该适当垫高。使火车通过弯道时，受到重力与支持力的合力恰好提供向心力，
????此时内轨和外轨同轮缘都不相互挤压。向心力完全由重力G和支持力N的合力提供
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问题1：轨道对轮缘无挤压，此时火车的速度为多大？
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问题2：（思考与讨论，小组合作解决问题）
若火车速度大于或小于临界值，轨道对轮缘有挤压吗？
???①??当?v????
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???②??当?v?>?v0??时，轮缘受到外轨向内的弹力。
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???播放视频：火车速度太快，在弯道容易发生事故（脱轨）。
???③??类比：火车转弯→赛车转弯
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活动4【活动】课堂互动，探究汽车过拱桥。 评论
实例二：汽车过拱桥
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问题1：?为什么生活中的桥大部分是凸形桥而不是凹形桥？
（1）凸形桥和凹形桥比较：
???????? 已知汽车的质量为m，桥的半径为r，汽车通过最高点和最低点的速度为v
???①??凸形桥：（思考与讨论，学生在黑板书写解题步骤）
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??②??凹形桥：（思考与讨论，学生在黑板书写解题步骤）
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总结反思：通过做题分析的过程，学生总结解决圆周运动问题的一般思路。
??如果把地球看成一个巨大的拱桥，汽车有没有可能绕着地球做圆周运动呢？
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?当 v=√gr?时，由重力提供向心力，座舱对航天员的支持力FN=0??，航天员处于完全失重状态
实例三：航天器中的失重现象
播放视频：天宫一号中航天员不一样的生活。
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活动6【活动】课堂互动，解释水流星和过山车之谜。 评论
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????????
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（2）类比：过山车→水流星→解释水不掉下来的原因。
活动7【活动】课堂互动，探究合力和向心力的关系。 评论
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???①??离心运动的应用：洗衣机脱水，棉花糖的制作，无缝钢管的制造，纺织品干燥等
?????? 引导学生解释洗衣机脱水，棉花糖制作的原理。?
???②? 离心运动的防止：在公路弯道转弯，车辆不允许超过规定的速度，会因离心运动造成交通事故。
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???? 当汽车转弯的半径一定时，汽车的速度v越大，所需的向心力也越大，静摩擦力也越大，当静摩擦力为最大静摩擦力时：
?????（最大安全过弯速度）
提出问题：要保证汽车安全过弯，你能想到什么方法和措施？
???①?增大圆盘半径????????????????????????????
? ?②?增加路面的粗糙程度
???③?增加路面高度差——外高内低????
?? ④??最重要的一点:司机应该减速慢行!
小结：
从“供”“需”两方面来进行研究
“供”——分析物体受力，求沿半径方向的合外力
“需”——确定物体轨道，找圆心、定半径、用公式，求出所需向心力
“供”“需”平衡做圆周运动
作业：教材P29页问题与练习

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