资源简介

《竖直面内的圆周运动》


【教学目标】
1、知识与技能
（1）能够对在竖直面内做圆周运动的物体在经过最低点和最高点时的运动情况进行分析
（2）区分绳拉物体和杆连物体这两类不同的物理模型。
（3）能够清楚物体在竖直平面内做圆周运动过最高点的临界情况
2、过程与方法
（1）通过对圆周运动的实例分析，渗透理论联系实际的观点。
（2）锻炼学生观察、分析、抽象、建模的解决实际问题的方法和能力。
3、情感态度与价值观
通过观察与讨论，实际体验，培养学生分析问题、解决问题的能力。
【教学重点】
（1）运用实物分析，让学生区分绳拉物体和杆连物体这两类不同的物理模型。
（2）不同模型竖直平面内做圆周运动过最高点的临界条件分析
【教学难点】
区分绳拉物体和杆连物体这两类不同的物理模型，区分小球受力情况的差异，从而理解不同情况下临界条件的分析。
【教学策略】
本节课是《圆周运动》的第三课时，对一个物理概念的认识，一般需经三个阶段：一、感性的认识，二、理性的抽象，三、理性的具体。这一节课是圆周运动具体的应用，而且结合前边的受力分析，并且为后续的学习做铺垫。本节课以亲身体验起点，让学生去感受绳连接的物体在竖直面内圆周运动的特点。通过对现象的观察结合以前的受力分析，给出绳连接的物体通过最高点的临界条件。通过笔杆等手边的工具去感受杆连接的物体的受力情况以及通过最高点的临界情况。让学生利用手边可以得到的物品去感受，去调动学生积极性参与教学活动，充分体现“教师主导，学生主体”的教学原则。
学生是课堂教学的主题，现代教育更注重在教学过程中对学生的学法指导。本节课学生主要采用以下学法：
1、实验引入 2、观察分析 3、讨论总结 4、巩固应用
【教学流程】
本节课分为四个环节，利用细线连接物体感受绳连接物体通过最高点的临界条件；利用笔等物体感受杆连接物体通过最高点的临界条件；绳杆综合练习；小结及作业。
【教学过程设计】
教 师 活 动
学 生 活 动
设计意图
教
学
过
程
观看一些图片，介绍一些生活当中的圆周运动的实例。竖直面内的圆周运动合外力并不指向圆心，即改变速度的大小，也改变速度的方向，但是对于竖直面内圆周运动的最高点和最低点，合外力指向圆心，所以我们研究这两个点比较多一些。
一、 新课教学
（一）、细绳连接的物体通过最高点的临界条件
让学生用事先准备好的细绳连接一个物体做竖直面内的圆周运动。同时思考下边的问题。
1、如何能让物体在竖直平面内做完整的圆周运动？
2、在物体从最低点运动到最高点的过程中，哪个位置拉力最大，哪个位置拉力最小？
3、不断减小物体的初始速度，会看到什么现象？
结论：绳子只能给物体以拉力，让物体不飞出去，但是却不能支撑物体。这个物体没有支撑。如果想要通过最高点，一定要有一定的速度。那么这个最小速度是多少呢？
20948654067810【例1 】如图所示，长为L=0.1m的绳子一端固定，另一端系一质量为m=0.1kg的小球，若小球能够通过圆周的最高点，则小球的速度至少为多少？
通过分析力F的特点，可以看到小球经过最高点的临界条件
【例1变式 】如图所示，长为L=0.1m的绳子一端固定，另一端系一质量为m=0.1kg的小球，如果小球通过最高点的速度为v=1.5m/s，此时绳子对球的拉力多大？
【例2】观看摩托飞车视频，演员可以通过圆周运动的最高点，那么对演员的速度有什么要求
实际图形
抽象出来的图形（尽量让学生画出来）
用“过山车”模型模拟运动员通过最高点
总结两个模型有什么共同特点
由于绳子对于小球的只能提供拉力；外轨道对小球只能提供推力，两者对小球都不能提供支撑。
如果物体要完成完整的圆周运动，一定在最高点之前物体与绳，物体与轨道之间的作用力不能为零。
那有没有什么材料可以对小球提供支撑呢？
（二）、杆连接的物体通过最高点的临界条件
让学生拿笔杆等去模拟杆连接物体在竖直面内的圆周运动，去感受即使速度很慢，物体仍然不会落下来。
【例3】一根长0.4m的轻杆，一端固定一个质量为0.2kg的小球另一端连在一水平转轴上，一起在竖直平面内做圆周运动。（g=10m/s2）
156019566040
（1）若小球经过最高点时的速度是2m/s，则杆对球的作用力是多大
（2）若小球刚好能够通过最高点，则小球的速度至少为多少？求此时杆对球的作用力。
（3）当他们经过最高点时小球的速度大小是3m/s,求这时杆对球的作用力
用三张幻灯片将三种情况展示出来，让学生有明显的对比，去感受杆既可以给物体拉力，也可以给物体支撑力。
总结：
1．临界条件：由于轻杆的支持作用，小球恰能达到最高点的临界速度v临界=0。
2．最高点时轻杆对小球的弹力情况与小球通过最高点的速度有关
反馈练习
20605756744335如图所示,细杆的一端与小球相连, 可绕过O点的水平轴自由转动,现给小球一初速度,使它做圆周运动,图中A、B分别表示小球轨道的最高点和最低点，则杆对球的作用力可能是（ ）
A．A处为拉力，B处为拉力
B. A处为拉力， B处为推力
C. A处为推力， B处为推力
D. A处为推力， B处为拉力
还有什么模型，与杆一样可以给物体以支撑呢？
几种模型的对比
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（三）、绳杆综合练习
轻杆一端固定一个小桶，另一端连在一水平转轴上，一起在竖直平面内做圆周运动若小桶的重心到水平转轴的距离为L，若小桶恰能做完整的圆周运动，则小桶在最高点的速度至少为多少？现在在小桶里装入少量水，为了使水不从小桶内流出，则小桶通过最高点的速度至少为多少？
（四）课后作业
如图所示是一个设计“过山车”的试验装置的原理示意图，光滑斜面AB与竖直面内的圆形轨道在B点平滑连接，圆形轨道半径为R．一个质量为m的小车（可视为质点）在A点由静止释放沿斜面滑下，
（1）若要小车能顺利通过最高点C，则A点高度应满足什么条件？
（2）若要小车运动过程中不脱离轨道，则A点高度应满足什么条件？
学生回答生活当中竖直面内圆周运动
学生：要给物体一个速度
学生：在最低点力大，在最高点，力小
学生：物体会离开圆轨道
学生对小球在最高点进行受力分析，并列出牛顿第二定律方程。
mg+F=mv2/L
学生给出临界条件
当F=0时候，小球过最高点的速度最小。
falsemg=mv2/L
学生练习
感受绳子不脱离轨道，就要绳和物体之间有力的作用。
对演员在最高点受力分析，并列牛顿第二定律方程。
mg+FN=mv2/R
当FN=0时候，小球过最高点的速度最小
false
学生演示实验
两种情况下，物体都没有支撑
在最高点对小球受力分析，列牛顿第二定律方程。
（1）F+mg=mv2/L
F= 0
（2）F+mg=mv2/L
由于轻杆的支持作用，
小球恰能达到最高点的临界速度
false
F= -2N
“-”表示什么含义呢？启发学生去体会力的方向
（3）F+mg=mv2/L
F= 2.5 N
巩固练习
由单轨道想到双轨道模型
引导学生和实际生活联系在一起
让学生亲身去体验绳子的特点。
能够将实际情况抽象成物理模型
巩固所学知识
联系实际，并让学生自己画出抽象的模型
亲自体验，提高兴趣。
透过现象看本质
通过三种速度的比较，让学生感性并且理性的体会杆对物体的力，既可以是拉力，也可以是支持力。由于物体有杆的支撑，所以即使速度再小，物体也不会掉落。
学会类比
这道问题可以让学生充分去感受有支撑和没有支撑的差异。
课后巩固练习

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