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視頻標簽：生活中的圓周運動
所屬欄目：高中物理優(yōu)質課視頻
視頻課題：滬科版高一物理必修二第二章“生活中的圓周運動”新疆 - 哈密
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“生活中的圓周運動”教學設計
目標定位
一、知識與技能
1.鞏固向心力和向心加速度的知識； 2.會在具體問題中分析向心力的來源；
3.會用牛頓第二定律解決生活中較簡單的圓周運動問題。 二、過程與方法
1.通過對勻速圓周運動的實例分析，滲透理論聯(lián)系實際的觀點，提高分析和解決問題的能力；
2.通過勻速圓周運動的規(guī)律也可以在變速圓周運動中使用，滲透特殊性和一般性之間的辯證關系，提高分析能力；
三、情感、態(tài)度與價值觀
養(yǎng)成應用實踐能力和思維創(chuàng)新意識；運用生活中的幾個事例，激發(fā)學習興趣、求知欲和探索動機；通過對實例的分析，建立具體問題具體分析的科學觀念.
設計思想
一．觀看視頻，引出課題
教師用多媒體播放西班牙與美國火車脫軌視頻并提出問題。 （1）大家看事故片段，看看為什么翻車？ （2）哪里容易翻車？做什么運動？
【設計意圖】1.引導學生產生對火車問題的探究欲望，明確研究火車轉彎問題的必要性，為接下來的探究做鋪墊；
2.在觀看的過程中也使學生體會生命的脆弱和寶貴；
二．提出問題，共同探究
【環(huán)節(jié)一】探究火車轉彎問題
學生：觀看視頻報道后，對報道內容進行分析：得出火車車速過快是導致火車翻車的根本原因，且明確了火車是在做圓周運動，在轉彎的時候容易翻車的事實。
教師：順勢提出今天研究的第一個課題火車的轉彎問題——水平面內的圓周運動。
教師用多媒體展示火車車輪和鐵軌的基本形狀，并提出下列問題： （1）圓周運動平面是哪個？圓心在哪里？ （2）由誰提供向心力？
學生思考：火車是在水平面內做圓周運動，所需向心力是由鐵軌與車輪之間的擠
壓力提供，并得到2
2
vFMRMR
的結論。
教師：用多媒體提出問題：
小試身手：火車速度為30m/s，彎道的半徑R =900m，火車的質量m =8×105kg，轉彎時輪緣對軌道側向的彈力多大？
（1） 外軌對輪緣的水平彈力提供火車轉彎的向心力，這種方法在實際中可取
嗎？為什么？
（2） 這一實際問題如何解決？
學生小組討論和交流：1.由計算數(shù)據(jù)得輪緣與外軌間的相互作用力太大，鐵軌和車輪極易受損！
2.根據(jù)向心力公式，要解決這一問題有以下方案。方案一：采用高級材料，減小火車質量；方案二：增大轉彎半徑；方案三：減小速度。
教師：對三種方案進行分析：先肯定從理論上這三種方案都可以。再分析方案一：受技術制約，且成本太大，不是很理想；方案二：容易受地理環(huán)境的局限；方案三：與火車提速矛盾。出示賽車彎道的圖片，提示學生用其他力去代替彈力的作用效果
請一位同學按照方案三改裝的轉彎火車進行受力分析，=F=MgtanF
合向，tanvgR
教師用多媒體提出問題： （2）如果火車的車速比正常情況下小，向心力還是原來的大小嗎？由誰來提供？如果車速比正常情況大又如何？車速過快將發(fā)生什么情況？
學生思考：火車車速過慢將由內輪和鐵軌的擠壓力、重力以及鐵軌對火車的支持力的合理提供向心力。車速過快則有外輪和外軌的擠壓力、重力以及鐵軌對火車的支持力提供向心力，車速過快，所提供的向心力不足，火車將發(fā)生脫軌翻
車事故。教師總結： 由2
tanvmgmR
，當火車按照彎道規(guī)定速度行駛時，向
心力恰由重力和支持力的合力提供，供需平衡。當速度過小，需要的變小，則擠壓內軌減小提供的向心力。當速度過大，需要的變大，則擠壓外軌增大提供的，壓力過大會損壞外軌脫軌。
【設計意圖】：本環(huán)節(jié)通過對火車轉彎問題的探究，使學生掌握水平面內的圓周運動的一般研究方法。在解決問題的過程中感受物理學的偉大和源于生活高于生活的美。
【環(huán)節(jié)二】探究凹凸路面問題
教師：由火車過度到汽車，探究汽車行駛過程中與圓周運動緊密聯(lián)系的實際問題。有時候汽車突然爆胎引發(fā)事故，我將其中一段路面理想化處理就如下圖一樣，類似于兩個圓弧組成。
多媒體出示問題：下面同學們思考一個問題，如果這輛載重汽車以不變的速度行駛，A、B兩點哪里更容易爆胎？為什么？
學生分小組交流和討論：在B點更容易爆胎。如果在A點對汽車進行受力分，
再根據(jù)圓周運動公式可得： 如果在B點對汽車進行受力分析，再根據(jù)圓周運動公式可得：
汽車行駛速度越大，汽車對凹面的壓力越大，易爆胎，對凸面壓力越小，當
vgR時，0N,汽車完全失重，平拋出去。
教師：我們如果把剛才的凹凸路面理想化，建立起研究凹凸路面問題的一般模型，就完全可以把剛才研究凹凸路面的方法推廣到研究整個豎直平面內的圓周運動，例如研究拱形橋問題等等，請同學聯(lián)系所學知識，解釋生活中拱形橋多，而凹型橋少見的原因 。
A B 2
N
v
FmgmR2
'NvFmgmR
教師：這節(jié)課到現(xiàn)在為止，我們已經(jīng)探究了研究水平面內的圓周運動和豎直面內的圓周運動，并分別得到了研究的方法，接下來同學們能不能總結一下研究圓周運動的一般方法。
學生思考總結：
處理圓周運動問題的一般步驟： （1）找圓周，定圓心； （2）分析力，求合力; （3）列方程
【設計意圖】本環(huán)節(jié)通過對凹凸路面問題的探究，使學生掌握豎直平面內的圓周運動的一般研究方法，并通過感受建立模型的過程，使學生明白模型的重要意義。此外，通過對圓周運動一般研究方法的總結，使學生的總結方法的能力得到進一步提升。
【環(huán)節(jié)三】探究航天器里的失重現(xiàn)象
教師多媒體提出問題：剛才我們分析汽車過凸的路面時，如果速度不斷變大將會飛出去，現(xiàn)在不斷在大腦里把橋放大，想象成一個地球，凸面的半徑就是地球半徑R（約為6400km），排除一切阻力，汽車將會做怎樣的運動？ 教師多媒體展示問題：
（1）如果汽車質量是m，重力加速度為g，那么汽車達到剛才的那種狀態(tài)速度應該要多大？
（2）汽車座椅對駕駛員的支持力為多大？
學生思考：汽車將永遠不會掉下來，貼著地球表面做圓周運動，速度大小是
vgR.
對汽車駕駛員進行受分析，如下圖所示根據(jù)牛頓第二定律和向心力公式可得
2
mvmgNR
因為vgR，故座椅對駕駛員的支持力0N，根據(jù)牛頓第三
定律可得駕駛員對座椅的壓力0N，駕駛員處于失重狀態(tài)。
教師總結：如果我們把這個汽車想象成空間站等繞著地球旋轉的航天器的話，里面的駕駛員就是宇航員，他們所處的狀態(tài)也是失重狀態(tài)。 【設計意圖】通過對航天器中失重現(xiàn)象的分析，是學生對于豎直面內的圓周運動有一個更深刻的認識。
【環(huán)節(jié)四】課堂練習（學生板演，學生糾錯）
一輛質量 m的小轎車，駛過半徑R=的一段圓弧形橋面。
(1)若橋面為凹形，汽車以1v通過橋面最低點時，對橋面的壓力是多大？ (2)若橋面為凸形，汽車以2v通過橋面最高點時，對橋面的壓力是多大？ (3)汽車以多大速度凸形橋面頂點時，對橋面剛好沒有壓力？ 【設計意圖】理論聯(lián)系實際，學以致用。
【環(huán)節(jié)五】：課后思考
教師用多媒體展示：如果那輛繞地球表面做圓周運動的汽車的速度變慢了一點點，他將會做什么運動？
【設計意圖】為下章天體運動奠定基礎。
教有所思
通過本節(jié)課的學習，學生能在教師的引導下積極參與，進行猜想、思考、討論。通過對幾個實例的分析，使學生總結出圓周運動的一般分析方法，理解物理與生活的聯(lián)系，學會用科學、合理的方法處理問題，提高學生綜合應用知識解決問題的能力，充分體驗了物理學源于生活高于生活的藝術美。
視頻來源：優(yōu)質課網(wǎng) www.jjlqy.cn
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