《生活中的圓周運動》教學設計

程志攀

[中圖分類號]G623.5 [文獻標識碼]A [文章編號]2095—3089（2017）12-0066-01

教學目標：

1.知識與技能

（1）會在具體問題中分析向心力的來源，強化對實際提供給物體的向心力的認識。深刻領會到它是按效果命名的力。

（2）會運用牛頓第二定律解決生活中的一些勻速圓周運動問題。

2.過程與方法

（1）通過對火車車輪及鐵軌高度差異的調查，引導學生積極參入一些科學實踐活動，體驗科學探究過程，培養信息收集和處理的能力，并通過自己的努力解決一些問題。

（2）聯想政治課中“價值規律”，引導學生敢于突破潛意識的學科牢籠，有一種強烈存同求異的意識，能夠大膽猜想并嚴加考證，具備初步的科學探究能力。

3.情感態度與價值觀

（1）通過圓周運動表演和實地調查，培養學生參入科學活動的熱情。

（2）對一篇火車脫軌報道的分析，培養學生實事的科學態度和科學精神，具備應用物理知識判斷大眾傳媒有關信息是否科學的意識。

教學重點：1.會在具體問題中分析向心力的來源

2.提煉牛頓第二定律解決勻速圓周運動的思路。

教學難點：會運用牛頓第二定律解決生活中的一些勻速圓周運動問題。

回顧：

一、向心力的認識：提供的向心力與需要的向心力

勻速圓周運動：合外力就是提供的向心力。即∑F=ma_向

聯想：政治課中的價值規律也有提供和需要啊，和我們這里是否有相通的地方呢？（課下思考）

進入新課：上節課我們討論的是完整的勻速圓周運動模型，其實生活中還存在著大量的部分圓周運動，比如：各種車的轉彎。

一、實例分析

1.火車在轉彎

引入：平直的鐵路上，兩條鐵軌是等高的。火車之所以很少脫軌，跟它獨特的車輪特點是很有關系的，那么火車車輪究竟有著怎樣的特點呢？

學生：火車兩邊的車輪內側都有突出的邊緣，這樣就好像把火車卡在中間一樣，不容易翻身。實際是不是這樣呢？

問題1：如果在火車轉彎的位置，兩條鐵軌也是等高的。那么轉彎時所需要的向心力，具體來說，又是由誰來提供呢？

學生：外軌對輪緣的彈力。

過渡：依據牛頓第二定律F=m（v²/r），由于火車的質量很大，外軌對輪緣的彈力也就很大；輪緣對外軌的側向壓力就很大，而鐵軌側向接觸面積小，能夠承受的壓力就小，很容易發生形變。

問題2：那實際上轉彎的位置，兩條鐵軌是不是一樣高呢？

學生：外軌比內軌略高。

問題3：這樣設計有什么好處呢？

學生：將外軌微微抬高，發現鐵軌對火車的正向支持力方向不再豎直，而是斜向彎道道的內側，水平分力就可以提供一部分向心力，這就減輕了輪緣與外軌的擠壓。如果抬到適當高度，就可以使水平分力剛好能提供所需要的向心力。這個水平分力就是重力與支持力的合力。

[例題]：鐵路轉彎處的圓弧半徑是r，兩軌間距是d，內外軌的高度差為h，問規定火車通過這里的理想速度是v₂應滿足什么樣的關系呢？

討論：若V>V₀，則外軌對輪緣有側壓力；

若V

[問題4]：為何人們發現火車站附近，火車轉彎處出現外軌內側上部分光亮而內軌內側仍然如初呢？

學生：說明外軌內側與火車輪緣摩擦頻率高些，外軌內側與車輪邊緣經常出現擠壓，外軌對輪緣有側壓力，經過這個位置時，火車的速度比規定速度快些。

[例題]：日本火車脫軌事故并分析。

本報東京4月26日電（記者陳超）4月25日上午9時18分，日本兵庫縣尼崎市境內發生一起重大列車脫軌顛覆事故，此次事故現場為半徑300米的急轉彎處。為便于轉彎，外側鐵軌比內側鐵軌高出97毫米。這樣的急轉彎以時速70公里的速度通過，火車是否因為超速而脫軌？

[總結]運用牛頓第二定律解決勻速圓周運動問題思路

二、勻速圓周運動的解題思路

畫軌跡、找圓心、定半徑

明確對象 運動分析 受力分析 列方程解

二力：平行四邊形

一般：正交分解

注：參考向心加速度方向

[社會實踐]：汽車在平直公路上轉彎和在高速公路上轉彎一樣嗎？分別由誰來提供向心力？你能像老師一樣實地考察一下，錄下你的視頻嗎？（課下完成）

剛才是物體在水平面做的部分圓周運動，那大家能不能舉出豎直面作圓周運動的例子呢？

2.汽車過拱橋

圖片引入：

（公路在水庫泄洪閘下游時常常要修建凹形橋，也叫“過水路面”）

[練習1]：質量為m的汽車以速度v通過半徑為R的凸型橋。它經橋的最低點時對橋的壓力為多大？比汽車的重量大還是小？速度越大壓力越大還是越小？

[練習2]：質量為m的汽車以速度v通過半徑為R的凹型橋。它經橋的最低點時對橋的壓力為多大？比汽車的重量大還是小？速度越大壓力越大還是越小？

說明：在豎直面內物體一般不是做勻速圓周運動，注意說明向心力和向心加速度公式雖然是從勻速圓周運動得出的，但也適用于變速圓周運動.

舉例：生活中做豎直圓周運動的實例，并表演水流星節目

二、總結：

1.通過實例強化了對向心力的理解，熟練了分析運動來求物體需要的向心力，并結合受力分析找到向心力的來源即實際提供給物體的向心力。

2.規范了應用牛頓第二定律解決勻速圓周問題的思路。

板書：

一、勻速圓周運動的解題思路

畫軌跡、找圓心、定半徑。

明確對象 運動分析 受力分析 列方程解。

二力：平行四邊形。

一般：正交分解。

注：參考向心加速度方向。