教学设计方案

题目

生活中的圆周运动

年级学科

高一物理

课型

信息技术与学科整合课

授课教师

管如能

工作单位

广州大学附属东江中学

教学目标

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、会用牛顿第二定律解决生活中较简单的圆周运动问题。

教学重难点

关键

1、教学重点： 用牛顿第二定律列方程。

2、教学难点：

（1） 分析具体问题中向心力的来源； 

（2） 理解超重和失重。

教学方法

运用的

信息技术工具

硬件：多媒体计算机

软件：PPT

教学设计思路

通过两个典型的生活实例——火车转弯和汽车过拱桥的分析，引导学生运用牛顿第二定律分析生活中的圆周运动问题。

教学过程

教学阶段及时间安排

教师活动

学生活动

设计意图及资源准备

一、引入新课（5分钟）

师：生活中圆周运动的例子很多，你能列举一些吗？ 

生： „„ 

师：生活中的圆周运动是多种多样的，大家都知道圆周运动需要向心力，你能谈谈对向心力的认识吗？ 

生1：向心力总是指向圆心的； 

生2：向心力是按力的作用效果命名的力，并且是由其他力来提供的； „„ 

师：组织、鼓励学生向老师提问有关圆周运动的问题。 

生：积极提问。 

师：对学生的提问，教师首先要肯定其勇气，并告诉学生他们所提的问题多数会在这堂课中得到解决，这堂课将深入分析圆周运动的几个特例，解决圆周运动问题的关键是分析向心力的来源，应用的规律仍然是牛顿第二定律，与前面所学的知识大同小异。

1、踊跃发言

2、学生讨论

通过生活中的实例，引起学生对本节知识的高度重视，激发学生学习探索的兴趣。

二、实例分析1

——铁路的弯道

（12分钟）

师：一切让我们从长计议，先来分析下：一列火车在平直轨道匀速行驶时，受力是如何的？

生：受四个力：重力，支持力，牵引力和摩擦力。

师：在解决转弯问题前，为了研究的更加周全让我们先来细致了解下火车的特点，以车轮为重点研究对象，因为它是与轨道直接接触的部位。

师：通过观察课件中展示火车车轮图片及类比生活中有轨道的地方，回答下列问题：

火车车轮有什么特点？轮缘有什么作用。

生：火车车轮有突起部分—轮缘；防止火车脱离轨道。

师：仍然是刚才那列火车，匀速运动到转弯处时，如果还是一样高度的轨道条件下，此时火车做什么运动？受力情况如何？

生：做圆周运动，受重力，支持力，轨道对轮缘的弹力充提供（充当）向心力。

师：这样的设计有没有什么危害和不足？

生:由于火车质量较大，长时间运行的情况下，外侧轨道对火车轮缘持续作用弹力，长时间会使两种磨损较大，易损坏，不安全。

师：鉴于以上存在的实际问题，应采取怎样的措施进行有效的改进呢？

生：由于目的在于减少内外轨对于轮缘的挤压，我们可从向心力来源角度入手去分析，重力方向不能改变，试着通过改变支持力去达到减少磨损的目的，两侧轨道高度不一样便可达到这一目的，火车受的重力和支持力的合力提供向心力，圆心在水平面，即火车转弯时做水平面内圆周运动。

师：通过火车在转弯时的受力分析，

明确

同时注意，如果题目中给出两轨道间距离L、外轨抬高的高度h，也可以已知量去表示V₀

师：如果火车速度超过会怎样？达不到这个速度又会怎样？

生：如果火车速度超过规定的速度，重力和支持力的合力将小于需要的向心力，所差的仍需由外轨对轮缘的弹力来弥补；如果火车的速率小于规定的速度，重力和支持力的合力将大于需要的向心力，超出的则由内轨对内侧车轮轮缘的弹力来平衡。

1、认真思考

2、踊跃发言

3、学生讨论

1、培养学生的自学能力和分析问题的能力。

2、通过学生的思考，突破本节的难点。

3、通过学生的分析和师生共同总结，理解火车转弯时的速度限制应该限制在什么范围之内，这个速度又与哪些因素有关；火车提速情况下保证乘客安全可行性方案，从而突出火车转弯问题学生们应重点掌握的知识和解题思想。

4.通过学生的思考，突破本节的难点

三、实例分析2

——拱形桥（10分钟）

<问题引入>生活中我们所在的桥多为拱形桥，很少见到凹形桥？这其中有什么设计理念呢？就我们所学物理知识，今天来一起去探讨和分析解决心中的疑问。

师：汽车过拱形桥最高点时飞离地面的原因时什么？

生：汽车速度太大。

师：汽车过拱形桥最高点时也需要限制速度，那么，这个速度与哪些因素有关？过最高点时地面的支持力与汽车重力又存在怎样的大小关系？下面，我们在实际生活中汽车过拱形桥和凹形桥的实例中找寻答案。

例：一辆质量ｍ的小轿车，驶过半径R的一段凸形圆弧桥面，重力加速度g ．求：汽车以速度V通过桥面最高点时，对桥面压力是多大?当汽车速度哦是多少时，汽车对桥恰没压力？

    汽车通过拱形桥面最高点时，重力与支持力的合力提供向心力。

由向心力公式有

解得桥面的支持力大小为

<师生总结>当F_N=0时，汽车的速度为，就会发生汽车飞离地面。

师：那现在同样的汽车如果过凹形桥有有何特点呢？

生：总结出来求解的公式，分析讨论在运动到凹形桥最低点时，向心力是支持力减去重力，从而发现到最低点时，汽车对桥的压力超过自身重力，较容易损坏桥梁。

师：同学们发现汽车运动到拱形桥最高点时，桥所受压力小于汽车重力，而运动到凹形桥最低点时桥所受压力大于小车重力，相比之下就发现为什么现实生活中桥梁多以拱形桥为主了，从防止时间长桥梁受损严重，直接影响行人安全角度考虑。

1、学生板演

2、学生自主探究,学生代表发言

3、师生共同归纳总结

1、提升学生的感性认识，激发深入探讨研究的兴趣。

2、培养学生独立分析问题、解决问题的能力，体会成功求知的喜悦、激发学习物理   的兴趣。

3、理解汽车过拱形桥最高点时的速度与哪些因素有关，知道过最高点时地面的支持力与汽车重力的大小关系。

4、进一步强化解决圆周运动的核心思想--注意“供”“需”平衡。

四、课堂小结（3分钟）

（1）生活中做圆周运动的条件是满足提供的向心力等于需求的向心力，是解决圆周运动的核心思想，从物体受力情况和运动情况两个角度去分析物体，寻找向心力来源也是本节再次强化训练的问题。

 （2）两个实际生活实例分析：

   火车转弯---明确外轨略高于内轨，达到减少轨道挤压，降低磨损的目的，同时面对火车提速并且以保证乘客安全为最终目的情况下，通过改变轨道半径或者内外轨道倾角实现，但改变倾角更易操作实施。

   拱形桥----通过研究新车通过拱形桥、凹形桥的运动情况及受力情况，分析为什么现实生活中拱形桥最普遍，以此达到解决现实生活中圆周运动系列问题的目的。

【巩固训练】

  一辆质量m=2.0t的小轿车，驶过半径R=90m的一段圆弧形桥面，重力加速度g=10m/s²。求：

（1）若桥面为凹形，汽车以20m/s的速度通过桥面最低点时，对桥面压力是多大？

（2）若桥面为凸形，汽车以10m/s的速度通过桥面最高点时，对桥面压力是多大？

（3）汽车以多大速度通过凸形桥面顶点时，对桥面刚好没有压力？

1、 认真聆听

2、 完成练习

板书设计

生活中的圆周运动

一、铁路的弯道

1、轨道水平：外轨对车的弹力提供向心力

2、外轨略高于内轨，内外轨无弹力时重力和支持力的合力提供向心力，较少车轮和轨道的磨损。

二、拱形桥

拱形桥：F_N =G－m

凹形桥：F_N =G+m