《生活中的圓周運(yùn)動(dòng)》教學(xué)設(shè)計(jì)

程志攀

[中圖分類號(hào)]G623.5 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]2095—3089（2017）12-0066-01

教學(xué)目標(biāo)：

1.知識(shí)與技能

（1）會(huì)在具體問(wèn)題中分析向心力的來(lái)源，強(qiáng)化對(duì)實(shí)際提供給物體的向心力的認(rèn)識(shí)。深刻領(lǐng)會(huì)到它是按效果命名的力。

（2）會(huì)運(yùn)用牛頓第二定律解決生活中的一些勻速圓周運(yùn)動(dòng)問(wèn)題。

2.過(guò)程與方法

（1）通過(guò)對(duì)火車車輪及鐵軌高度差異的調(diào)查，引導(dǎo)學(xué)生積極參入一些科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)，體驗(yàn)科學(xué)探究過(guò)程，培養(yǎng)信息收集和處理的能力，并通過(guò)自己的努力解決一些問(wèn)題。

（2）聯(lián)想政治課中“價(jià)值規(guī)律”，引導(dǎo)學(xué)生敢于突破潛意識(shí)的學(xué)科牢籠，有一種強(qiáng)烈存同求異的意識(shí)，能夠大膽猜想并嚴(yán)加考證，具備初步的科學(xué)探究能力。

3.情感態(tài)度與價(jià)值觀

（1）通過(guò)圓周運(yùn)動(dòng)表演和實(shí)地調(diào)查，培養(yǎng)學(xué)生參入科學(xué)活動(dòng)的熱情。

（2）對(duì)一篇火車脫軌報(bào)道的分析，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神，具備應(yīng)用物理知識(shí)判斷大眾傳媒有關(guān)信息是否科學(xué)的意識(shí)。

教學(xué)重點(diǎn)：1.會(huì)在具體問(wèn)題中分析向心力的來(lái)源

2.提煉牛頓第二定律解決勻速圓周運(yùn)動(dòng)的思路。

教學(xué)難點(diǎn)：會(huì)運(yùn)用牛頓第二定律解決生活中的一些勻速圓周運(yùn)動(dòng)問(wèn)題。

回顧：

一、向心力的認(rèn)識(shí)：提供的向心力與需要的向心力

勻速圓周運(yùn)動(dòng)：合外力就是提供的向心力。即∑F=ma_向

聯(lián)想：政治課中的價(jià)值規(guī)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(jìn)入新課：上節(jié)課我們討論的是完整的勻速圓周運(yùn)動(dòng)模型，其實(shí)生活中還存在著大量的部分圓周運(yùn)動(dòng)，比如：各種車的轉(zhuǎn)彎。

一、實(shí)例分析

1.火車在轉(zhuǎn)彎

引入：平直的鐵路上，兩條鐵軌是等高的?；疖囍院苌倜撥?，跟它獨(dú)特的車輪特點(diǎn)是很有關(guān)系的，那么火車車輪究竟有著怎樣的特點(diǎn)呢？

學(xué)生：火車兩邊的車輪內(nèi)側(cè)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(shí)際是不是這樣呢？

問(wèn)題1：如果在火車轉(zhuǎn)彎的位置，兩條鐵軌也是等高的。那么轉(zhuǎn)彎時(shí)所需要的向心力，具體來(lái)說(shuō)，又是由誰(shuí)來(lái)提供呢？

學(xué)生：外軌對(duì)輪緣的彈力。

過(guò)渡：依據(jù)牛頓第二定律F=m（v²/r），由于火車的質(zhì)量很大，外軌對(duì)輪緣的彈力也就很大；輪緣對(duì)外軌的側(cè)向壓力就很大，而鐵軌側(cè)向接觸面積小，能夠承受的壓力就小，很容易發(fā)生形變。

問(wèn)題2：那實(shí)際上轉(zhuǎn)彎的位置，兩條鐵軌是不是一樣高呢？

學(xué)生：外軌比內(nèi)軌略高。

問(wèn)題3：這樣設(shè)計(jì)有什么好處呢？

學(xué)生：將外軌微微抬高，發(fā)現(xiàn)鐵軌對(duì)火車的正向支持力方向不再豎直，而是斜向彎道道的內(nèi)側(cè)，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(dāng)高度，就可以使水平分力剛好能提供所需要的向心力。這個(gè)水平分力就是重力與支持力的合力。

[例題]：鐵路轉(zhuǎn)彎處的圓弧半徑是r，兩軌間距是d，內(nèi)外軌的高度差為h，問(wèn)規(guī)定火車通過(guò)這里的理想速度是v₂應(yīng)滿足什么樣的關(guān)系呢？

討論：若V>V₀，則外軌對(duì)輪緣有側(cè)壓力；

若V

[問(wèn)題4]：為何人們發(fā)現(xiàn)火車站附近，火車轉(zhuǎn)彎處出現(xiàn)外軌內(nèi)側(cè)上部分光亮而內(nèi)軌內(nèi)側(cè)仍然如初呢？

學(xué)生：說(shuō)明外軌內(nèi)側(cè)與火車輪緣摩擦頻率高些，外軌內(nèi)側(cè)與車輪邊緣經(jīng)常出現(xiàn)擠壓，外軌對(duì)輪緣有側(cè)壓力，經(jīng)過(guò)這個(gè)位置時(shí)，火車的速度比規(guī)定速度快些。

[例題]：日本火車脫軌事故并分析。

本報(bào)東京4月26日電（記者陳超）4月25日上午9時(shí)18分，日本兵庫(kù)縣尼崎市境內(nèi)發(fā)生一起重大列車脫軌顛覆事故，此次事故現(xiàn)場(chǎng)為半徑300米的急轉(zhuǎn)彎處。為便于轉(zhuǎn)彎，外側(cè)鐵軌比內(nèi)側(cè)鐵軌高出97毫米。這樣的急轉(zhuǎn)彎以時(shí)速70公里的速度通過(guò)，火車是否因?yàn)槌俣撥墸?/p>

[總結(jié)]運(yùn)用牛頓第二定律解決勻速圓周運(yùn)動(dòng)問(wèn)題思路

二、勻速圓周運(yùn)動(dòng)的解題思路

畫軌跡、找圓心、定半徑

明確對(duì)象 運(yùn)動(dòng)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(huì)實(shí)踐]：汽車在平直公路上轉(zhuǎn)彎和在高速公路上轉(zhuǎn)彎一樣嗎？分別由誰(shuí)來(lái)提供向心力？你能像老師一樣實(shí)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(yùn)動(dòng)，那大家能不能舉出豎直面作圓周運(yùn)動(dòng)的例子呢？

2.汽車過(guò)拱橋

圖片引入：

（公路在水庫(kù)泄洪閘下游時(shí)常常要修建凹形橋，也叫“過(guò)水路面”）

[練習(xí)1]：質(zhì)量為m的汽車以速度v通過(guò)半徑為R的凸型橋。它經(jīng)橋的最低點(diǎn)時(shí)對(duì)橋的壓力為多大？比汽車的重量大還是??？速度越大壓力越大還是越?。?/p>

[練習(xí)2]：質(zhì)量為m的汽車以速度v通過(guò)半徑為R的凹型橋。它經(jīng)橋的最低點(diǎn)時(shí)對(duì)橋的壓力為多大？比汽車的重量大還是?。克俣仍酱髩毫υ酱筮€是越?。?/p>

說(shuō)明：在豎直面內(nèi)物體一般不是做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，注意說(shuō)明向心力和向心加速度公式雖然是從勻速圓周運(yùn)動(dòng)得出的，但也適用于變速圓周運(yùn)動(dòng).

舉例：生活中做豎直圓周運(yùn)動(dòng)的實(shí)例，并表演水流星節(jié)目

二、總結(jié)：

1.通過(guò)實(shí)例強(qiáng)化了對(duì)向心力的理解，熟練了分析運(yùn)動(dòng)來(lái)求物體需要的向心力，并結(jié)合受力分析找到向心力的來(lái)源即實(shí)際提供給物體的向心力。

2.規(guī)范了應(yīng)用牛頓第二定律解決勻速圓周問(wèn)題的思路。

板書：

一、勻速圓周運(yùn)動(dòng)的解題思路

畫軌跡、找圓心、定半徑。

明確對(duì)象 運(yùn)動(dòng)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。