精修版魯科版化學(xué)必修二：43向心力的實例分析教案1

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1、 精品資料 《向心力的實例分析》 一、教材分析 本節(jié)內(nèi)容是魯科版高中必修2第四章《勻速圓周運動》的第三節(jié)內(nèi)容，在此之前，學(xué)生已經(jīng)初步認(rèn)識了勻速圓周運動，會用線速度、角速度、周期、頻率描述勻速圓周運動的快慢。而通過第二節(jié)向心力和向心加速度內(nèi)容的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)知道了向心力的大小與質(zhì)量、角速度、半徑的定量關(guān)系。本節(jié)課立足于勻速圓周運動基本規(guī)律上，結(jié)合實際生活中兩個實例“火車轉(zhuǎn)彎”和“汽車過拱橋”進(jìn)行分析，解決有關(guān)圓周運動問題重要的是搞清楚向心力的來源，明確提出向心力是按效果命名的力，任何一個或幾個力的合力只要它的作用效果是使物體產(chǎn)生向心

2、加速度，它就是物體所受的向心力，這是研究圓周運動的關(guān)鍵。教材后面又附有思考與討論，以開拓學(xué)生的思維。 二、學(xué)習(xí)目標(biāo) 1．知識與技能 　　（1）會在具體問題中分析向心力的來源，明確向心力是按效果命名的力． 　?。?）掌握應(yīng)用牛頓運動定律解決勻速圓周運動問題的一般方法，會處理水平面、豎直面的問題． 　　（3）知道向心力，向心加速度的公式也適應(yīng)變速圓周運動，理解如何使用． 　　2．過程與方法 　?。?）通過列舉生活中圓周運動的例子，總結(jié)出這些多樣的圓周運動的共同特點，及都受到向心力的作用。 　?。?）注意統(tǒng)一性和特殊性，注意一般方法和特殊方法，提高綜合分析的能力． 　　3．情感態(tài)度

3、與價值觀 　?。?）通過對圓周運動受力的分析，體會到任何事物的變化和運動都能找到動力學(xué)原因從而領(lǐng)悟到因果的制約與被制約關(guān)系。 （2）通過實際演練，使學(xué)生在鞏固知識的同時，體會到物理就在我們身邊，領(lǐng)略到將理論應(yīng)用于實際解決問題而帶來的成功的娛樂． （3）激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生關(guān)心周圍事物的習(xí)慣． 三、學(xué)習(xí)對象分析 本節(jié)課是在學(xué)生已經(jīng)基本掌握勻速圓周運動規(guī)律和描述圓周運動的基本物理量（線速度，角速度，向心力和向心加速度）以及有關(guān)公式推導(dǎo)與計算之后，安排的一節(jié)實例分析課。在課堂中采用實驗演示，多媒體，電腦動畫模擬等輔助手段，幫助學(xué)生建立形象直觀的認(rèn)識，降低難度。 四、

4、學(xué)習(xí)重、難點 1．學(xué)習(xí)重點 （1）理解向心力是按效果命名的力． （2）會在具體問題中分析向心力，綜合運用牛頓定律分析解決問題． 解決方法：多聯(lián)系實際，通過對生活實例的分析掌握重點內(nèi)容 2．學(xué)習(xí)難點：實際問題中向心力的來源的分析 解決辦法：通過對實例的分析，結(jié)合課件和實物演示，從力的作用效果上去尋找向心力 五、教學(xué)設(shè)計思想 為了在教學(xué)中體現(xiàn)科學(xué)探究精神，盡可能完整的經(jīng)歷科學(xué)探究過程，使學(xué)生通過體驗感受戰(zhàn)勝困難，解決物理問題的喜悅，體驗到學(xué)習(xí)科學(xué)的樂趣，了解科學(xué)的方法，獲取科學(xué)知識，本節(jié)教學(xué)把課本中的內(nèi)容以問題的形式提出，通過學(xué)生探究式的大膽猜想，再通過科學(xué)的分

5、析，將物理理論應(yīng)用生活實際之中。 六、教具準(zhǔn)備 課件展示在平直軌道上勻速行駛的火車； 圖片展示火車車輪有凸出的輪緣結(jié)構(gòu)； 實物模型模擬在平面彎曲軌道上火車轉(zhuǎn)彎的情景； 錄像資料展示實際轉(zhuǎn)彎處的情形（外軌略高于內(nèi)軌）； 視頻展示汽車過凸形拱橋的物理情景； 多媒體設(shè)備。 七、學(xué)習(xí)思路設(shè)計： 本課的學(xué)習(xí)設(shè)計，是在現(xiàn)行教材的基礎(chǔ)上，結(jié)合對《高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》的學(xué)習(xí)理解，在學(xué)習(xí)目標(biāo)的確立，學(xué)習(xí)內(nèi)容的調(diào)整，教法、學(xué)法的設(shè)計等方面作了一些積極地探索。 （一）課程目標(biāo)的確立上： 在原有目標(biāo)的基礎(chǔ)上，更注重課

6、程學(xué)習(xí)與學(xué)生長遠(yuǎn)發(fā)展關(guān)系的處理，重點突出了學(xué)生學(xué)習(xí)知識后的能力和情感的培養(yǎng)，使學(xué)生能初步了解運用書中理論解決實際問題的方法。 （一）教法設(shè)計 根據(jù)新課改的要求，結(jié)合我校的教學(xué)理念，故在本節(jié)課的教學(xué)中采用如下方法： （1） 科學(xué)探究法 本節(jié)教學(xué)中一改傳統(tǒng)的平鋪直述模式，把課本中的內(nèi)容以問題的形式提出，通過學(xué)生探究式的大膽猜想，再通過科學(xué)的分析，將物理理論應(yīng)用生活實際之中。這樣，使學(xué)生通過體驗感受戰(zhàn)勝困難，解決物理問題的喜悅，體驗到學(xué)習(xí)科學(xué)的樂趣，了解科學(xué)的方法，獲取科學(xué)知識， （2） 聯(lián)系生產(chǎn)生活創(chuàng)設(shè)情境 根據(jù)學(xué)生的生活經(jīng)驗，創(chuàng)設(shè)接近學(xué)生生活實際的實例引發(fā)問題。在講

7、關(guān)于“火車轉(zhuǎn)彎”問題時，課前布置學(xué)生到學(xué)校運動場進(jìn)行對“跑道”的實地研究。當(dāng)了解到彎道處是外高內(nèi)低向內(nèi)成一個傾斜的角度之后，讓學(xué)生體驗一下在平面內(nèi)快速轉(zhuǎn)彎與有斜面上快速轉(zhuǎn)彎的感覺，再運用物理學(xué)知識進(jìn)行解釋，最后回到課堂中的“火車轉(zhuǎn)彎”問題上來，問題的情景就變得直觀形象，就能較好的解決教學(xué)中的難點問題 （二）學(xué)法設(shè)計 新課改中特別強調(diào)學(xué)習(xí)中學(xué)生的主體地位。在本節(jié)課的學(xué)習(xí)中，學(xué)生應(yīng)積極主動地參與，課堂討論分析時踴躍發(fā)言，做模擬實驗時認(rèn)真操作，大膽嘗試，要將自己置身于真實的物理情景中去，盡可能完整的經(jīng)歷科學(xué)探究過程，通過體驗感受戰(zhàn)勝困難，解決物理問題的喜悅，體驗到學(xué)習(xí)科學(xué)的樂趣，了解科學(xué)的方法，

8、獲取科學(xué)知識。 8、 課時安排：1課時 9、 教學(xué)流程圖設(shè)計 圖形說明： 活動教師 學(xué)生活動 媒體選用 激發(fā)興趣，導(dǎo)入新課 課件展示柏拉圖的話 思考討論，火車過凸拱橋時的受力 師生共同分析火車運動 的動力學(xué)方程并求解 學(xué)生自主討論，小 結(jié)新課，教師點評 教師總結(jié)，內(nèi)外軌一樣高的軌道不能安全使用 教師總結(jié)，外軌略 高于內(nèi)軌時更安全 教師總 結(jié)說明 對結(jié)果分情況討論 教師設(shè)疑，引導(dǎo)學(xué)生比較勻速直 線運動和勻速轉(zhuǎn)彎的異同 學(xué)生討論交流， 給出答案 外軌

9、高于內(nèi)軌，師生共同討論分析 實物模擬 火車轉(zhuǎn)彎 內(nèi)外軌一樣高，師生共同完成受力分析 圖片展示火車車 輪有凸出的輪緣 教師提問，引 導(dǎo)學(xué)生分析火 車受力情況 展示在平直軌道上勻 速行駛的火車圖片 思考不同速度運行時，火車受力情況 學(xué)生思考：擠壓 的結(jié)果如何 思考討論，火車過凸形拱橋時的受力 結(jié)束 開始 [來源:] [來源:] 十、學(xué)習(xí)程序設(shè)計 師生互動活動設(shè)計 　　1．教師利用多媒體課件展示物理情景，在分析時點撥關(guān)鍵之處． 　　2．學(xué)生通過自

10、學(xué)、觀察來討論分析實際問題與書本知識的聯(lián)系，找出解決辦法． 　　整體感知： 　　這一節(jié)課結(jié)合兩個實際例子進(jìn)行分析．要充分發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用和學(xué)生的主體作用，師生共同討論，拓展知識．[來源:] 新課引入 勻速圓周運動被認(rèn)為是實際中最完美最和諧的一種運動形式。古希臘哲學(xué)家柏拉圖(Plato，公元前427年—公元前347年)提出：“天上星體代表著永恒的、神圣的、不變的存在，因此它們肯定沿著最完美的軌道以最完善的方式運動。最完善的運動是勻速圓周運動，因此，它們一定是圍繞著地球作勻速圓周運動?！庇纱丝梢姡湃藢蛩賵A周運動充滿了神秘感。那么，是什么神秘的力量操縱著物體，使它做這種最完美最和諧的運

11、動呢？今天，我們就一起揭秘生活中的兩種勻速圓周運動---“火車轉(zhuǎn)彎”和“汽車過拱橋”。 1 復(fù)習(xí)提問，為學(xué)習(xí)新課做準(zhǔn)備 勻速圓周運動的物體受到向心力．向心力是怎樣產(chǎn)生的？ 　　用學(xué)生已熟悉的例子說明：[來源:] 　?。?）繩拉物體做勻速圓周運動，繩的拉力提供向心力． 　?。?）物體隨水平圓盤做勻速周圍運動，靜摩擦力提供向心力． 小結(jié)：向心力是由物體實際受到的一個力或幾個力的合力提供的；向心力是按作用效果命名的力． 特別強調(diào)：分析和解決勻速圓周運動的問題，關(guān)鍵是要把向心力的來源搞清楚。向心力是按效果命名的力，并不是一種新性質(zhì)的力，受力分析時絕不能額外加上一個向心力。 下面，我們從

12、分析向心力角度進(jìn)一步研究幾個實例： （一）火車轉(zhuǎn)彎 課件展示圖片：在平直軌道上勻速行駛的火車 教師提問：火車受到幾個力的作用，這幾個力間的關(guān)系如何？ 學(xué)生觀察火車運動情況，畫出受力示意圖，并討論回答： （1）此時火車車輪受三個力：重力、支持力、牽引力和摩擦力 （2）四個力的合力為零，其中重力和支持力、牽引力和摩擦力分別都是一對平衡力。 那火車轉(zhuǎn)彎時的情況又如何呢？ 提出問題并引導(dǎo)學(xué)生討論： 1、火車勻速直線運動和勻速轉(zhuǎn)彎是否同種狀態(tài)？ [學(xué)生回答]： 不是，火車勻速直線運動時合外力為零，火車勻速轉(zhuǎn)變時受向心力，合外力不為零 勻速直線運動時 F合＝0 勻速轉(zhuǎn)

13、彎時 F合≠0 2、火車轉(zhuǎn)彎時所需的向心力是如何產(chǎn)生的？ 引導(dǎo)學(xué)生討論： 分兩種情況討論：內(nèi)外軌一樣高；外軌比內(nèi)軌高． （1） 內(nèi)外軌一樣高 圖片展示火車車輪有凸出的輪緣結(jié)構(gòu)； 實物模型模擬在平面彎曲軌道上火車轉(zhuǎn)彎的情景； 師生互動 （1） 當(dāng)火車轉(zhuǎn)彎時，火車做曲線運動，所受合外力不為零，合外力提供火車轉(zhuǎn)彎所需的向心力； （2） 有受力分析得：此時提供火車轉(zhuǎn)彎時所需向心力的是鐵軌外緣和輪緣相互擠壓產(chǎn)生的彈力 進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生思考：擠壓的結(jié)果會如何？ 學(xué)生討論:由于火車質(zhì)量很大，行駛的速度很高，故所需向心力通常很大，這樣，導(dǎo)致鐵軌外緣和輪緣間的相互作用力很大，容易造

14、成鐵軌和輪緣的損壞，甚至導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。 教師總結(jié)：由于平面轉(zhuǎn)彎軌道鐵軌和輪緣容易損壞，因此實際應(yīng)用中多采用下面的彎道，其外軌略高于內(nèi)軌。 （2）外軌高于內(nèi)軌 　　當(dāng)外軌比內(nèi)軌高時，鐵軌對火車的支持力不再是豎直向上，和重力的合力可以提供向心力，可以減輕軌和輪緣的擠壓．[來源:] 　　最佳情況是向心力恰好由支持力和重力的合力提供，鐵軌的內(nèi)、外軌均不受到側(cè)向擠壓的力． 　　定量分析火車轉(zhuǎn)彎的最佳情況． 　?、偈芰Ψ治觯喝鐖D所示火車受到的支持力和重力的合力的水平指向圓心，成為使火車拐彎的向心力． 　?、趧恿W(xué)方程：根據(jù)牛頓第二定律得 　　mgtanθ＝mv02/r　　其中r是轉(zhuǎn)彎處

15、軌道的半徑，是使內(nèi)外軌均不受力的最佳速度． 　?、鄯治鼋Y(jié)論：解上述方程可知v02＝rgtanθ 可見，最佳情況是由v0、r、θ共同決定的． 　　當(dāng)火車實際速度為v時，可有三種可能， 　　當(dāng)v＝v0時，內(nèi)外軌均不受側(cè)向擠壓的力； 　　當(dāng)v＞v0時，外軌受到側(cè)向擠壓的力（這時向心力增大，外軌提供一部分力）； 　　當(dāng)v＜v0時，外軌受到側(cè)向擠壓的力（這時向心力減少，內(nèi)軌提供一部分力）． 　?。?）還有哪些實例和這一模型相同？ 　　自行車轉(zhuǎn)彎，高速公路上汽車轉(zhuǎn)彎等等． 　教師總結(jié)：我們討論的火車轉(zhuǎn)彎問題，實質(zhì)是物體在水平面的勻速圓周運動，從力的角度看其特點是；合外力的方向一定在水平方

16、向上，由于重力方向在豎直方向，因此物體除了重力外，至少再受到一個力，才有可能使物體產(chǎn)生在水平面勻速圓周運動的向心力． 探索情景: 圓錐擺：在長度是L的細(xì)繩下端拴一質(zhì)量為m的小球， 固定繩子的上端，使小球在水平面內(nèi)做勻速圓周運動， 細(xì)繩就沿圓錐面旋轉(zhuǎn)。試分析做圓錐擺運動的小球的向心力的來源，并討論小球旋轉(zhuǎn)的角速度逐漸增大時帶來的小球受力和運動情況的變化。 　?。ǘ┢囘^拱橋 　　視頻展示汽車過凸形拱橋的物理情景 　　提問討論： 　?。?）汽車靜止在橋頂與通過橋頂是否同種狀態(tài)？ 　　不是，汽車靜止在橋頂、或通過橋頂，雖然都受到重力和支持力．但前者這兩個力的合力為零，后者合力不為

17、零． N G 　?。?）汽車過拱橋橋頂?shù)南蛐牧θ绾萎a(chǎn)生？方向如何？ 　　汽車在橋頂受到重力和支持力，如圖所示，向心力由二者的合力提供，方向豎直向下． ①動力學(xué)方程： 由牛頓第二定律得 G－N＝mv2/r 解得N＝G－mv2/r ②汽車處于失重狀態(tài) 汽車具有豎直向下的加速度，N＜mg，對橋的壓力小于重力．這也是為什么橋一般做成拱形的原因． ③汽車在橋頂運動的最大速度為 根據(jù)動力學(xué)方程可知，當(dāng)汽車行駛速度越大，汽車和橋面的壓力越小，當(dāng)汽車的速度為時，壓力為零，這是汽車保持在橋頂運動的最大速度，超過這個速度，汽車將飛出橋頂． 思考與討論： 根據(jù)上面分析汽車通過凸形

18、橋的思路，分析一下汽車通過凹形橋最低點時對橋的壓力。這時的壓力比汽車的重量大還是小？ 探索情景: 雜技節(jié)目水流星：一根細(xì)繩系著盛水的杯子，演員掄起繩子，杯子就做圓周運動，甚至運動到豎直面內(nèi)的最高點，已經(jīng)杯口朝下，水也不會從里灑出來。試通過分析，說明水為什么不會灑出來？要想保證這一節(jié)目成功不讓水灑出來必須滿足什么條件？安排學(xué)生課下親自動手做試驗，并思考以上問題。 　說明：在豎直面內(nèi)、物體一般不是做勻速圓周運動，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 （三）布置作業(yè) 書77頁3、4、5 十一、教學(xué)后記本節(jié)課基本達(dá)到教學(xué)目標(biāo)，在操作過程中，學(xué)生對物

19、理各知識點不能很好把握，從而學(xué)生在分析圓周運動時，往往不明確它的依據(jù)為普通的運動定律---牛頓第二定律。在討論車過拱橋或凹形橋的最高點或最低點車對橋面的壓力時，學(xué)生易認(rèn)為壓力的大小等于車所受的重力的大小。為了很好的解決這些問題，必須使學(xué)生明確以下觀點： （1） 體會到直線運動是圓周運動的一個特例。直線運動特殊就特殊在其運動半徑無窮大上。 （2） 物體做曲線運動表明在垂直于速度方向上有了加速度，即向心加速度。其運動學(xué)計算方法是： ，r為曲率半徑。 （3） 任何速度均由力產(chǎn)生，故向心加速度是由物體所受的力產(chǎn)生的。 十二、板書設(shè)計 1．火車轉(zhuǎn)彎——水平面的圓周運動 2．汽

20、車過拱橋——豎直面的圓周運動． 十三、背景知識與課外閱讀 愛因斯坦對我們的忠告---不要讓“常識”欺騙了你 這里提到的“常識”即“生活經(jīng)驗”．愛因斯坦稱這類生活中沒有經(jīng)過認(rèn)真推敲或?qū)κ挛锏钠娴恼J(rèn)識為“常識”．他說：“常識是18歲以前沒在思想上的一層偏見”．這個忠告應(yīng)特別引起我們的注意，因為有些常識是不真實的，是感覺上的錯誤，許多常識雖然是正確的，但只在一定的范圍內(nèi)表現(xiàn)為真理，這樣的例子在你學(xué)習(xí)物理的時候經(jīng)常遇到．例如，要想騎自行車在平直的馬路上勻速行駛，就一定要用力蹬，你就認(rèn)為要維持物體運動就一定需要力；再例如，下雨天你坐在汽車?yán)锟吹酵饷娴挠挈c斜向下運動，而實際雨點是向下運動的，例子不一而足，只是借此欄目告訴初學(xué)物理的同學(xué)，要用準(zhǔn)確的物理知識糾正過去自己錯誤或片面的生活經(jīng)驗，從而更好地掌握物理規(guī)律．