高中物理向心力的實例分析教案 魯科版 必修2（通用）

向心力的實例分析 三維目標(biāo) 一、知識與技能 1、知道如果一個力或幾個力的合力的效果是使物體產(chǎn)生向心加速度，它就是物體所受的向心力。會在具體問題中分析向心力的來源。 2、引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用牛頓第二定律和有關(guān)向心力知識分析實例，使學(xué)生深刻理解向心力的基礎(chǔ)知識。 3、熟練掌握應(yīng)用向心力知識分析兩類圓周運(yùn)動模型的步驟和方法。 二、過程與方法 1、通過對勻速圓周運(yùn)動的實例分析，滲透理論聯(lián)系實際的觀點(diǎn)，提高學(xué)生的分析和解決問題的能力。 2、通過對勻速圓周運(yùn)動的規(guī)律也可以在變速圓周運(yùn)動中使用，滲透特殊性和一般性之間的辨證關(guān)系，提高學(xué)生的分析能力。 3、運(yùn)用啟發(fā)式問題探索教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生的求知欲和探索動機(jī)；鍛煉學(xué)生觀察、分析、抽象、建模的解決實際問題的方法和能力。 三、情感態(tài)度與價值觀 1、通過對幾個實例的分析，使學(xué)生明確具體問題必須具體分析。 2、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。 3、培養(yǎng)學(xué)生的主動探索精神、應(yīng)用實踐能力和思維創(chuàng)新意識。 重點(diǎn)難點(diǎn) 重點(diǎn)：理解做勻速圓周運(yùn)動的物體受到的向心力是由某幾個力的合力提供的，而不是一種特殊的力；找出向心力的來源，理解并掌握在勻速圓周運(yùn)動中合外力提供向心力， 能用向心力公式解決有關(guān)圓周運(yùn)動的實際問題。 難點(diǎn)：火車在傾斜彎道上轉(zhuǎn)彎的圓周運(yùn)動模型的建立；臨界問題中臨界條件的確定。 教學(xué)方法 講授、分析、推理、歸納 教學(xué)用具 說明火車轉(zhuǎn)彎的實物模型，CAI課件 教學(xué)過程 新課引入： 分析和解決勻速圓周運(yùn)動的問題，關(guān)鍵是把向心力的來源弄清楚。本節(jié)課我們應(yīng)用向心力公式來分析幾個實際問題。 （一）、復(fù)習(xí)關(guān)于向心力的來源 1、向心力是按效果命名的力； 2、任何一個力或幾個力的合力只要它的作用效果是使物體產(chǎn)生向心加速度，它就是物體所受的向心力； 3、不能認(rèn)為做勻速圓周運(yùn)動的物體除了受到物體的作用力以外，還要另外受到向心力作用。 （二）、實例1：火車轉(zhuǎn)彎 課件模擬在平直軌道上勻速行駛的火車，提出問題： （1）、火車受幾個力作用？ （2）、這幾個力的關(guān)系如何？ （學(xué)生觀察，畫受力分析示意圖） 師生互動：火車受重力、支持力、牽引力及摩檫力，其合力為零。 過渡：那火車轉(zhuǎn)彎時情況會有何不同呢？ 課件模擬平彎軌道火車轉(zhuǎn)彎情形，提出問題： （1）、轉(zhuǎn)彎與直進(jìn)有何不同？ （2）、當(dāng)火車轉(zhuǎn)彎時，它在水平方向做圓周運(yùn)動。是什么力提供火車做圓周運(yùn)動所需的向心力呢？ 師生互動：分析內(nèi)外軌等高時向心力的來源（運(yùn)用模型說明） （1）此時火車車輪受三個力：重力、支持力、外軌對輪緣的彈力。 （2）外軌對輪緣的彈力提供向心力。 （3）由于該彈力是由輪緣和外軌的擠壓產(chǎn)生的，且由于火車質(zhì)量很大，故輪緣和外軌間的相互作用力很大，易損害鐵軌。 師設(shè)疑：那么應(yīng)該如何解決這個問題？ 學(xué)生活動：發(fā)揮自己的想象能力，結(jié)合知識點(diǎn)設(shè)計方案。 提示 ：（1）、設(shè)計方案目的是為了減少彈力 （2）、播放視頻——火車轉(zhuǎn)彎 學(xué)生提出方案：火車外軌比內(nèi)軌高，使鐵軌對火車的支持力不再是豎直向上。此時，支持力與重力不再平衡，他們的合力指向“圓心”，提供向心力，從而減輕輪緣和鐵軌之間的擠壓。 學(xué)生討論：什么情況下可以完全使輪緣和鐵軌之間的擠壓消失呢？ 學(xué)生歸納：轉(zhuǎn)彎處要選擇內(nèi)外軌適當(dāng)?shù)母叨炔?，使轉(zhuǎn)彎時所需的向心力完全由重力G和支持力FN來提供，這樣外軌就不受輪緣的擠壓了。 師生互動：老師邊畫圖邊講解做定量分析并歸納總結(jié)（過程略） （三）、實例2：汽車過拱橋 （可通過學(xué)生看書，討論，總結(jié)） 問題：質(zhì)量為m的汽車在拱橋上以速度v前進(jìn)，橋面的圓弧半徑為 r，求汽車通過橋的最高點(diǎn)時對橋面的壓力。 解析：選汽車為研究對象，對汽車進(jìn)行受力分析：汽車在豎直方向受到重力G和橋?qū)嚨闹С至1作用，這兩個力的合力提供向心力、且向心力方向向下 建立關(guān)系式： 又因支持力與汽車對橋的壓力是一對作用力與反作用力，所以 （1） 當(dāng)v = 時，F(xiàn) = 0 （2） 當(dāng)0 ≤ v ＜ 時 , 0 ＜ F ≤ mg （3） 當(dāng) v ＞ 時, 汽車將脫離橋面，發(fā)生危險。 小結(jié)：上述過程中汽車雖然不是做勻速圓周運(yùn)動，但我們?nèi)匀皇褂昧藙蛩賵A周運(yùn)動的公式。原因是向心力和向心加速度的關(guān)系是一種瞬時對應(yīng)關(guān)系，即使是變速圓周運(yùn)動，在某一瞬時，牛頓第二定律同樣成立，因此，向心力公式照樣適用。 （四）、豎直平面內(nèi)的圓周運(yùn)動 過渡：教師演示“水流星”提出問題 提問：最高點(diǎn)水的受力情況？向心力是什么？ 提問：最低點(diǎn)水的受力情況？向心力是什么？ 提問：速度最小是多少時才能保證水不流出？ 學(xué)生討論：最高點(diǎn)、最低點(diǎn)整體的受力情況。 師生互動：在豎直平面內(nèi)圓周運(yùn)動能經(jīng)過最高點(diǎn)的臨界條件： 1、用繩系水桶沿圓周運(yùn)動，桶內(nèi)的水恰能經(jīng)過最高點(diǎn)時，滿 足彈力F=0,重力提供向心力 mg=m 得臨界速度v0= 當(dāng)水桶速度v≥v0時才能經(jīng)過最高點(diǎn) 2、如果是用桿固定小球使球繞桿另一端做圓周運(yùn)動經(jīng)最高點(diǎn)時，由于 所受重力可以由桿給它的向上的支持力平衡，由mg－F=m=0得臨界速度v0=0 當(dāng)小球速度v≥0時，就可經(jīng)過最高點(diǎn)。 3、小球在圓軌道外側(cè)經(jīng)最高點(diǎn)時，mg－F=m 當(dāng)F=0時得臨界速度 v0= 當(dāng)小球速度 v≤v0 時才能沿圓軌道外側(cè)經(jīng)過最高點(diǎn)。 （五）、歸納勻速圓周運(yùn)動應(yīng)用問題的解題步驟 1、明確研究對象，確定它在哪個平面內(nèi)做圓周運(yùn)動，找到圓心和半徑。 2、確定研究對象在某個位置所處的狀態(tài)，進(jìn)行具體的受力分析，分析哪些力提供了向心力。 3、建立以向心方向為正方向的坐標(biāo)，找出向心方向的合外力，根據(jù)向心力公式列方程。 4、解方程，對結(jié)果進(jìn)行必要的討論。 （六）、課堂討論 1、 教材【思考與討論】” 2、課本P97練習(xí)六（1）、（2） （七）、課堂小結(jié) 1、用向心力公式求解有關(guān)問題時的解題步驟如何？ 2、火車轉(zhuǎn)彎時，向心力由什么力提供？ 3、汽車通過凹形或凸形拱橋時對橋的壓力與重力的關(guān)系如何？ （八）、布置作業(yè)