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视频标签：生活中的圆周运动
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视频课题：沪科版高一物理必修二第二章“生活中的圆周运动”新疆 - 哈密
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“生活中的圆周运动”教学设计
目标定位
一、知识与技能
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。 二、过程与方法
1.通过对匀速圆周运动的实例分析，渗透理论联系实际的观点，提高分析和解决问题的能力；
2.通过匀速圆周运动的规律也可以在变速圆周运动中使用，渗透特殊性和一般性之间的辩证关系，提高分析能力；
三、情感、态度与价值观
养成应用实践能力和思维创新意识；运用生活中的几个事例，激发学习兴趣、求知欲和探索动机；通过对实例的分析，建立具体问题具体分析的科学观念.
设计思想
一．观看视频，引出课题
教师用多媒体播放西班牙与美国火车脱轨视频并提出问题。 （1）大家看事故片段，看看为什么翻车？ （2）哪里容易翻车？做什么运动？
【设计意图】1.引导学生产生对火车问题的探究欲望，明确研究火车转弯问题的必要性，为接下来的探究做铺垫；
2.在观看的过程中也使学生体会生命的脆弱和宝贵；
二．提出问题，共同探究
【环节一】探究火车转弯问题
学生：观看视频报道后，对报道内容进行分析：得出火车车速过快是导致火车翻车的根本原因，且明确了火车是在做圆周运动，在转弯的时候容易翻车的事实。
教师：顺势提出今天研究的第一个课题火车的转弯问题——水平面内的圆周运动。
教师用多媒体展示火车车轮和铁轨的基本形状，并提出下列问题： （1）圆周运动平面是哪个？圆心在哪里？ （2）由谁提供向心力？
学生思考：火车是在水平面内做圆周运动，所需向心力是由铁轨与车轮之间的挤
压力提供，并得到2
2
vFMRMR
的结论。
教师：用多媒体提出问题：
小试身手：火车速度为30m/s，弯道的半径R =900m，火车的质量m =8×105kg，转弯时轮缘对轨道侧向的弹力多大？
（1） 外轨对轮缘的水平弹力提供火车转弯的向心力，这种方法在实际中可取
吗？为什么？
（2） 这一实际问题如何解决？
学生小组讨论和交流：1.由计算数据得轮缘与外轨间的相互作用力太大，铁轨和车轮极易受损！
2.根据向心力公式，要解决这一问题有以下方案。方案一：采用高级材料，减小火车质量；方案二：增大转弯半径；方案三：减小速度。
教师：对三种方案进行分析：先肯定从理论上这三种方案都可以。再分析方案一：受技术制约，且成本太大，不是很理想；方案二：容易受地理环境的局限；方案三：与火车提速矛盾。出示赛车弯道的图片，提示学生用其他力去代替弹力的作用效果
请一位同学按照方案三改装的转弯火车进行受力分析，=F=MgtanF
合向，tanvgR
教师用多媒体提出问题： （2）如果火车的车速比正常情况下小，向心力还是原来的大小吗？由谁来提供？如果车速比正常情况大又如何？车速过快将发生什么情况？
学生思考：火车车速过慢将由内轮和铁轨的挤压力、重力以及铁轨对火车的支持力的合理提供向心力。车速过快则有外轮和外轨的挤压力、重力以及铁轨对火车的支持力提供向心力，车速过快，所提供的向心力不足，火车将发生脱轨翻
车事故。教师总结： 由2
tanvmgmR
，当火车按照弯道规定速度行驶时，向
心力恰由重力和支持力的合力提供，供需平衡。当速度过小，需要的变小，则挤压内轨减小提供的向心力。当速度过大，需要的变大，则挤压外轨增大提供的，压力过大会损坏外轨脱轨。
【设计意图】：本环节通过对火车转弯问题的探究，使学生掌握水平面内的圆周运动的一般研究方法。在解决问题的过程中感受物理学的伟大和源于生活高于生活的美。
【环节二】探究凹凸路面问题
教师：由火车过度到汽车，探究汽车行驶过程中与圆周运动紧密联系的实际问题。有时候汽车突然爆胎引发事故，我将其中一段路面理想化处理就如下图一样，类似于两个圆弧组成。
多媒体出示问题：下面同学们思考一个问题，如果这辆载重汽车以不变的速度行驶，A、B两点哪里更容易爆胎？为什么？
学生分小组交流和讨论：在B点更容易爆胎。如果在A点对汽车进行受力分，
再根据圆周运动公式可得： 如果在B点对汽车进行受力分析，再根据圆周运动公式可得：
汽车行驶速度越大，汽车对凹面的压力越大，易爆胎，对凸面压力越小，当
vgR时，0N,汽车完全失重，平抛出去。
教师：我们如果把刚才的凹凸路面理想化，建立起研究凹凸路面问题的一般模型，就完全可以把刚才研究凹凸路面的方法推广到研究整个竖直平面内的圆周运动，例如研究拱形桥问题等等，请同学联系所学知识，解释生活中拱形桥多，而凹型桥少见的原因 。
A B 2
N
v
FmgmR2
'NvFmgmR
教师：这节课到现在为止，我们已经探究了研究水平面内的圆周运动和竖直面内的圆周运动，并分别得到了研究的方法，接下来同学们能不能总结一下研究圆周运动的一般方法。
学生思考总结：
处理圆周运动问题的一般步骤： （1）找圆周，定圆心； （2）分析力，求合力; （3）列方程
【设计意图】本环节通过对凹凸路面问题的探究，使学生掌握竖直平面内的圆周运动的一般研究方法，并通过感受建立模型的过程，使学生明白模型的重要意义。此外，通过对圆周运动一般研究方法的总结，使学生的总结方法的能力得到进一步提升。
【环节三】探究航天器里的失重现象
教师多媒体提出问题：刚才我们分析汽车过凸的路面时，如果速度不断变大将会飞出去，现在不断在大脑里把桥放大，想象成一个地球，凸面的半径就是地球半径R（约为6400km），排除一切阻力，汽车将会做怎样的运动？ 教师多媒体展示问题：
（1）如果汽车质量是m，重力加速度为g，那么汽车达到刚才的那种状态速度应该要多大？
（2）汽车座椅对驾驶员的支持力为多大？
学生思考：汽车将永远不会掉下来，贴着地球表面做圆周运动，速度大小是
vgR.
对汽车驾驶员进行受分析，如下图所示根据牛顿第二定律和向心力公式可得
2
mvmgNR
因为vgR，故座椅对驾驶员的支持力0N，根据牛顿第三
定律可得驾驶员对座椅的压力0N，驾驶员处于失重状态。
教师总结：如果我们把这个汽车想象成空间站等绕着地球旋转的航天器的话，里面的驾驶员就是宇航员，他们所处的状态也是失重状态。 【设计意图】通过对航天器中失重现象的分析，是学生对于竖直面内的圆周运动有一个更深刻的认识。
【环节四】课堂练习（学生板演，学生纠错）
一辆质量 m的小轿车，驶过半径R=的一段圆弧形桥面。
(1)若桥面为凹形，汽车以1v通过桥面最低点时，对桥面的压力是多大？ (2)若桥面为凸形，汽车以2v通过桥面最高点时，对桥面的压力是多大？ (3)汽车以多大速度凸形桥面顶点时，对桥面刚好没有压力？ 【设计意图】理论联系实际，学以致用。
【环节五】：课后思考
教师用多媒体展示：如果那辆绕地球表面做圆周运动的汽车的速度变慢了一点点，他将会做什么运动？
【设计意图】为下章天体运动奠定基础。
教有所思
通过本节课的学习，学生能在教师的引导下积极参与，进行猜想、思考、讨论。通过对几个实例的分析，使学生总结出圆周运动的一般分析方法，理解物理与生活的联系，学会用科学、合理的方法处理问题，提高学生综合应用知识解决问题的能力，充分体验了物理学源于生活高于生活的艺术美。
视频来源：优质课网 www.youzhik.com
