1、勻速圓周運動的實例分析教學方案設計一、教材分析本節內容是魯科版高中必修 2 第四章勻速圓周運動的第三節內容，在此 之前，學生已經初步認識了勻速圓周運動，會用線速度、角速度、周期、頻率描 述勻速圓周運動的快慢。而通過第二節向心力和向心加速度內容的學習，學生已 經知道了向心力的大小與質量、角速度、半徑的定量關系。本節課立足于勻速圓 周運動基本規律上，結合實際生活中兩個實例“火車轉彎”和“汽車過拱橋”進 行分析，解決有關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生向 心加速度，它就是物體所受的向心力，這是研究圓周運動的關

2、鍵。教材后面又附 有思考與討論，以開拓學生的思維。二、學習目標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（2）掌握應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變速圓周運動，理解如何使用2過程與方法（1）通過列舉生活中圓周運動的例子，總結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。（ 2）注意統一性和特殊性， 注意一般方法和特殊方法， 提高綜合分析的能力3情感態度與價值觀 （1）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 力學原因從而領悟到因果的制約與被制約關

3、系。（2）通過實際演練，使學生在鞏固知識的同時，體會到物理就在我們身邊， 領略到將理論應用于實際解決問題而帶來的成功的娛樂（3）激發學生學習興趣，培養學生關心周圍事物的習慣三、學習對象分析本節課是在學生已經基本掌握勻速圓周運動規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）以及有關公式推導與計算之后，安 排的一節實例分析課。在課堂中采用實驗演示，多媒體，電腦動畫模擬等輔助手 段，幫助學生建立形象直觀的認識，降低難度。四、學習重、難點1 學習重點（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：多聯系實際，通過對生活實例

4、的分析掌握重點內容2 學習難點：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、教學設計思想為了在教學中體現科學探究精神，盡可能完整的經歷科學探究過程，使學生 通過體驗感受戰勝困難，解決物理問題的喜悅，體驗到學習科學的樂趣，了解科 學的方法，獲取科學知識，本節教學把課本中的內容以問題的形式提出，通過學 生探究式的大膽猜想，再通過科學的分析，將物理理論應用生活實際之中。六、教具準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構；實物模型模擬在平面彎曲軌道上火車轉彎的情景；錄像資料展示實際轉彎處的情形（外軌略高于內

5、軌） ； 視頻展示汽車過凸形拱橋的物理情景；多媒體設備。七、學習思路設計：本課的學習設計，是在現行教材的基礎上，結合對高中物理課程標準的 學習理解，在學習目標的確立，學習內容的調整，教法、學法的設計等方面作了 一些積極地探索。（一）課程目標的確立上：在原有目標的基礎上，更注重課程學習與學生長遠發展關系的處理，重點突 出了學生學習知識后的能力和情感的培養，使學生能初步了解運用書中理論解決 實際問題的方法。（一）教法設計根據新課改的要求，結合我校的教學理念，故在本節課的教學中采用如下方 法：（1）科學探究法本節教學中一改傳統的平鋪直述模式，把課本中的內容以問題的形式提出， 通過學生探究式的大膽猜想

6、，再通過科學的分析，將物理理論應用生活實際之中。 這樣，使學生通過體驗感受戰勝困難，解決物理問題的喜悅，體驗到學習科學的 樂趣，了解科學的方法，獲取科學知識，（2）聯系生產生活創設情境根據學生的生活經驗，創設接近學生生活實際的實例引發問題。在講關于“火車 轉彎”問題時，課前布置學生到學校運動場進行對“跑道”的實地研究。當了解 到彎道處是外高內低向內成一個傾斜的角度之后，讓學生體驗一下在平面內快速 轉彎與有斜面上快速轉彎的感覺，再運用物理學知識進行解釋，最后回到課堂中 的“火車轉彎”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中 的難點問題（二）學法設計新課改中特別強調學習中學生的主體

7、地位。在本節課的學習中，學生應積極 主動地參與，課堂討論分析時踴躍發言，做模擬實驗時認真操作，大膽嘗試，要 將自己置身于真實的物理情景中去，盡可能完整的經歷科學探究過程，通過體驗 感受戰勝困難，解決物理問題的喜悅，體驗到學習科學的樂趣，了解科學的方法， 獲取科學知識。八、課時安排： 1 課時九、教學流程圖設計圖形說明：活動教師學生活動媒體選用教師設疑，引導學生比較勻速直線運動和勻速轉彎的異同*師生共同分析火車運動的動力學方程并求解教師總結，內外軌一樣 高的軌道不能安全使用教師總結，外軌略 高于內軌時更安全教師總結說明學生自主討論，小結新課，教師點評結束十、學習程序設計師生互動活動設計1教師利用

8、多媒體課件展示物理情景，在分析時點撥關鍵之處 2學生通過自學、觀察來討論分析實際問題與書本知識的聯系，找出解決辦 法整體感知： 這一節課結合兩個實際例子進行分析要充分發揮教師的主導作用和學生的 主體作用，師生共同討論，拓展知識新課引入 勻速圓周運動被認為是實際中最完美最和諧的一種運動形式。古希臘哲學家柏拉圖（Plato，公元前427年一公元前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。 ”由此可 見，古人對勻速圓周運動充滿了神秘感。那么，是什么神秘的力量操縱著

9、物體， 使它做這種最完美最和諧的運動呢？今天，我們就一起揭秘生活中的兩種勻速圓 周運動 - “火車轉彎”和“汽車過拱橋” 。1 復習提問，為學習新課做準備 勻速圓周運動的物體受到向心力向心力是怎樣產生的？ 用學生已熟悉的例子說明： （1）繩拉物體做勻速圓周運動，繩的拉力提供向心力（ 2）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：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：分析和解決勻速圓周運動的問題， 關鍵是要把向心力的來源搞清楚。 向心力是按效果命名的力，并不是一種新性質的力，受力分析時絕不能額外加上 一個向心力。下面，我們從分析

10、向心力角度進一步研究幾個實例：（一）火車轉彎課件展示圖片：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，這幾個力間的關系如何？ 學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。那火車轉彎時的情況又如何呢？提出問題并引導學生討論：1、火車勻速直線運動和勻速轉彎是否同種狀態？ 學生回答 ： 不是，火車勻速直線運動時合外力為零，火車勻速轉變時受向心力，合外力不 為零勻速直線運動時F合=0勻速轉彎時F 合工02、火車轉彎時所需的向心力是如何產生的

11、？引導學生討論：分兩種情況討論：內外軌一樣高；外軌比內軌高（1） 內外軌一樣高圖片展示火車車輪有凸出的輪緣結構； 實物模型模擬在平面彎曲軌道上火車轉彎的情景； 師生互動（1）當火車轉彎時，火車做曲線運動，所受合外力不為零，合外力提供 火車轉彎所需的向心力；（2）有受力分析得：此時提供火車轉彎時所需向心力的是鐵軌外緣和輪 緣相互擠壓產生的彈力進一步引導學生思考：擠壓的結果會如何？學生討論 : 由于火車質量很大，行駛的速度很高，故所需向心力通常很大，這樣， 導致鐵軌外緣和輪緣間的相互作用力很大，容易造成鐵軌和輪緣的損壞，甚至導 致嚴重的后果。教師總結：由于平面轉彎軌道鐵軌和輪緣容易損壞，因此實際應

12、用中多采用下面 的彎道，其外軌略高于內軌。（2）外軌高于內軌當外軌比內軌高時，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.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、外軌均不受 到側向擠壓的力.定量分析火車轉彎的最佳情況. 受力分析：如圖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. 動力學方程：根據牛頓第二定律得mganmVo2/r其中r是轉彎處軌道的半徑，v。是使內外軌均不受力的 最佳速度. 分析結論：解上述方程可知 Vo2= rg tan 9 可見，最佳情況是由Vo、r、9共同決定的.當火車實際速度為v時

13、，可有三種可能，當V = Vo時，內外軌均不受側向擠壓的力；當V Vo時，外軌受到側向擠壓的力（這時向心力增大，外軌提供一部分力） ； 當V V Vo時，外軌受到側向擠壓的力（這時向心力減少，內軌提供一部分力） .（4）還有哪些實例和這一模型相同？自行車轉彎，高速公路上汽車轉彎等等.教師總結：我們討論的火車轉彎問題，實質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的細繩下端拴一質量為 m的小球, 固定繩子的上端，

14、使小球在水平面內做勻速圓周運動，細繩就沿圓錐面旋轉。試分析做圓錐擺運動的小球的向心力的來源，并討論小球 旋轉的角速度逐漸增大時帶來的小球受力和運動情況的變化。（二）汽車過拱橋視頻展示汽車過凸形拱橋的物理情景提問討論：（1）汽車靜止在橋頂與通過橋頂是否同種狀態？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，后者合力不為零.產生？方向（2）汽車過拱橋橋頂的向心力如何 如何？汽車在橋頂受到重力和支持力，如圖 力由二者的合力提供，方向豎直向下. 動力學方程：由牛頓第二定律得G N= mv2/r 解得 N= G- mv2/r 汽車處于失重狀態 汽車具有豎直向下的加速

15、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. 汽車在橋頂運動的最大速度為.rg根據動力學方程可知，當汽車行駛速度越大，汽車和橋面的壓力越小，當汽車的 速度為.rg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： 根據上面分析汽車通過凸形橋的思路，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:雜技節目水流星：一根細繩系著盛水的杯子，演員掄起繩子，杯子就 做圓周運動，甚至運動到豎直面內的最高點，已經杯口朝下，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？要想保證這一節目成功 不讓

16、水灑出來必須滿足什么條件？安排學生課下親自動手做試驗，并思考以上問 題。說明：在豎直面內、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）布置作業書 77 頁 3、4、5十一、教學后記本節課基本達到教學目標，在操作過程中，學生對物理各知識點 不能很好把握，從而學生在分析圓周運動時，往往不明確它的依據為普通的運動 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，學生易認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

17、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2度。其運動學計算方法是：a = v，r為曲率半徑。r（3）任何速度均由力產生，故向心加速度是由物體所受的力產生的。十二、板書設計1 .火車轉彎水平面的圓周運動2 .汽車過拱橋一一豎直面的圓周運動.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“生活經驗”.愛因斯坦稱這類生活中沒有經過認真推敲或 對事物的片面的認識為“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

18、的，但只在一定的范圍內表現為真理，這樣的例子在你 學習物理的時候經常遇到.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 車里看到外面的雨點斜向下運動，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物理的同學，要用準確的物理知識糾正過去自己錯誤或片面 的生活經驗，從而更好地掌握物理規律.育星教育網不論何時，都要盡可能讓思考與反省預見到突發的激情，這于審慎者可輕而易舉做到。心煩意亂之時，首先要做的就是意識到這一點。先控制住自己的情緒，下決心不再使之加劇。有了這種高明 的防范，就能很快終止怒氣。要懂得制怒之法，且止息于當止之時：奔跑時