1、高中物理必修2教案匀速圆周运动的实例分析2匀速圆周运动的实例分析本节教材分析本节课在匀速圆周运动的基础上，结合两个实际例子进行分析，教学时要注意充分发挥教师的主导作用和学生的主体作用，拓展知识的应用分析和解决有关匀速圆周运动的问题，重要的是搞清楚向心力的来源，这是研究匀速圆周运动的关键，在具体问题的分析时，要注意：1要判断圆心的位置和质点做匀速圆周运动的半径2对向心力来源的分析，要明确分析和计算的依据仍是普遍的运动规律牛顿第二定律，只是这里的加速度是向心加速度课本分析了汽车通过拱桥顶点的力、速度、加速度的问题汽车通过拱桥的运动过程是变速圆周运动，这里只分析车过顶点时的情况，教学中应注意不要再扩
2、展一般情况下的变速圆周运动的问题，也不要求提及切向分力和法向分力，以免增加难度，加重学生的负担教学目标一、知识目标1知道如果一个力或几个力的合力的效果是使物体产生向心加速度，它就是物体所受的向心力2会在具体问题中分析向心力的来源3知道向心力和向心加速度的公式也适用于变速圆周运动，会求变速圆周运动中物体在特殊点的向心力和向心加速度二、能力目标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，提高学生的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，提高学生的分析能力三、德育目标通过对几个实例的分析，使学生明确具体问题必须具体分析教学
3、重点1理解向心力是一种效果力 2在具体问题中能找到向心力，并结合牛顿运动定律求解有关问题教学难点1具体问题中向心力的来源 2关于对临界问题的讨论和分析教学方法讲授法、分析归纳法、推理法、分层教学法教学用具投影仪、CAI课件课时安排1课时教学过程投影本节课的学习目标1知道向心力是由物体沿半径方向的合外力来提供的2知道向心力、向心加速度的公式也适用于变速圆周运动3会在具体问题中分析向心力的来源学习目标完成过程一、导入新课1复习匀速圆周运动知识点(提问)描述匀速圆周运动快慢的各个物理量及其相互关系从动力学角度对匀速圆周运动进行认识2直接过渡导入学以致用是学习的最终目的，本节课通过几个具体实例的探讨来
4、深入理解相关知识点并学会应用二、新课教学(一)火车转弯问题CAI课件模拟在平直轨道上匀速行驶的火车提出问题：1火车受几个力作用？2这几个力的关系如何？学生活动设计1观察火车运动情况2画出受力示意图，结合运动情况分析各力的关系师生互动1火车受重力、支持力、牵引力及摩擦力2四个合力为零，其中重力和支持力合力也为零，牵引力和摩擦力合力也为零过渡那火车转弯时情况会有何不同呢？CAI课件模拟平弯轨道火车转弯情形提出问题：1转弯与直进有何不同？2受力分析学生活动结合所学知识讨论分析师生互动1思维方法渗透只要是曲线轨迹就需要提供向心力，并不是非得做匀速圆周运动Fm中的r指的是确定位置的曲率半径结论转弯时需要
5、提供向心力，而平直路前行不需要2受力分析得：需增加一个向心力(效果力)，由铁轨外轨的轮缘和铁轨之间互相挤压而产生的弹力提供深入思考挤压的后果会怎样？学生讨论由于火车质量、速度比较大，故所需向心力也很大这样的话，轮缘和铁轨之间的挤压作用力将很大，导致的后果是铁轨容易损坏，轨缘也容易损坏设疑引申那么应该如何解决这一实际问题？学生活动发挥自己的想象能力结合知识点设计方案提示1设计方案目的为了减小弹力2录像剪辑火车转弯学生提出方案火车外轨比内轨高，使铁轨对火车的支持力不再是竖直向上此时，重力和支持力不再平衡，它们的合力指向“圆心”，从而减轻铁轨和轮缘的挤压点拨讨论那么什么情况下可以完全使铁轨和轨缘间的
6、挤压消失呢？学生归纳重力和支持力的合力正好提供向心力，铁轨的内外轨均不受到挤压(不需有弹力)定量分析投影如下图所示设车轨间距为L，两轨高度差为h，转弯半径为R，质量为M的火车运行师生互动分析据三角形边角关系sin对火车的受力情况(重力和支持力合力提供向心力，对内外轨都无挤压)tan又因为很小所以sintan综合有故FMg又FM所以v实际讨论v在实际中反映的意义是什么？学生活动结合实际经验总结：实际中，铁轨修好后h、R、L为定值，又g为定值，所以火车转弯时的车速为一定值拓展讨论若速度大于又如何？小于呢？师生互动分析1vF向F(F支与G的合力)，故外轨受挤压对轮缘有作用力(侧压力) F向FF侧2V
7、F向F(F支与G的合力)，故内轨受挤压后对轮缘有侧压力F向F-F侧说明向心力是水平的(二)汽车过拱桥问题1凸形桥和凹形桥(1)物理模型投影如图(2)因是曲线，故需向心力2静止情况分析学生活动结合“平衡状态”受力分析同学积极解答受重力、支持力，二者合力为零，F压G3以速度v过桥顶(底)(1)过凸形桥顶学生活动1画受力示意图2利用牛顿定律分析F压同学主动解答，投影1考虑沿半径方向受力mg-FNm2牛顿第三定律F压FN3F压FNmg-mmg4讨论：由上式知v增大时，F压减小，当v时，F压0；当v时，汽车将脱离桥面，发生危险(2)过凹形桥底学生活动1画受力示意图2利用牛顿定律分析F压提问C层次同学，类
8、比分析1考虑沿半径受力FN-mgm2牛顿第三定律FNF压3F压FNmmgmg4由上式知，v增大，F压增大拓展讨论实际中桥都建成哪种拱形桥？为什么？理论联系实际分析1实践中都是凸形桥(三)归纳匀速圆周运动应用问题的解题思路学生活动结合火车转弯问题和汽车过桥问题各自归纳要求：A层次：写出重点关键步骤B层次：标明思维方式，注意事项C层次：分步确定投影解题思路1明确研究对象，分析其受力情况，确定研究对象运动的轨道平面和圆心的位置，以确定向心力的方向，这是基础2确定研究对象在某个位置所处的状态，进行具体的受力分析，分析哪些力提供了向心力，此为解题关键3列方程求解在一条直线上，简化为代数运算；不在一条直线
9、上，用平行四边形定则4解方程，并对结果进行必要的讨论强化训练一根细绳下端拴着一个小球，抓住绳的上端，使小球在水平面内做圆周运动细绳就绕圆锥面旋转，这样就形成了一个圆锥摆，试分析：(1)小球受力情况；(2)什么力成为小球做圆周运动的向心力参考答案：(1)受力：重力、拉力(2)二者合力提供向心力三、小结1教师小结本节通过几个典型实例分析进一步认识了匀速圆周运动的一些特点，以及在实际问题中的具体应用，得出了此类问题的具体解题步骤及注意事项2学生归纳学生活动分别独自按照教师提示及自己的理解归纳本节主要知识体系3抽查实物投影、激励评价四、作业1复习本节解题思路2课本练习3预习下节五、板书设计六、本节优化
10、训练设计1如图所示，质量为m的小球用细线悬于O点，可在竖直平面内做圆周运动，到达最高点时的速度v(l为细线长)，则此时细线的张力为_；若到达最高点时的速度v2时，细线的张力为_2铁路转弯处的圆弧半径是R，内侧和外侧的高度差为h，L是两轨间距离，当列车的转弯速率大于_时，外侧铁轨与轮缘间发生挤压3如下图所示，质量为m的滑块滑到圆弧轨道的最低点时速度大小为v，已知圆弧轨道的半径是R，则滑块在圆弧轨道最低点时对轨道的压力是_4如下图半径为R的圆筒A，绕其竖直中心轴匀速转动，其内壁上有一质量为m的物体B，B一边随A转动，一边以竖直的加速度a下滑，AB间的滑动摩擦系数为，A转动的角速度大小为_5在水平面
11、上转弯的汽车，向心力是()A重力与支持力的合力B静摩擦力C滑动摩擦力D重力、支持力、牵引力的合力6用细绳拴着质量为m的物体，在竖直平面内做圆周运动，则下列说法正确的是()A小球过最高点时，绳子的张力可以为0B小球过最高点时的最小速度是0C小球做圆周运动过最高点的最小速度是D小球过最高点时，绳子对小球的作用力可以与所受重力方向相反7汽车在倾斜的轨道上转弯如图所示，弯道的倾角为，半径为r，则汽车完全不靠摩擦力转弯的速率是(设转弯半径水平)()A BC D8如图所示，物体P用两根长度相等不可伸长的细线系于竖直杆上，它们随杆转动，若转动角速度为，则()A只有超过某一值时，绳子AP才有拉力B绳BP的拉力
12、随的增大而增大C绳子BP的张力一定大于绳子AP的张力D当增大到一定程度时，绳AP的张力大于BP的张力参考答案：103 mg 23mmg4 5B6AC7C8ABC备课资料一、物体做圆周运动的条件1质点做匀速圆周运动的条件：合外力大小保持不变，方向始终线与速度方向垂直且指向圆心2竖直平面内的圆周运动，一般情况下是变速圆周运动，物体能否通过圆周的最高点是有条件的(1)没有物体支撑的小球，在竖直平面内做圆周运动，通过最高点的情况，如图甲所示注意：绳对小球只能产生沿绳收缩方向的拉力A：临界条件：绳子或轨道对小球没有力的作用(即T0 或N0)mgm所以v临注意：如果小球带电，且空间存在电、磁场时，临界条件
13、应是小球所受重力、电场力和洛伦兹力的合力作为向心力，此时v临B：能通过最高点的条件：v当v时绳对球产生拉力，轨道对球产生压力C：不能通过最高点的条件：v实际上小球还不到最高点时就脱离了轨道（2）与轻杆相连的小球做圆周运动，通过最高点的情况：注意杆与绳不同，杆对物体既能产生拉力，也能对球产生支持力A：当v0时，Nmg(N为支持力)B：当0vN0C：当v时，N0D：当v，N为拉力，v增大，N增大如果是在下图乙中的小球通过圆形轨道最高点，当v时，小球将脱离轨道做平抛运动，因为轨道对小球无拉力二、重点难点解读1向心加速度的分析向心加速度是向心力的效果，其方向与向心力相同，总是指向圆心，因此，匀速圆周运
14、动是一种变加速度的运动从运动的角度看，向心加速度是描述做匀速圆周运动的物体的速度方向变化情况的物理量，其计算公式av2/rr2由上式可以看出：当线速度v一定时，向心加速度a跟轨道半径r成反比；当角速度一定时，向心加速度a跟r成正比；由于vr，所以a总是跟v与的乘积成正比2圆周运动中向心力的特点(1)匀速圆周运动：由于匀速圆周运动仅是速度方向变化而速度大小不变，故只存在向心加速度，物体受到外力的合力就是向心力可见，合外力大小不变，方向始终与线速度方向垂直且指向圆心，是物体做匀速圆周运动的条件(2)变速圆周运动：速度大小发生变化，向心加速度和向心力都会相应变化求物体在某一点受到的向心力时，应使用该
15、点的瞬时速度在变速圆周运动中，合外力不仅大小随时间改变，其方向也不沿半径指向圆心合外力沿半径方向的分力(或所有外力沿半径方向的分力的矢量和)提供向心力，使物体产生向心加速度，改变速度的方向；合外力沿轨道切线方向的分力，使物体产生切向加速度，改变速度的大小(3)当物体所受的合外力F小于所需要提供的向心力mv2/r时，物体做离心运动，即Fmv2/r时，物体做离心运动3圆周运动中的临界问题关于临界问题总是出现在变速圆周运动中，竖直平面内的圆周运动是典型的变速圆周运动一般情况下，只讨论最高点和最低点的情况：(1)如下图所示，没有物体支撑的小球，在竖直平面内做圆周运动过最高点时的情况：临界条件：小球到达
16、最高点时绳子的拉力(或轨道的弹力)刚好等于零，小球的重力提供其做圆周运动的向心力即mgm，上式中的v临界是小球通过最高点的最小速度，通常叫临界速度v临界能过最高点的条件：vv临界(此时绳、轨道对球分别产生拉力、压力)不能过最高点的条件：vv临界(实际上球还没有到最高点就脱离了轨道)(2)如下图所示，有物体支撑的小球在竖直平面内做圆周运动过最高点的情况：临界条件：由于硬杆和管壁的支撑作用，小球恰能到达最高点的临界速度v临界0如图(a)所示的小球过最高点时，轻杆对小球的弹性情况：A当v0时，轻杆对小球有竖直向上的支持力FN，其大小等于小球的重力，即FNmgB当0v时，杆对小球的支持力的方向竖直向上，大小随速度的增大而减小，其取值范围是：mgFN0C当v时，FN0D当v时，杆对小球有指向圆心的拉力，其大小随速度的增大而增大如图(b)所示的小球过最高点时，光滑硬管对小球的弹力情况：同上图(a)的分析三、几种常见的匀速圆周运动的实例图表图形受力分析以向心加速度方向建立坐标系利用向心力公式
