2020-2021学年高中物理-第二章-匀速圆周运动-3-圆周运动的实例分析教案-教科版必修2.doc

2020-2021学年高中物理 第二章 匀速圆周运动 3 圆周运动的实例分析教案 教科版必修2

2020-2021学年高中物理 第二章 匀速圆周运动 3 圆周运动的实例分析教案 教科版必修2

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姓名：

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匀速圆周运动的实例分析
一、教学目标
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。会在具体问题中分析向心力的来源。
2、知道向心力、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。
3、会分析汽车过桥和火车转弯问题
4、培养学生的分析能力、综合能力和推理能力，明确解决实际问题的思路和方法。
二、重点难点
重点：找出向心力的来源，理解并掌握在匀速圆周运动中合外力提供向心力， 能用向心力公式解决有关圆周运动的实际问题。
难点：分析汽车过拱桥和火车转弯
三、教学方法
讲授、分析、推理、归纳
四、教学过程
新课引入： 知识回顾
（一）、关于向心力的来源
1、向心力是按效果命名的力；
2、任何一个力或几个力的合力只要它的作用效果是使物体产生向心加速度，它就是物体所受的向心力；
3、不能认为做匀速圆周运动的物体除了受到物体的作用力以外，还要另外受到向心力作用。
（二）、运用向心力公式解题的步骤
1、明确研究对象，确定它在哪个平面内做圆周运动，找到圆心和半径。
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。
3、建立以向心方向为正方向的坐标，找出向心方向的合外力，根据向心力公式列方程。
4、解方程，对结果进行必要的讨论。
（三）、实例1：汽车过拱桥 （可通过学生看书，讨论，总结）
问题：质量为m的汽车在拱桥上以速度v前进，桥面的圆弧半径为r，求汽车通过桥的最高点时对桥面的压力。
解析：选汽车为研究对象，对汽车进行受力分析：汽车在竖直方向受到重力G和桥对车的支持力F1作用，这两个力的合力提供向心力、且向心力方向向下
建立关系式：

又因支持力与汽车对桥的压力是一对作用力与反作用力，所以
（1） 当v = 时，F = 0
（2） 当0 ≤ v ＜ 时 , 0 ＜ F ≤ mg
（3） 当 v ＞ 时, 汽车将脱离桥面，发生危险。
小结：上述过程中汽车虽然不是做匀速圆周运动，但我们仍然使用了匀速圆周运动的公式。原因是向心力和向心加速度的关系是一种瞬时对应关系，即使是变速圆周运动，在某一瞬时，牛顿第二定律同样成立，因此，向心力公式照样适用。
例1：一辆质量m＝2 t的轿车，驶过半径R＝80 m的一段凸形桥面，g＝10 m/s2，求：
(1)轿车以10m/s的速度通过桥面最高点时，对桥面的压力是多大？
(2)在最高点对桥面的压力等于轿车重力的一半时，车的速度大小是多少？
（四）实例2：火车转弯
火车在平直轨道上匀速行驶时，所受的合力等于零。当火车转弯时，它在水平方向做圆周运动。是什么力提供火车做圆周运动所需的向心力呢？
1、分析内外轨等高时向心力的来源（运用模型说明）
（1）此时火车车轮受三个力：重力、支持力、外轨对轮缘的弹力。
（2）外轨对轮缘的弹力提供向心力。
（3）由于该弹力是由轮缘和外轨的挤压产生的，且由于火车质量很大，故轮缘和外轨间的相互作用力很大，易损害铁轨。
2、实际弯道处的情况（运用模型说明）
（1） 展示实际转弯处外轨略高于内轨
（2）对火车进行受力分析：火车受铁轨支持力FN的方向不再是竖直向上，而是斜向弯道的内侧，同时还有重力G
(3) 支持力与重力的合力水平指向内侧圆心，成为使火车转弯所需的向心力。
（4）转弯处要选择内外轨适当的高度差，使转弯时所需的向心力完全由重力G和支持力FN来提供，这样外轨就不受轮缘的挤压了。
例2　铁路在弯道处的内、外轨道高度是不同的，已知内、外轨道平面与水平面的夹角为θ，如图所示，弯道处的圆弧半径为R，若质量为m的火车转弯时速度等于，则(　　)
A．内轨对内侧车轮轮缘有挤压
B．外轨对外侧车轮轮缘有挤压
C．这时铁轨对火车的支持力等于mg/cosθ
D．这时铁轨对火车的支持力大于mg/cosθ
五、课堂小结
六、课外作业
1.阅读练习册P31页内容
2.完成练习册P31—P32例1、例2两题
七、板书设计

八、课后反思：