第五章 曲线运动 5.8 生活中的圆周运动
★教学目标
(一) 知识与技能
1. 知道向心力是圆周运动的物体半径方向的合力，不管是匀速圆周运动还是变速圆周运动。
2. 通过日常生活中的常见例子，学会分析具体问题中的向心力来源。 3. 能理解运用匀速圆周运动规律分析和处理生活中的具体实例。 (二) 过程与方法
4. 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，提高学生分析和解决问题的能力。
5. 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
6. 通过对离心现象的实例分析，提高学生综合应用知识解决问题的能力 (三) 情感态度与价值观
7. 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，理解物理与生活的联系，学会用合理、科学的方法处理问题
8. 通过离心运动的应用和防止的实例分析．使学生明白事物都是一分为二的，要学会用一分为二的观点来看待问题
9. 养成良好的思维表述习惯和科学的价值观
★教学重点
1. 理解向心力是一种效果力
2. 在具体问题中能找到是谁提供向心力的，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. 关于临界问题的讨论和分析 3. 对变速圆周运动的处理与分析
★教学过程
一、引入
师：同学们，在前面的学习中我们已经了解到，对于做圆周运动的物体，不管是匀速圆周运动还是变速圆周运动，其在半径方向的合外力大小必定是
v2F?m或F?m?2R或F?m?v，方向始终指向圆心，与速度垂直，该合外力又叫做
R向心力。
师：在日常生活中，我相信大家对圆周运动的接触应该很多，那大家有没有发现物体在做圆周运动时有向外甩的趋势，所以为了让物体能够顺利完成圆周运动，就必须有一个指向圆心的力来阻止这个向外甩的趋势，并不断改变物体的运动方向使物体能够做圆周运动，这个力就是向心力。就像绳子系着的小球，如果松开绳子，小球就会飞出。
师：这节课我们主要的学习目标就是通过一些实例的分析，让大家理论结合实际加深对圆周运动、向心加速度及向心力等概念的理解，融会贯通牛顿第二定律。 二、铁路的弯道
师：生活中我们会见到各类转弯运动，如汽车转弯、火车转弯、飞机转弯等。这些转弯运动实际上都是圆周运动。我们下面来看一个汽车转弯的视频 带领学生观看视频：汽车转弯翻车
师：视频中的汽车没能安全转弯，几乎是车毁人亡的结局。由此引发一个我们必须思考的问题：怎样才能安全转弯呢？
师：汽车转弯是圆周运动，由牛顿定律知道物体的运动是由受力决定的，那汽车要完成像转弯这样的圆周运动要满足的受力条件是什么？
生：牛顿定律告诉我们，运动和力是相对应的，什么样的运动就对应什么样的受力，反之什么样的受力就对应什么样的运动。如果物体要做圆周运动，不管是匀速圆周运动还是变
v22速圆周运动，必须受向心力作用。大小F?m或F?m?R或F?m?v。
R
师：那请同学们分析汽车安全转弯时的受力情况及向心力是由什么力提供。
生：汽车受重力、支持力、牵引力、摩擦力，向心力由汽车与地面间的静摩擦力提供。 师：汽车安全转弯的条件是什么？
生：汽车要想安全转弯，静摩擦力必须能够提供向心力。随着汽车转弯速度的增大，所需的向心力增大，所需的静摩擦力增大。我们知道静摩擦力是有一个最大值的，如果汽车做圆周运动的速度大到所需的向心力大于最大静摩擦，即静摩擦力无法提供物体做圆周运动的向心力，这时，汽车将必发生侧移，不能够安全转弯。
v2?fMAX，当两者相等时，汽车恰好能安全转弯。请大家求出汽师：所以条件应该是mR车刚好能够安全转弯的最大速度。
v 生：?mg?m0?v0??gr
r
师：同学们能不能给出一些增大汽车转弯安全性的建议？
生：从公式我们发现某一拐弯处的最大速度取决于μ、r两个量，要想增大转弯的安全性，我们可以增大动摩擦因数μ和拐弯半径。
师：很好，为了增加转弯的安全性，除了以上说的两点外，工程师们对转弯处路面还做了些重要处理。仔细观察下面两幅图片，研究工程师们设计的公路弯道有什么特点？并思考为什么要这样设计？
生：路面是倾斜的。
师：请大家讨论一下这样做的原因，画出受力分析图并思考汽车转弯向心力的来源。
2学生作图，教师巡视，要提醒学生虽然路面是倾斜的，但车还是在水平面内做圆周运动，向
心力还是在水平面，指向圆心。
师：如果不能完成上题的思考，对照下面我们以前完成的一道例题思考。
① 玻璃球沿碗（透明）的内壁在水平面内做匀速圆周运动，如图。（不计摩擦）试分析
向心力的来源。
【解析】：支持力、重力。向心力为重力与支持力的合力。由于这两个力的合力必须指向圆心，将支持力沿水平和竖直方向分解后就有如图所示的结论。
Nsin??mg
θ N G Ncos??F向
师：现在大家应该得到结论了吧。将路面倾斜的原因是让支持力与竖直方向成一角度，这样支持力的水平分力就可以提供部分向心力，减小静摩擦力的负担。
师：如果倾斜路面是光滑的，汽车能转弯吗？
生：能，根据上面例题可知，即使没有摩擦力，只靠重力与支持力的合力充当向心力也可以做圆周运动，此时的速度是个定值,假设路面与
v2?mgtan??v?grtan? 水平面夹角为θ，则有mr
师：如果汽车转弯速度大于这个值呢？或者小于这个值呢？ 生：如果大于这个值，则汽车向上滑，如果小于这个值，则向下滑。 师：对，这个时候就要靠路面的静摩擦力来帮忙了，当然最好就是以
grtan?的速度转弯，这样既安全，又对汽车轮胎有保护作用。所以一般在公路拐弯处
均有限速牌。如上两图右图。
师：在讨论了与汽车转弯相关的知识后，我们来研究火车转弯的问题。在当今社会，火车是非常重要的交通工具之一。如下图
师：在研究火车转弯的向心力来源之前我们必须先研究火车车轮与铁轨的构造，这与汽车在地面上静摩擦力提供向心力肯定是不一样的。对于火车的车轮和铁轨构造，大家平时都注意观察了吗？有哪位同学能告诉我它们的构造？
不少学生可能没有见过，有同学见过火车，却没有细细观察过
师：大家请看下面一幅图
师：大家可以看到火车车轮有突出的轮缘，轨道将两轮缘卡在里面。如下图所示
轮缘
相关推荐：
loading