【人教版】高中物理必修二全一册教案(含答案)：5.7 生活中的圆周运动

5.7 生活中的圆周运动

教学目标

一、知识与技能 1．知道如果一个力或几个力的合力效果使物体产生向心加速度，它就是圆周运动的物体所受的向心力，会在具体问题中分析向心力的来源。

2．能理解运用匀速圆周运动的规律分析和处理生产和生活中的具体实例。 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、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，提高学生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。

3．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

1．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。

2．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。

3．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．关于对临界问题的讨论和分析。

3．对变速圆周运动的理解和处理。 教学过程

一、引入新课 复习提问：

（1）向心力的求解公式有哪几个？ （2）如何求解向心加速度？

引入：本节课我们应用上述公式来对几个实际问题进行分析。 二、新课讲解

（一）铁路的弯道

教师：投影教材P26的图5.7﹣1、5.7﹣2、5.7﹣3并提出问题：

1．认识铁路和火车轮子的形状。 2．明白车轮与铁轨之间的结合方式。 教师：（多媒体课件）模拟在平直轨道上匀速行驶的火车和平直轨道火车转弯情形，思考：

1. 两种情况下车的受力情况有何不同？

2. 列车对轨道的侧向压力与火车速度有没有关

系？

3. 为了减小火车对轨道的侧向压力，你有什么方法。 学生讨论并回答。

教师引导：a：用录像资料展示实际的转弯处：外轨略高于内轨。 b：用课件展示此时火车的受力情况，并说明此时火车的支持力FN的方向不再是竖直的，而是斜向弯道的内侧。

c：进一步用CAI课件展示此时火车的受力示意图，并分析得到：此时支持力与重力的合力提供火车转弯所需的向心力。

d：强调说明：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。

（二） 拱形桥

播放录像，交通工具（自行车、汽车等）过拱形桥。

投影问题情境：质量为m的汽车在拱形桥上以速度v行驶，若桥面的圆弧半径为R，试画出受力分析图，分析汽车通过桥的最高点时对桥的压力。

教师：通过分析，你可以得出什么结论？

学生在练习本上独立画出汽车的受力图，推导出汽车对桥面的压力。学生代表发言。 投影学生的推导过程，听取学生见解，点评、总结。

学生：在最高点，对汽车进行受力分析，确定向心力的来源；由牛顿第二定律列出方程求出汽车受到的支持力：由牛顿第三定律求出桥面受到的压力：F’N=G－mv2/r。可见，汽车对桥的压力F’N小于汽车的重力G，并且压力随汽车速度的增大而减小。

教师：请同学们进一步考虑当汽车对桥的压力刚好减为零时，汽车的速度有多大？当汽车的速度大于这个速度时，会发生什么现象？

学生：把 F′N=0代人上式可得，此时汽车的速度为v?gR。当汽车的速度大于这个速度时，就会发生汽车飞出去的现象，这种现象我们在电影里看到过。

教师：好，下面再一起共同分析汽车通过凹形桥最低点时，汽车对桥的压力比汽车的重力大些还是小些？

学生：通过对汽车进行受力分析，汽车通过凹形桥最低点时，汽车对桥的压力比汽车的重力大。

教师：刚才同学们分析了汽车在拱形桥最高点的情形，如果汽车不在拱形桥的最高点或最低点，前面的结论是否还能用？如果不能直接运用，又如何来研究这一问题呢？

学生：前面的结论能直接运用，不过此时物体的向心加速度不等于物体的实际加速度，即要用上一节研究变速圆周运动的方法来处理。

教师：好，这说明我们很多同学分析和处理物理问题的能力有了较大的提高，希望同学们继续努力，争取有更大进步。

点评：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。

（三）航天器中的失重现象

教师：从刚才研究的一道例题可以看出，当汽车通过拱形桥凸形桥面顶点时，如果车速达到一定大小，则可使汽车对桥面的压力为零。如果我们把地球想象为特大的“拱形桥”，则情形如何呢？会不会出现这样的情况：速度达到一定程度时，地面对车的支持力是零？这时驾驶员与座椅之间的压力是多少？驾驶员躯体各部分之间的压力是多少？他这时可能有什么感觉？

学生独立分析以上提出的问题，并在练习本上画出受力分析图，尝试解答。 投影学生的推导过程，引导学生间交流、讨论。

教师：刚才同学们交流、讨论的问题即为教材P58上的“思考与讨论”，该“思考与讨论”中描述的情景其实已经实现，不过不是在汽车上，而是在航天飞机上。

投影；假设宇宙飞船质量为M，它在地球表面附近绕地球做匀速圆周运动，其轨道半径近似等于地球半径R，航天员质量为m，宇宙飞船和宇航员受到的地球引力近似等于他们在地面上的重力，试求座舱对宇航员的支持力，此时飞船的速度多大？通过求解，你可以得出什么结论？

学生：通过整体法对宇宙飞船受力分析，并运用牛顿第二定律可解得：宇宙飞船的速度为Rg。再对宇航员进行分析可得，此时座椅对宇航员的支持力为零，即宇航员处于失重状态。

教师投影部分学生的推导过程，听取学生见解，并点评、总结。指出上面的分析仅仅是针对圆轨道而言的。其实在任何关闭了发动机又不受阻力的飞行器中，都是一个完全失重的环境。

点评：通过实例分析，让学生了解到航天器中的失重现象。学习知识的同时激发学习物理学的兴趣。

（四）离心运动 教师：做圆周运动的物体一旦失去向心力的作用，它会怎样运动呢？如果物体受的合力不足以提供向心力，它会怎样运动呢？发表你的见解并说明原因。

学生：我认为做圆周运动的物体一旦失去向心力的作用，它会沿切线飞出去，如体育中的“链球”运动，运动员手一放后，“链球”马上飞了出去。

学生：如果物体受的合力不足以提供向心力，它会做逐渐远离圆心的运动．如：在电影中经常看到，速度极快的汽车在急速转弯时，会有向外侧滑动的现象。 教师：（听取学生代表的发言，点评、总结）如果向心力突然消失，物体由于惯性，会沿切线方向飞出去。如果物体受的合力不足以提供向心力，物体虽不能沿切线方向飞出去。但会逐渐远离圆心。这两种运动都叫做离心运动。 讨论与思考

教师：请同学们结合生活实际，举出物体做离心运动的例子。在这些例子中，离心运动是有益的还是有害的？你能说出这些例子中离心运动是怎样发生的吗？ 学生认真思考并讨论问题，学生代表发表见解，相互间交流、讨论。

教师听取学生见解、点评、总结，并投影出“洗衣机脱水时”和“高速运动的汽车转弯时”的多媒体课件。 点评：培养学生观察生活的良好品质，培养学生发现问题、解决问题的主动求知的意识。 【课堂训练】

1. 如图甲、乙 所示，没有支撑物的小球在竖直平面做圆周运动过最高点的情况 1临界条件v=gr。 ○

2能过最高点的条件v>gr，此时绳或轨道对球分别产生拉力或压力。 ○

3不能过最高点的条件v

.o 甲 乙

2. 如图甲、乙所示，为有支撑物的小球在竖直平面做圆周运动过最高点的情况

甲 乙

① 能过最高点的条件 0

②当0

gr时，杆对小球无作用力 。

当v>gr时，杆对小球的力为 拉力 ，其大小为 mv2/r-mg 。

讨论：绳与杆对小球的作用力有什么不同？

通过学生思考讨论以下问题，对本节课进行课堂小结。 三、课堂小结

1. 物体除受到各个作用力外，还受一个向心力吗？ 2. 用向心力公式求解有关问题时的解题步骤如何？ 3. 对于火车转弯时，向心力由什么提供？

4. 汽车通过凹形或凸形拱桥时对桥的压力与重力的关系如何？ 四、课堂达标训练

1．一轻杆一端固定一个质量为M的小球，以另一端O为圆心，使小球在竖直面内做圆周运动，以下说法正确的是（ ）。

A.小球过最高点时，杆所受的弹力可以等于零

B.小球过最高点时的最小速率为gR

C.小球过最高点时，杆所受的力可以等于零也可以是压力或支持力 D.小球过最高点时，速率可以接近零

2．上题中把轻杆换成细绳，下列说法正确的是（ ）。 A.小球过最高点时，绳所受的弹力可以等于零