《生活中的圓周運動》教案高中物理必修二2021知道假如一個力或幾個力的合力的效果是使物體產(chǎn)生向心加速度，它就是圓周運動的物體所受的向心力.會在詳細問題中分析向心力的來源。下面是小偏整理的《生活中的圓周運動》教案高中物理必修二2021，感謝您的每一次閱讀。

《生活中的圓周運動》教案高中物理必修二2021

教學目標

1、學問與技能

(1)知道假如一個力或幾個力的合力的效果是使物體產(chǎn)生向心加速度，它就是圓周運動的物體所受的向心力.會在詳細問題中分析向心力的來源。

(2)能理解運用勻速圓周運動的規(guī)律分析和處理生產(chǎn)和生活中的詳細實例。

(3)知道向心力和向心加速度的公式也適用于變速圓周運動，會求變速圓周運動中物體在特別點的向心力和向心加速度。

2、過程與方法

(1)通過對勻速圓周運動的實例分析，滲透理論聯(lián)系實際的觀點，提高同學分析和解決問題的力量。

(2)通過勻速圓周運動的規(guī)律也可以在變速圓周運動中使用，滲透特別性和一般性之間的辯證關系，提高同學的分析力量。

(3)通過對離心現(xiàn)象的實例分析，提高同學綜合應用學問解決問題的力量。

3、情感、態(tài)度與價值觀

(1)通過對幾個實例的分析，使同學明確詳細問題必需詳細分析，理解物理與生活的聯(lián)系，學會用合理、科學的方法處理問題。

(2)通過離心運動的應用和防止的實例分析.使同學明白事物都是一分為二的，要學會用一分為二的觀點來看待問題。

(3)養(yǎng)成良好的思維表述習慣和科學的價值觀。

教學重難點

教學重點：理解向心力是一種效果力;在詳細問題中能找到是誰供應向心力的，并結(jié)合牛頓運動定律求解有關問題。

教學難點：詳細問題中向心力的來源;關于對臨界問題的爭論和分析;對變速圓周運動的理解和處理。

教學工具

多媒體、板書

教學過程

新課導入

生活中的圓周運動處處可見，如運動物體轉(zhuǎn)彎問題，汽車、火車、飛機、自行車、摩托車的轉(zhuǎn)彎，只要你留意觀看，高速大路、賽車的彎道處，都做成外高內(nèi)低的路面，自行車、摩托車拐彎時都要傾斜車身……你知道這是什么緣由嗎?

一、鐵路的彎道

1.基本學問

(1)火車在彎道上的運動特點

火車在彎道上運動時做圓周運動，具有向心加速度，由于其質(zhì)量巨大，因此需要很大的向心力.

(2)轉(zhuǎn)彎處內(nèi)外軌一樣高的缺點

假如轉(zhuǎn)彎處內(nèi)外軌一樣高，則由外軌對輪緣的彈力供應向心力，這樣鐵軌和車輪極易受損.

(3)鐵路彎道的特點

①轉(zhuǎn)彎處外軌略高于內(nèi)軌.

②鐵軌對火車的支持力不是豎直向上的，而是斜向彎道內(nèi)側(cè).

③鐵軌對火車的支持力與火車所受重力的合力指向軌道的圓心，它供應了火車以規(guī)定速度行駛時的向心力.

2.思索推斷

(1)火車彎道的半徑很大，故火車轉(zhuǎn)彎需要的向心力很小.(×)

(2)火車轉(zhuǎn)彎時的向心力是車軌與車輪間的擠壓供應的.(×)

(3)火車通過彎道時具有速度的限制.(√)

探究溝通

除了火車彎道具有內(nèi)低外高的特點外，你還了解哪些道路具有這樣的特點?

【提示】有些道路具有外高內(nèi)低的特點是為了增加車輛做圓周運動的向心力，進而提高了車輛的運動速度，因此一些賽車項目的賽道的彎道要做得外高內(nèi)低，比如汽車、摩托車、自行車賽道的彎道，高速大路的拐彎處等.

二、拱形橋

1.基本學問

2.思索推斷

(1)汽車在水平路面上勻速行駛時，對地面的壓力等于車重，加速行駛時大于車重.(×)

(2)汽車在拱形橋上行駛，速度較小時，對橋面的壓力大于車重;速度較大時，對橋面的壓力小于車重.(×)

(3)汽車過凹形橋底部時，對橋面的壓力肯定大于車重.(√)

探究溝通

地球可以看做一個巨大的拱形橋，橋面半徑等于地球半徑，試爭論：地面上有一輛汽車在行駛，地面對它的支持力與汽車的速度有何關系?駕駛員有什么感覺?

【提示】依據(jù)汽車過凸形橋的原理，地球?qū)λ闹С至?/p>

隨v的增大，F(xiàn)N減小.當

這時駕駛員與座椅之間的壓力為零.他有飛起來的感覺，所以駕駛員有失重的感覺.

三、航天器中的失重現(xiàn)象及離心現(xiàn)象

1.基本學問

(1)航天器在近地軌道的運動

①對航天器，在近地軌道可認為地球的萬有引力等于其重力，重力充當向心力，滿意的關系為

②對航天員，由重力和座椅的支持力供應向心力，滿意的關系為

航天員處于完全失重狀態(tài)，對座椅壓力為零.

③航天器內(nèi)的任何物體之間均沒有壓力.

(2)對失重現(xiàn)象的熟悉

航天器內(nèi)的任何物體都處于完全失重狀態(tài)，但并不是物體不受地球引力.正由于受到地球引力的作用才使航天器連同其中的乘員做勻速圓周運動.

(3)離心運動

①定義：物體沿切線飛出或做漸漸遠離圓心的運動.

②緣由：向心力突然消逝或外力不足以供應所需向心力.

2.思索推斷

(1)繞地球做勻速圓周運動的航天器中的宇航員及全部物體均處于完全失重狀態(tài).(√)

(2)航天器中處于完全失重狀態(tài)的物體不受重力作用.(×)

(3)航天器中處于完全失重狀態(tài)的物體所受合力為零.(×)

探究溝通

雨天，當你旋轉(zhuǎn)自己的雨傘時，會發(fā)覺水滴沿著傘的邊緣切線飛出(如圖所示)，你能說出其中的緣由嗎?

【提示】旋轉(zhuǎn)雨傘時，雨滴也隨著運動起來，但傘面上的雨滴受到的力不足以供應其做圓周運動的向心力，雨滴由于慣性要保持其原來的速度方向而沿切線方向飛出.

四、火車轉(zhuǎn)彎問題

【問題導思】

1.火車轉(zhuǎn)彎時，軌道平面是水平面嗎?

2.火車轉(zhuǎn)彎時，向心力是怎樣供應的?

3.火車轉(zhuǎn)彎時，速度大小變化，軌道受到的側(cè)向壓力大小變化嗎?

1.軌道分析

火車在轉(zhuǎn)彎過程中，運動軌跡是一圓弧，由于火車轉(zhuǎn)彎過程中重心高度不變，故火車軌跡所在的平面是水平面，而不是斜面.火車的向心加速度和向心力均沿水平面指向圓心.

2.向心力分析

如圖所示，火車速度合適時，火車受重力和支持力作用，火車轉(zhuǎn)彎所需的向心力完全由重力和支持力的合力供應，合力沿水平方向，大小F=mgtanθ.

為彎道半徑，θ為軌道所在平面與水平面的夾角，v0為轉(zhuǎn)彎處的規(guī)定速度).

4.軌道壓力分析

(1)當火車行駛速度v等于規(guī)定速度v0時，所需向心力僅由重力和彈力的合力供應，此時火車對內(nèi)外軌道無擠壓作用.

(2)當火車行駛速度v與規(guī)定速度v0不相等時，火車所需向心力不再僅由重力和彈力的合力供應，此時內(nèi)外軌道對火車輪緣有擠壓作用，詳細狀況如下：

①當火車行駛速度vv0時，外軌道對輪緣有側(cè)壓力.

②當火車行駛速度v0時，內(nèi)軌道對輪緣有側(cè)壓力.

誤區(qū)警示

汽車、摩托車賽道拐彎處，高速大路轉(zhuǎn)彎處設計成外高內(nèi)低，也是盡量使車受到的重力和支持力的合力供應向心力，以減小車輪受到地面施加的側(cè)向靜摩擦力.

例：有一列重為100t的火車，以72km/h的速率勻速通過一個內(nèi)外軌一樣高的彎道，軌道半徑為400m.(g取10m/s2)

(1)試計算鐵軌受到的側(cè)壓力大小;

(2)若要使火車以此速率通過彎道，且使鐵軌受到的側(cè)壓力為零，我們可以適當傾斜路基，試計算路基傾斜角度θ的正切值.

【審題指導】

(1)問中，外軌對輪緣的側(cè)壓力供應火車轉(zhuǎn)彎所需要的向心力.

(2)問中，重力和鐵軌對火車的支持力的合力供應火車轉(zhuǎn)彎的向心力.

【答案】(1)105N(2)0.1

總結(jié)

解決這類題目首先要明確物體轉(zhuǎn)彎做的是圓周運動，其次要找準物體做圓周運動的平面及圓心，理解向心力的來源是物體所受合力.

五、豎直面內(nèi)的圓周運動

【問題導思】

1.關于豎直面內(nèi)的圓周運動，一般只爭論哪兩種模型?

2.對“繩模型”，質(zhì)點過最高點的臨界條件是什么?

3.對“桿模型”，質(zhì)點過最高點的臨界條件是什么?

1.繩模型

小球在細繩作用下在豎直平面內(nèi)做圓周運動，小球沿豎直光滑軌道內(nèi)側(cè)做圓周運動，都是繩模型，如圖所示.

(1)向心力分析

①小球運動到最高點時受向下的重力和向下的繩子拉力(或軌道彈力)作用，由這兩個力的合力充當向心力

②小球運動到最低點時受向下的重力和向上的繩子拉力(或軌道彈力)作用，由這兩個力的合力充當向心力

(2)臨界條件

小球恰好過最高點時，應滿意彈

可得小球在豎直面內(nèi)做圓周運動的臨界速度

(3)最高點受力分析

2.桿模型

小球被一輕桿拉著在豎直平面內(nèi)做圓周運動，小球在豎直放置的光滑細管內(nèi)做圓周運動，都是桿模型，如圖所示.

(1)向心力分析

①小球運動到最高點時受桿(或軌道)的彈力和向下的重力作用，由這兩個力的合力充當向心力.若彈力向上：

②小球運動到最低點時受向上的桿(或軌道)彈力和向下的重力作用，由這兩個力的合力充當向心力

(2)臨界條件

由于桿和管能對小球產(chǎn)生向上的支持力，故小球能在豎直平面內(nèi)做圓周運動的臨界條件是運動到最高點時速度恰好為零.

(3)最高點受力分析

特殊提示

1.繩模型和桿模型中小球做的都是變速圓周運動，在最高點、最低點時由小球豎直方向所受的合力充當向心力.

2.繩模型和桿模型在最低點的受力特點是全都的，在最高點桿模型可以供應豎直向上的支持力，而繩模型不能.

例：長度為0.5m的輕桿OA繞O點在豎直平面內(nèi)做圓周運動，A端連著一個質(zhì)量m=2kg的小球.求在下述的兩種狀況下，通過最高點時小球?qū)U的作用力的大小和方向.(g取10m/s2)

(1)桿做勻速圓周運動的轉(zhuǎn)速為2.0r/s;

(2)桿做勻速圓周運動的轉(zhuǎn)速為0.5r/s.

【審題指導】

(1)球在最高點時，桿對小球的彈力有支撐力和拉力兩種可能.

(2)要求出球在最高點時，桿恰好無彈力的轉(zhuǎn)速，再進行列式分析.

【答案】

(1)小球?qū)U的拉力為138N，方向豎直向上.

(2)小球?qū)U的壓力為10N，方向豎直向下.

六、離心運動

【問題導思】

1.離心現(xiàn)象的實質(zhì)是什么?

2.物體什么時候才做離心運動?

3.離心運動與近心運動有什么區(qū)分?

1.離心運動的實質(zhì)

離心現(xiàn)象的本質(zhì)是物體慣性的表現(xiàn).做圓周運動的物體，由于慣性，總是有沿著圓周切線飛出去的趨向，之所以沒有飛出去，是由于受到向心力的作用.從某種意義上說，向心力的作用是不斷地把物體從圓周運動的切向方向拉回到圓周上來.

2.離心運動的條件

做圓周運動的物體，供應向心力的外力突然消逝或者合外力不能供應足夠大的向心力.

3.離心運動、近心運動的推斷

如圖所示，物體做圓周運動是離心運動還是近心運動，由實際供應的向心力Fn與所需向心力

的大小關系打算

由以上關系進一步分析可知：原來做圓周運動的物體，若速率不變，所受向心力削減或向心力不變，速率變大，物體將做離心運動;若速度大小不變，所受向心力增大或向心力不變，速率減小，物體將做近心運動.

誤區(qū)警示

1.物體做離心運動時并不存在“離心力”，“離心力”的說法是由于有的同學把慣性當成了力.

2.離心運動并不是沿半徑方向向外遠離圓心的運動.

例：如圖所示，高速大路轉(zhuǎn)彎處彎道圓半徑R=250m，汽車輪胎與路面間的動摩擦因數(shù)μ=0.25.若路面是水平的，問汽車轉(zhuǎn)彎時不發(fā)生側(cè)向滑動(離心現(xiàn)象)所許可的最大速率vm為多大?當超過v時，將會消失什么現(xiàn)象?(g取10m/s2)

【審題指導】

(1)明確向心力的來源.

(2)理解離心運動產(chǎn)生的緣由.

【答案】90km/h汽車做離心運動或消失翻車

七、航天器中的完全失重現(xiàn)象

例：如圖所示，宇航員在圍繞地球做勻速圓周運動的空間站中處于完全失重狀態(tài)，下列說法正確的是()

A.宇航員仍受重力的作用

B.宇航員受力平衡

C.宇航員所受重力等于所需的向心力

D.宇航員不受重力的作用

【答案】AC

1.航天器中物體的向心力

向心力由物體的重力G和航天器的支持力FN供應，即

2.當航天器的速度

，此時航天器機器內(nèi)部物體均處于完全失重狀態(tài)

3任何關閉了發(fā)動機又不受阻力的飛行器中，都是一個完全失重的環(huán)境.

規(guī)律總結(jié)：物體處于完全失重狀態(tài)的特征

1.物體都具有向下的加速度，加速度大小為g.

2.物體對支持