PAGEPAGE1第3節(jié)向心力的實(shí)例分析一、教學(xué)設(shè)計(jì)思想為了在教學(xué)中體現(xiàn)科學(xué)探究精神，盡可能完整的經(jīng)驗(yàn)科學(xué)探究過程，使學(xué)生通過體驗(yàn)感受戰(zhàn)勝困難，解決物理問題的喜悅，體驗(yàn)到學(xué)習(xí)科學(xué)的樂趣，了解科學(xué)的方法，獲得科學(xué)學(xué)問，本節(jié)教學(xué)把課本中的內(nèi)容以問題的形式提出，通過學(xué)生探究式的大膽猜想，再通過科學(xué)的分析，將物理理論應(yīng)用生活實(shí)際之中。二、教具打算課件展示在平直軌道上勻速行駛的火車；圖片展示火車車輪有凸出的輪緣結(jié)構(gòu)；實(shí)物模型模擬在平面彎曲軌道上火車轉(zhuǎn)彎的情景；錄像資料展示實(shí)際轉(zhuǎn)彎處的情形（外軌略高于內(nèi)軌）；視頻展示汽車過凸形拱橋的物理情景；多媒體設(shè)備。三、學(xué)習(xí)思路設(shè)計(jì)：本課的學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)，是在現(xiàn)行教材的基礎(chǔ)上，結(jié)合對《中學(xué)物理課程標(biāo)準(zhǔn)》的學(xué)習(xí)理解，在學(xué)習(xí)目標(biāo)的確立，學(xué)習(xí)內(nèi)容的調(diào)整，教法、學(xué)法的設(shè)計(jì)等方面作了一些主動地探究。（一）課程目標(biāo)的確立上：在原有目標(biāo)的基礎(chǔ)上，更留意課程學(xué)習(xí)與學(xué)生長遠(yuǎn)發(fā)展關(guān)系的處理，重點(diǎn)突出了學(xué)生學(xué)習(xí)學(xué)問后的實(shí)力和情感的培育，使學(xué)生能初步了解運(yùn)用書中理論解決實(shí)際問題的方法。（一）教法設(shè)計(jì)依據(jù)新課改的要求，結(jié)合我校的教學(xué)理念，故在本節(jié)課的教學(xué)中采納如下方法：科學(xué)探究法本節(jié)教學(xué)中一改傳統(tǒng)的平鋪直述模式，把課本中的內(nèi)容以問題的形式提出，通過學(xué)生探究式的大膽猜想，再通過科學(xué)的分析，將物理理論應(yīng)用生活實(shí)際之中。這樣，使學(xué)生通過體驗(yàn)感受戰(zhàn)勝困難，解決物理問題的喜悅，體驗(yàn)到學(xué)習(xí)科學(xué)的樂趣，了解科學(xué)的方法，獲得科學(xué)學(xué)問，聯(lián)系生產(chǎn)生活創(chuàng)設(shè)情境依據(jù)學(xué)生的生活閱歷，創(chuàng)設(shè)接近學(xué)生生活實(shí)際的實(shí)例引發(fā)問題。在講關(guān)于“火車轉(zhuǎn)彎”問題時(shí)，課前布置學(xué)生到學(xué)校運(yùn)動場進(jìn)行對“跑道”的實(shí)地探討。當(dāng)了解到彎道處是外高內(nèi)低向內(nèi)成一個(gè)傾斜的角度之后，讓學(xué)生體驗(yàn)一下在平面內(nèi)快速轉(zhuǎn)彎與有斜面上快速轉(zhuǎn)彎的感覺，再運(yùn)用物理學(xué)學(xué)問進(jìn)行說明，最終回到課堂中的“火車轉(zhuǎn)彎”問題上來，問題的情景就變得直觀形象，就能較好的解決教學(xué)中的難點(diǎn)問題（二）學(xué)法設(shè)計(jì)新課改中特殊強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)中學(xué)生的主體地位。在本節(jié)課的學(xué)習(xí)中，學(xué)生應(yīng)主動主動地參加，課堂探討分析時(shí)踴躍發(fā)言，做模擬試驗(yàn)時(shí)仔細(xì)操作，大膽嘗試，要將自己置身于真實(shí)的物理情景中去，盡可能完整的經(jīng)驗(yàn)科學(xué)探究過程，通過體驗(yàn)感受戰(zhàn)勝困難，解決物理問題的喜悅，體驗(yàn)到學(xué)習(xí)科學(xué)的樂趣，了解科學(xué)的方法，獲得科學(xué)學(xué)問。課時(shí)支配：1課時(shí)教學(xué)流程圖設(shè)計(jì)圖形說明：活動老師學(xué)生活動媒體選用起先思索探討，火車過凸形拱橋時(shí)的受力老師設(shè)疑，引導(dǎo)學(xué)生比較勻速直線運(yùn)動和勻速轉(zhuǎn)彎的異同結(jié)束圖片展示火車車輪有凸出的輪緣內(nèi)外軌一樣高，師生共同完成受力分析學(xué)生思索：擠壓的結(jié)果如何老師總結(jié)，外軌略高于內(nèi)軌時(shí)更平安師生共同分析火車運(yùn)動的動力學(xué)方程并求解老師總結(jié)說明思索不同速度運(yùn)行時(shí)，火車受力狀況對結(jié)果分狀況探討思索探討，火車過凸拱橋時(shí)的受力老師總結(jié)，內(nèi)外軌一樣高的軌道不能平安運(yùn)用實(shí)物模擬火車轉(zhuǎn)彎外軌高于內(nèi)軌，師生共同探討分析起先思索探討，火車過凸形拱橋時(shí)的受力老師設(shè)疑，引導(dǎo)學(xué)生比較勻速直線運(yùn)動和勻速轉(zhuǎn)彎的異同結(jié)束圖片展示火車車輪有凸出的輪緣內(nèi)外軌一樣高，師生共同完成受力分析學(xué)生思索：擠壓的結(jié)果如何老師總結(jié)，外軌略高于內(nèi)軌時(shí)更平安師生共同分析火車運(yùn)動的動力學(xué)方程并求解老師總結(jié)說明思索不同速度運(yùn)行時(shí)，火車受力狀況對結(jié)果分狀況探討思索探討，火車過凸拱橋時(shí)的受力老師總結(jié)，內(nèi)外軌一樣高的軌道不能平安運(yùn)用實(shí)物模擬火車轉(zhuǎn)彎外軌高于內(nèi)軌，師生共同探討分析激發(fā)愛好，導(dǎo)入新課課件展示柏拉圖的話學(xué)生自主探討，小結(jié)新課，老師點(diǎn)評學(xué)生探討溝通，給出答案老師提問，引導(dǎo)學(xué)生分析火車受力狀況展示在平直軌道上勻速行駛的火車圖片六、學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)師生互動活動設(shè)計(jì)1．老師利用多媒體課件展示物理情景，在分析時(shí)點(diǎn)撥關(guān)鍵之處．2．學(xué)生通過自學(xué)、視察來探討分析實(shí)際問題與書本學(xué)問的聯(lián)系，找出解決方法．整體感知：這一節(jié)課結(jié)合兩個(gè)實(shí)際例子進(jìn)行分析．要充分發(fā)揮老師的主導(dǎo)作用和學(xué)生的主體作用，師生共同探討，拓展學(xué)問．新課引入勻速圓周運(yùn)動被認(rèn)為是實(shí)際中最完備最和諧的一種運(yùn)動形式。古希臘哲學(xué)家柏拉圖(Plato，公元前427年—公元前347年)提出：“天上星體代表著永恒的、神圣的、不變的存在，因此它們確定沿著最完備的軌道以最完善的方式運(yùn)動。最完善的運(yùn)動是勻速圓周運(yùn)動，因此，它們確定是圍圍著地球作勻速圓周運(yùn)動?！庇纱丝梢姡湃藢蛩賵A周運(yùn)動充溢了神奇感。那么，是什么神奇的力氣操縱著物體，使它做這種最完備最和諧的運(yùn)動呢？今日，我們就一起揭秘生活中的兩種勻速圓周運(yùn)動“火車轉(zhuǎn)彎”和“汽車過拱橋”。1復(fù)習(xí)提問，為學(xué)習(xí)新課做打算勻速圓周運(yùn)動的物體受到向心力．向心力是怎樣產(chǎn)生的？用學(xué)生已熟識的例子說明：（1）繩拉物體做勻速圓周運(yùn)動，繩的拉力供應(yīng)向心力．（2）物體隨水平圓盤做勻速四周運(yùn)動，靜摩擦力供應(yīng)向心力．小結(jié)：向心力是由物體實(shí)際受到的一個(gè)力或幾個(gè)力的合力供應(yīng)的；向心力是按作用效果命名的力．特殊強(qiáng)調(diào)：分析和解決勻速圓周運(yùn)動的問題，關(guān)鍵是要把向心力的來源搞清晰。向心力是按效果命名的力，并不是一種新性質(zhì)的力，受力分析時(shí)絕不能額外加上一個(gè)向心力。下面，我們從分析向心力角度進(jìn)一步探討幾個(gè)實(shí)例：（一）火車轉(zhuǎn)彎課件展示圖片：在平直軌道上勻速行駛的火車?yán)蠋熖釂枺夯疖囀艿綆讉€(gè)力的作用，這幾個(gè)力間的關(guān)系如何？學(xué)生視察火車運(yùn)動狀況，畫出受力示意圖，并探討回答：（1）此時(shí)火車車輪受三個(gè)力：重力、支持力、牽引力和摩擦力（2）四個(gè)力的合力為零，其中重力和支持力、牽引力和摩擦力分別都是一對平衡力。那火車轉(zhuǎn)彎時(shí)的狀況又如何呢？提出問題并引導(dǎo)學(xué)生探討：1、火車勻速直線運(yùn)動和勻速轉(zhuǎn)彎是否同種狀態(tài)？[學(xué)生回答]：不是，火車勻速直線運(yùn)動時(shí)合外力為零，火車勻速轉(zhuǎn)變時(shí)受向心力，合外力不為零勻速直線運(yùn)動時(shí)F合＝0勻速轉(zhuǎn)彎時(shí)F合≠02、火車轉(zhuǎn)彎時(shí)所需的向心力是如何產(chǎn)生的？引導(dǎo)學(xué)生探討：分兩種狀況探討：內(nèi)外軌一樣高；外軌比內(nèi)軌高．內(nèi)外軌一樣高圖片展示火車車輪有凸出的輪緣結(jié)構(gòu)；實(shí)物模型模擬在平面彎曲軌道上火車轉(zhuǎn)彎的情景；師生互動當(dāng)火車轉(zhuǎn)彎時(shí)，火車做曲線運(yùn)動，所受合外力不為零，合外力供應(yīng)火車轉(zhuǎn)彎所需的向心力；有受力分析得：此時(shí)供應(yīng)火車轉(zhuǎn)彎時(shí)所需向心力的是鐵軌外緣和輪緣相互擠壓產(chǎn)生的彈力進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生思索：擠壓的結(jié)果會如何？學(xué)生探討:由于火車質(zhì)量很大，行駛的速度很高，故所需向心力通常很大，這樣，導(dǎo)致鐵軌外緣和輪緣間的相互作用力很大，簡單造成鐵軌和輪緣的損壞，甚至導(dǎo)致嚴(yán)峻的后果。老師總結(jié)：由于平面轉(zhuǎn)彎軌道鐵軌和輪緣簡單損壞，因此實(shí)際應(yīng)用中多采納下面的彎道，其外軌略高于內(nèi)軌。（2）外軌高于內(nèi)軌當(dāng)外軌比內(nèi)軌高時(shí)，鐵軌對火車的支持力不再是豎直向上，和重力的合力可以供應(yīng)向心力，可以減輕軌和輪緣的擠壓．最佳狀況是向心力恰好由支持力和重力的合力供應(yīng)，鐵軌的內(nèi)、外軌均不受到側(cè)向擠壓的力．定量分析火車轉(zhuǎn)彎的最佳狀況．①受力分析：如圖所示火車受到的支持力和重力的合力的水平指向圓心，成為使火車拐彎的向心力．②動力學(xué)方程：依據(jù)牛頓其次定律得mgtanθ＝mv02/r其中r是轉(zhuǎn)彎處軌道的半徑，是使內(nèi)外軌均不受力的最佳速度．③分析結(jié)論：解上述方程可知v02＝rgtanθ可見，最佳狀況是由v0、r、θ共同確定的．當(dāng)火車實(shí)際速度為v時(shí)，可有三種可能，當(dāng)v＝v0時(shí)，內(nèi)外軌均不受側(cè)向擠壓的力；當(dāng)v＞v0時(shí)，外軌受到側(cè)向擠壓的力（這時(shí)向心力增大，外軌供應(yīng)一部分力）；當(dāng)v＜v0時(shí)，外軌受到側(cè)向擠壓的力（這時(shí)向心力削減，內(nèi)軌供應(yīng)一部分力）．（4）還有哪些實(shí)例和這一模型相同？自行車轉(zhuǎn)彎，高速馬路上汽車轉(zhuǎn)彎等等．老師總結(jié)：我們探討的火車轉(zhuǎn)彎問題，實(shí)質(zhì)是物體在水平面的勻速圓周運(yùn)動，從力的角度看其特點(diǎn)是；合外力的方向確定在水平方向上，由于重力方向在豎直方向，因此物體除了重力外，至少再受到一個(gè)力，才有可能使物體產(chǎn)生在水平面勻速圓周運(yùn)動的向心力．探究情景:圓錐擺：在長度是L的細(xì)繩下端拴一質(zhì)量為m的小球，固定繩子的上端，使小球在水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動，細(xì)繩就沿圓錐面旋轉(zhuǎn)。試分析做圓錐擺運(yùn)動的小球的向心力的來源，并探討小球旋轉(zhuǎn)的角速度漸漸增大時(shí)帶來的小球受力和運(yùn)動狀況的改變。（二）汽車過拱橋視頻展示汽車過凸形拱橋的物理情景提問探討：（1）汽車靜止在橋頂與通過橋頂是否同種狀態(tài)？不是，汽車靜止在橋頂、或通過橋頂，雖然都受到重力和支持力．但前者這兩個(gè)力的合力為零，后者合力不為零．NGNG汽車在橋頂受到重力和支持力，如圖所示，向心力由二者的合力供應(yīng)，方向豎直向下．①動力學(xué)方程：由牛頓其次定律得G－N＝mv2/r解得N＝G－mv2/r②汽車處于失重狀態(tài)汽車具有豎直向下的加速度，N＜mg，對橋的壓力小于重力．這也是為什么橋一般做成拱形的緣由．③汽車在橋頂運(yùn)動的最大速度為依據(jù)動力學(xué)方程可知，當(dāng)汽車行駛速度越大，汽車和橋面的壓力越小，當(dāng)汽車的速度為時(shí)，壓力為零，這是汽車保持在橋頂運(yùn)動的最大速度，超過這個(gè)速度，汽車將飛出橋頂．思索與探討：依據(jù)上面分析汽車通過凸形橋的思路，分析一下汽車通過凹形橋最低點(diǎn)時(shí)對橋的壓力。這時(shí)的壓力比汽車的重量大還是?。刻骄壳榫?雜技節(jié)目水流星：一根細(xì)繩系著盛水的杯子，演員掄起繩子，杯子就做圓周運(yùn)動，甚至運(yùn)動到豎直面內(nèi)的最高點(diǎn)，已經(jīng)杯口朝下，水也不會從里灑出來。試通過分析，說明水為什么不會灑出來？要想保證這一節(jié)目勝利不讓水灑出來必需滿意什么條件？支配學(xué)生課下親自動手做試驗(yàn)，并思索以上問題。說明：在豎直面內(nèi)、物體一般不是做勻速圓周運(yùn)動，向心力和向心加速度公式雖然是從勻速圓周運(yùn)動得出的，但也適用于變速圓周運(yùn)（三）布置作業(yè)書77頁3、4、5七、教學(xué)后記本節(jié)課基本達(dá)到教學(xué)目標(biāo)，在操作過程中，學(xué)生對物理各學(xué)問點(diǎn)不能很好把握，從而學(xué)生在分析圓周運(yùn)動時(shí)，往往不明確它的依據(jù)為一般的運(yùn)動定律牛頓其次定律。在探討車過拱橋或凹形橋的最高點(diǎn)或最低點(diǎn)車對橋面的壓力時(shí)，學(xué)生易認(rèn)為壓力的大小等于車所受的重力的大小。為了很好的解決這些問題，必需使學(xué)生明確以下觀點(diǎn)：體會到直線運(yùn)動是圓周運(yùn)動的一個(gè)特例。直線運(yùn)動特殊就特殊在其運(yùn)動半徑無窮大上。物體做曲線運(yùn)動表明在垂直于速度方向上有了加速度，即向心加速度。其運(yùn)動學(xué)計(jì)算方法是：，r為曲率半徑。任何速度均由力產(chǎn)生，故向心加速度是由物體所受的力產(chǎn)生的。八、板書設(shè)計(jì)1．火車轉(zhuǎn)彎——水平面的圓周運(yùn)動2．汽車過拱橋——豎直面的圓周運(yùn)動．九、背景學(xué)問與課外閱讀愛因斯坦對我們的忠告不要讓“常識”欺瞞了你這里提到的“常識”即“生活閱歷”．愛因斯坦稱這類生活中沒有經(jīng)過仔細(xì)推敲或?qū)κ挛锏钠娴南嘧R為“常識”．他說：“常識是18歲以前沒