物理 第2章 第3节 匀速圆周运动的实例分析 精品导学案 教科版必修二

匀速圆周运动的实例分析一、教学任务分析《圆周运动的实例分析》是《匀速圆周运动》这一章的核心内容，经过前面圆周运动的学习，学生对圆周运动已经有初步的了解，但是学生对生活中遇到的有关问题，还不能运用动力学思想进行分析，比如找不到物体做圆周运动的半径，分不清物体做圆周运动的向心力的来源。

为解决实际问题，本节课从生活实例出发，引导学生留心生活中常见的物理现象，分析其中蕴含的物理规律，结合牛顿运动定律和向心力的相关公式，加深学生对向心力按效果命名的理解，对实际问题进行科学抽象，解决实际问题。

培养学生留心生活，独立思考，解决问题的能力。

二、教学目标1．知识与技能（1）知道向心力是按效果命名的力，会在具体问题中分析向心力的来源（2）能够运用牛顿运动定律分析和解决生活中的实际问题（3）理解什么是离心运动，初步认识临界问题2．过程与方法（1）通过小组合作，观察生活，学会将生活中的问题进行科学抽象（2）通过小组竞争，解决有关问题，增强分析能力、解决问题的综合能力。

3．情感、态度与价值观（1）通过观察思考，学会留心生活，学会科学抽象的思维方法（2）通过小组合作和小组竞争，对比学习，分析讨论，增强合作意识、竞争意识，学会独立思考三、教学重点与难点重点：应用动力学思想分析圆周运动难点：向心力来源的分析四、教学设计思路依据：考纲要求中学物理课程是以观察和实验为基础，以物理现象、物理概念和规律、物理过程和方法为载体，以科学探究为主线，以提高全体学生科学素养为基本目标的基础性自然科学课程。

物理课程必须倡导物理学习的自主性、探究性、合作性，让学生主动参与学习，体验和感悟科学探究的过程和方法，激发他们持久的学习兴趣和求知欲望，并在探究过程中培养自主学习的能力，逐步实现学习方式的转变，使学生逐步养成敢于质疑，善于交流，乐于合作，勇于实践的科学态度。

物理课程必须改变学科本位的观念，全面反映物理学与技术、社会的广泛联系，从生活走向物理，从物理走向社会。

圆周运动的实例分析【学习目标】1．会在具体问题中分析向心力的来源。

2．能熟练运用向心力公式及圆周运动公式解决有关圆周运动的实际问题。

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，并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。

4．知道什么是离心现象，知道物体做离心运动的条件。

【学习重点】1．知道向心力和向心加速度的公式也适用于变速圆周运动。

2．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。

【学习难点】能熟练运用向心力公式及圆周运动公式解决有关圆周运动的实际问题。

【学习过程】一、学习指南（一）汽车通过拱形桥1．向心力来源：_____和桥面的_____的合力提供向心力。

2．动力学关系（1）如图甲所示，汽车在凸形桥的最高点时，满足的关系为mg－N＝mv2R，N＝mg－mv2R，由牛顿_____定律可知，汽车对桥面的压力大小等于支持力，因此汽车在凸形桥上运动时，对桥的压力_____重力。

当v＝gR时，其压力为零。

甲乙（2）如图乙所示，汽车经过凹形桥的最低点时，满足的关系为N－mg＝mv2R，N＝mg＋mv2R，由牛顿_____定律可知，汽车对桥的压力大小N′＝N。

汽车过凹形桥时，对桥的压力_____重力。

（二）“旋转秋千”“旋转秋千”运动可简化为__________模型，如图所示。

1．向心力来源：_____和悬线的_____的合力提供。

2．动力学关系：_____＝mω2r，又r＝_____，则ω＝gl cos α，周期T＝2πl cos αg，所以cos α＝gω2l，由此可知，α与角速度ω和绳长l有关，在绳长l确定的情况下，角速度ω越大，α_____。

（三）火车转弯1．火车在弯道上的运动特点火车车轮上突出的轮缘在铁轨上起到限定方向的作用，如果火车在水平路基上转弯，_____对轮缘的弹力就是火车转弯的向心力，轮缘与外轨间的作用力很大，铁轨与轮缘极易受损，故实际在转弯处，火车的外轨__________内轨。

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第一节圆周运动教学策略：【教学方法设计】实验探究教学法、教育评价机制激励法．本节设计实验引入以探究活动为主要手段，以实验、讨论、分析交流为主要学习方式，教师逐步设置问题引导学生观察、探究、开展学习活动，达到三维教学目标．【教学媒体设计】本节设计以空中转椅的运动引入，再多媒体教学手段再现物体做圆周运动的物理情景，利用学生熟悉的陀螺、洗衣机、自行车、荡秋千等场景创设物理场景,营造研究圆周运动的氛围，激发学生的求知欲．【教具设计】在支架上固定圆形木板,木板上用细铁丝模拟大小不同的轨道,轨道上安装可沿轨道运动的卡通动物．在圆形木板后，用传动装置带动卡通动物,使其可以不同的线速度和角速度沿 A 、B 轨道运动．说明：（ 1 ）通过变速器，可使物体以不同的线速度和角速度运动．（ 2 ）轨道用不同颜色的材料模拟，并可拆卸．( 3 ）物体在做圆周运动时，它与圆心的连线也可转动，演示它转过的角度．教学过程：是冠军？（同时出发,同时撞线）改变转速，展示在相同的时间内通过的弧长不同的情况，把轨道AB展开，拉成直线，比较其周长,可知物体在A轨道上通过的圆弧长，运动较快．线速度：若在时间t内,做匀速圆周运动的质点通过的弧长是s，则用比值s/t来描述匀速圆周运动的快慢，这个比值称为匀速圆周运动的线速度．公式：单位：米/秒．比较在A、 B跑道上两个动物线速度的大小．回顾曲线运动速度方向,思考,设计探究圆周运动线速度方向的方案．线速度的方向：圆周运动是曲线运动，则其线速度方向是曲线上该点的切线方向．练习：画出圆周上各点的线速度方向．思考:观察、思考．引导学生观察、思考如何比较圆周运动的快慢．回忆曲线运动的速度方向，思考讨论圆周运动的线速度方向．思考:匀速圆周运动的线速度是不在两个小动物的比赛中，它们同时出发，同时到达终点，线速度大小不同,但都是在相同的时间内跑了一圈，如何描述它们在这方面的运动快慢呢?连接小动物到圆心，发现在相同的时间内连线转过的角度相等，引出角速度的定义．实验演示：在运动过程中，相同的时间内转过的角度不同．引出角速度的概念．角速度:连接质点和圆心的半径所转过的角度φ跟所用时间 t 的比值，即单位时间所转过的角度叫做匀速圆周运动的角速度．用ω表示:单位：弧度每秒．符号:rad/s．匀速圆周运动是角速度不变的运动．探月工程：“嫦娥一号”绕月球飞行一周的时间为127分钟 ,求其角速度．周期:做匀速圆周运动的物体运动一周所用的时间叫做周期．用符号 T表示．单位：秒．神舟六号绕地球运动的线速度大小约为 7。

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第3节 圆周运动的实例分析一、探究并设计适合本节教学的教法、学法: 1、设计教法：（1）情景导学法：引入新课教学中创设问题情境,激发学习兴趣，调动学生的内在学习动力，促使学生积极主动学习；（2)目标导学法：让在学生在学前明确学习目标，学有方向，才能有的放矢,促使学生积极探索、发现；（3）实验演示法：学生通过参与实验操作、讨论分析实验现象，推理其内在的本质；(4)比较法:通过新旧对比，启发学生认识并获得新知等.最大限度地调动学生积极参与教学活动。

充分体现“教师主导，学生主体”的教学原则。

本节课采用了演示法和讲授法相结合的启发式综合教学方法。

教师边演示边让学生分折解题思路，充分调动学生的积极性和主动性. 2、设计学法：观察法，归纳法,阅读法，推理法 。

教学生用较简单的器材做实验,以发挥实验效益，提高教学效果的方法.通过设疑,启发学生思考.二、设计教学流程：三、具体教学过程设计:创设情景：（教学PPT 录像)在日常生活中有很多圆周运动的实例:骑自行车转弯,汽车、创设情景，激发学生学习兴趣和热情复习圆周运动的基本知识，为后面小球过最高点条件分析作铺垫明确圆周运动的解题思路，进一步加深对向心力的概念理解通过实例分析，进一步理解向心力的来源可以是一个力或几个力的合力汽车过拱桥，培养学生阅读和自学能力，知道向心力公式也适用变速圆周运动 O进一步熟练向心力来源分析，为后面绳子过最高点问题作铺堑 绳系小球过最高点及过山车过最高点的条件进行比较分析课后小结火车转弯等都是圆周运动或圆周运动的一部分，这些运动的向心力的来源是什么？这节课我们就来讨论在具体的问题中向心力的来源？实例分析一(匀速圆周运动）:1、小球在光滑水平面上做匀速圆周运动。

高中物理第二章第3节匀速圆周运动的实例分析学案教科版必修2第3节匀速圆周运动的实例分析班别______姓名_____【学习目标】1、分析铁轨拐弯处的设计、骑自行车转弯等实例的动力学关系。

2、认识向心力是以效果命名的力；知道什么是离心现象，说出物体做离心运动的条件。

3、通过列举实例，感受圆周运动在生活、生产中的应用价值，说明离心运动的应用和防止。

【阅读指导】1、在水平路面上，你骑自行车向右拐弯，__________提供向心力，方向向__________。

2、拐弯的鸟或飞机依靠______________________获得向心力。

3、通常，把在做圆周运动时，由于_________________________，以致物体沿________________________________________称为离心运动。

4、离心运动有很多重要应用，_____________________叫离心机械，例如：________。

5、离心现象在生产生活中广泛存在，不总是有利的，有时也有害，例如：__________。

【课堂练习】★夯实基础1、如图（1）所示，在匀速转动的圆筒内壁上紧靠着一个小物体，小物体A与圆筒保持相对静止，对小物体A进行受力分析，并指出谁充当向心力。

ωAl（1）（2）（3）2、如图（2）所示，试分析汽车在经过拱桥的最高点时的受力情况，并指出谁充当汽车圆周运动的向心力。

（汽车的速度不太大）3、如图（3）所示，用细线吊着一个小球，使小球在水平面内做匀速圆锥摆运动，分析小球的受力，并指出谁充当小球做圆周运动的向心力。

4、关于铁道转弯处内外铁轨间的高度关系，下列说法中正确的是（）A、内、外轨一样高，以防列车倾倒造成翻车B、因为列车转弯处有向内倾倒的可能，故一般使内轨高于外轨，以防列车翻倒C、外轨比内轨略高，这样可以使列车顺利转弯，减少车轮与铁轨的挤压D、以上说法均不正确v5、如图所示为一竖直放置的圆形环，小球可在环内做圆周运动。

《圆周运动的实例分析》教学设计一、教材依据本节课是教科版高中物理必修2第二章《研究圆周运动》的第3节《圆周运动的实例分析》。

二、设计思路（一）、指导思想①突出科学的探究性和物理学科的趣味性；②体现了以学生为主体的学习观念；注重了循序渐进性原则和学生的认知规律，使学生从感性认识自然过渡到理性认识。

（二）、设计理念本节对学生来说是比较感兴趣的，要使学生顺利掌握本节内容。

引导学生在日常生活经验的基础上通过观察和主动探究和归纳，就成为教学中必须解决的关键问题。

所以在本节课的设计中，结合新课改的要求，利用“六步教学法”：教师主导——提出问题；学生探求——发现问题；主体互动——研究问题；课堂整理——解决问题；课堂练习——巩固提高；反思小结——信息反馈，为学生准备了导学提纲，重视创设问题的情境，引导学生分析现象，归纳总结出实验结论。

（三）教材分析本节是《研究圆周运动》这一章的核心，它既是圆周运的向心力与向心加速度的具体应用，也是牛顿运动定律在曲线运动中的升华，它也将为学习后续的万有引定律应用、带电粒子在磁场中运动等内容作知识与方法上的准备。

本节通过对汽车、火车等交通工具等具体事例的分析，理解圆周运动规律分析和解决物理问题的方法。

在本节教学内容中，圆周运动与人们日常生活、生产技术有着密切的联系，本节教材从生活场景走向物理学习，又从物理学习走向社会应用，体现了物理与生活、社会的密切联系。

三、教学目标1.通过对自行车、交通工具等具体事例的分析，理解圆周运动规律分析和解决物理问题的方法。

2.将生活实例转换为物理模型进行分析研究。

3.通过探究性物理学习活动，使学生获得成功的愉悦，培养学生对参与物理学习活动的兴趣，提高学习的自信心。

4.通过对日常生活、生产中圆周运动现象的解释，敢于坚持真理、勇于应用科学知识探究生活中的物理学问题。

四、教学重点理解向心力不是一种特殊的力，同时学会分析实际的向心力来源。

五、教学难点能用向心力公式解决有关圆周运动的实际问题，其中包括分析汽车过拱桥、火车拐弯等问题。

第三节匀速圆周运动的实例分析一、教学目标1．知道什么是离心现象，知道物体做离心运动的条件。

2．能结合课本所分析的实际问题，知道离心运动的应用和防止。

二、重点难点重点：物体做离心运动所满足的条件。

难点：对离心运动的理解及其实例分析。

观察总结四、教学过程（一）引入新课做圆周运动的物体，因为本身的惯性，总有沿着圆周切线方向飞去的倾向，它之所以没有飞去是因为向心力持续地把物体拉到圆周上来，使物体同圆心的距离保持不变。

做匀速圆周运动的物体，它所受的合外力恰提供了它所需要的向心力，假如提供它的外力消失或缺乏，物体将怎样运动呢？本节课专门研究这个问题。

（二）实行新课1.离心运动：学生阅读教材【离心现象】做匀速圆周运动的物体，在所受的合力突然消失或者缺乏以提供圆周运动所需的向心力的情况下，就做逐渐远离圆心的运动。

这种运动叫做离心运动。

2．离心运动的条件：（1）当产生向心力的合外力突然消失，物体便沿所在位置的切线方向飞出。

（2）当产生向心力的合外力不完全消失，而仅仅小于所需要的向心力，物体将沿切线和圆周之间的一条曲线运动，远离圆心而去。

3．离心现象的本质——物体惯性的表现做匀速圆周运动的物体，因为本身有惯性，总是想沿着切线方向运动，仅仅因为向心力作用，使它不能沿切线方向飞出，而被限制着沿圆周运动。

假如提供向心力的合外力突然消失，物体因为本身的惯性，将沿着切线方向运动，这也是牛顿第一定律的必然结果。

假如提供向心力的合外力减小，使它缺乏以将物体限制在圆周上，物体将做半径变大的圆周运动。

此时，物体逐渐远离圆心，但“远离”不能理解为“背离”。

做离心运动的物体并非沿半径方向飞出，而是运动半径越来越大。

（二）离心运动的应用和防止1.离心运动的应用实例——(1)雨伞旋转(2)链球投掷(3)洗衣机的脱水筒2.离心运动的防止实例（1）汽车拐弯时限速（2）高速旋转的飞轮、砂轮的限速（三）课堂练习1．物体做离心运动时，运动轨迹A．一定是直线B．一定是曲线C．可能是直线，也可能是曲线D．可能是圆【C】2．物体m用线通过光滑的水平板上的小孔与砝码M相连，并且正在做匀速圆周运动，如下图，假如减小M的质量，则物体的轨道半径r、角速度ω、线速度v的大小变化情况是A．r不变，v变小、ω变小B．r增大，ω减小、v不变mC．r减小，v不变、ω增大MD．r减小，ω不变、v变小【B】2．假如汽车的质量为m，水平弯道是一个半径50m的圆弧，汽车与地面间的最大静摩擦力为车重的0.2倍，欲使汽车转弯时不打滑，汽车在弯道处行驶的最大速度是多少？( g 取10 m/s2 )（答案：10 m/s ）（四）课堂小结做圆周运动的物体，因为本身的惯性，总有沿着圆周切线方向飞去的倾向.当F=mω2r时，物体做匀速圆周运动当F= 0时，物体沿切线方向飞出当F＜mω2r时，物体逐渐远离圆心当F＞mω2r时，物体逐渐靠近圆心五、课外作业：课本中本节课后练习 1、2。

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第3节圆周运动的实例分析本节教材分析（1）三维目标一、知识与技能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，那么这个力或这个合力就是做匀速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实例的分析，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．通过对离心现象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．养成良好的思维习惯，形成科学的价值观．（2）教学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。

第二章匀速圆周运动第3节◆圆周运动的实例分析【课程目标】1.理解圆周运动的规律，了解圆周运动的应用,分析向心力的来源．2．知道向心力和向心加速度公式也适用于非匀速圆周运动，会对非匀速圆周运动中物体在特殊点进行动力学分析。

学习目标：1.能分析解决竖直平面内和水平面内物体的圆周运动的动力学问题;知道离心现象和物体做离心运动的条件。

2.自主学习，合作探究，提高学生物理建模能力和用运动定律解动力学问题的能力3.全力投入，积极思考，培养严谨的科学态度和正确的价值观重、难点：运用牛顿运动定律分析竖直平面内和水平面内物体的圆周运动的实例课前预习案一．知识链接----描述圆周运动的动力学分析：(1). 向心力是做匀速圆周运动的物体受到的指向的.向心力是根据命名的，可以是某一性质力，也可以是几个性质力的合力，也可以是某一性质力的分力．作用效果是只改变物体速度，不改变速度。

向心力始终指向与速度方向垂直，其大小为F向=ma向= = =4π2mR/T2 = 4π2mf2R ( 其中m为物体质量，R为圆轨道半径，T为，f为)(2). 向心加速度是物体受向心力作用产生的，其方向一定指向，大小为a向＝＝= 4π2R/T2 = 4π2f2R ( 其中R为圆轨道半径，T为，f为)二．新知呈现（一）汽车过拱桥——竖直平面内的圆周运动质量为m的汽车以速度v过拱桥的两种情况对比速圆周运动的向心力。

(Ⅱ)动力学关系：已知摆球质量m, 摆线长L,摆线与竖直方向夹角为α.由牛顿第二定律: mg tan_α＝，又r＝L sinα，则角速度ω＝;线速度大小v= ;周期T＝；摆线上的拉力大小F=2．火车转弯(Ⅰ)火车轮缘结构：如图所示，火车的车轮有凸出的轮缘，车轮轮缘在两轨道内侧，这种结构，主要是限制火车运行的轨迹，防止脱轨。

(Ⅱ)向心力的如果转弯处内外轨一样高，外侧车轮挤压，使外轨发生形变，对的弹力提供火车转弯的向心力。

如果外轨高于内轨，轨道平面与水平面夹角为θ，如图(a)、(b)所示，可使车轮的轮缘与内外轨均无挤压.转弯时由力和力的合力提供向心力，火车速度大小v0= 。

第3节圆周运动的实例分析1.汽车通过拱形桥的运动可看做竖直平面内的圆周运动，在拱形桥的最高点，汽车对桥的压力小于汽车的重力。

2．旋转秋千、火车转弯、鸟或飞机盘旋均可看做在水平面上的匀速圆周运动，其竖直方向合力为零，水平方向合力提供向心力。

3．当合外力提供的向心力消失或不足时，物体将沿圆周运动的切线方向飞出或远离圆心而去的运动叫做离心运动。

一、汽车过拱形桥二、“旋转秋千”“旋转秋千”运动可简化为圆锥摆模型，如图2­3­1所示。

图2­3­11．向心力来源物体做匀速圆周运动的向心力由物体所受的重力和悬线对它的拉力的合力提供。

2．动力学关系mg tan_α＝mω2r，又r＝l sin_α，则ω＝gl cos α，周期T＝2πl cos αg，所以cos α＝gω2l，由此可知，α角度与角速度ω和绳长l有关，在绳长l确定的情况下，角速度ω越大，α越大。

三、火车转弯1．运动特点火车转弯时实际是在做圆周运动，因而具有向心加速度，由于其质量巨大，所以需要很大的向心力。

2．向心力来源在修筑铁路时，要根据弯道的半径和规定的行驶速度，适当选择内外轨的高度差，使转弯时所需的向心力几乎完全由重力G和支持力N的合力提供。

如图2­3­2所示。

图2­3­2四、离心运动1．定义物体沿圆周运动的切线方向飞出或远离圆心而去的运动。

2．原因合外力提供的向心力消失或不足。

3．应用(1)离心机械：利用离心运动的机械。

(2)应用：洗衣机的脱水筒；科研生产中的离心机。

1．自主思考——判一判(1)汽车行驶至凸形桥顶时，对桥面的压力等于车的重力。

(×)(2)汽车过凹形桥底部时，对桥面的压力一定大于车的重力。

(√)(3)汽车过凸形桥或凹形桥时，向心加速度的方向都是向上的。

(×)(4)“旋转秋千”的缆绳与中心轴的夹角与所乘坐人的体重无关。

(√)(5)做离心运动的物体一定不受外力作用。