生活中的圆周运动”教学设计 内容简介 圆周运动是最常见的曲线运动,与日常生活联系密切,教材浓墨重彩地描 述了火车转弯、拱形桥、航天器中的失重现象、离心运动等日常生活中的圆周运 动。本节课所展现的研究方法充分体现了圆周运动的基本研究思想,即“受力分 析,供需平衡”,探究过程真正使学生体会了物理学之美一一源于生活而高于生 目标定位 知识与技能 1.巩固向心力和向心加速度的知识 2.会在具体问题中分析向心力的来源 3.会用牛顿第二定律解决生活中较简单的圆周运动问题 、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 般性之间的辩证关系,提高分析能力; 3.通过对离心现象的实例分析,提高综合应用知识解决问题的能力 、情感、态度与价值观 养成应用实践能力和思维创新意识;运用生活中的几个事例,激发学习兴 趣、求知欲和探索动机;通过对实例的分析,建立具体问题具体分析的科学观念 设计思想 本教学设计以新课程的三维目标为依据,重视学生的探究过程,体现“以学 生为主体,以教师为主导”的新型师生关系,强化情感、态度与价值观的教育, 提高学生的科学素养。从教师本人西藏旅游过程中的所见所闻入手,力图在教学 中营造活跃、宽松的学习氛围,鼓励学生合作探究,为学生与学生、教师与学生 的交流与合作创设更多的机会,也为教学活动中的“生成”搭建舞台 教学流程 、西藏之旅,创设情境 教师用多媒体向学生展示自己西藏之旅的优美照片
“生活中的圆周运动”教学设计 内容简介 圆周运动是最常见的曲线运动，与日常生活联系密切，教材浓墨重彩地描 述了火车转弯、拱形桥、航天器中的失重现象、离心运动等日常生活中的圆周运 动。本节课所展现的研究方法充分体现了圆周运动的基本研究思想，即“受力分 析，供需平衡”， 探究过程真正使学生体会了物理学之美——源于生活而高于生 活。 目标定位 一、知识与技能 1.巩固向心力和向心加速度的知识； 2.会在具体问题中分析向心力的来源； 3.会用牛顿第二定律解决生活中较简单的圆周运动问题。 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，提高分析能力； 3.通过对离心现象的实例分析，提高综合应用知识解决问题的能力； 三、情感、态度与价值观 养成应用实践能力和思维创新意识；运用生活中的几个事例，激发学习兴 趣、求知欲和探索动机；通过对实例的分析，建立具体问题具体分析的科学观念. 设计思想 本教学设计以新课程的三维目标为依据，重视学生的探究过程，体现“以学 生为主体，以教师为主导”的新型师生关系，强化情感、态度与价值观的教育， 提高学生的科学素养。从教师本人西藏旅游过程中的所见所闻入手，力图在教学 中营造活跃、宽松的学习氛围，鼓励学生合作探究，为学生与学生、教师与学生 的交流与合作创设更多的机会，也为教学活动中的“生成”搭建舞台。 教学流程 一、西藏之旅，创设情境 教师用多媒体向学生展示自己西藏之旅的优美照片
【设计意图】1创造一种轻松的课堂氛围,使学生能够在接下来的教学过程中积 极参与 2.埋下一个贯穿整个教学过程的伏笔 二、身临其境,积极探索 【环节一】探究火车转弯问题 1.提出问题,做好铺垫 教师讲述自身西藏之旅的行程(其中大部分时间都是在坐火车),鉴于近段 时间频发的火车安全事故,表示自身对火车安全性的担忧并提到了一个最近刚发 生的刚果火车出轨事故。 用多媒体向学生展示2010年6月23日刚果(布)火车出轨事故报道并提 出问题: (1)大家看事故片段,看看为什么翻车? (2)哪里容易翻车?做什么运动?
【设计意图】1.创造一种轻松的课堂氛围，使学生能够在接下来的教学过程中积 极参与； 2.埋下一个贯穿整个教学过程的伏笔。 二、身临其境，积极探索 【环节一】探究火车转弯问题 1.提出问题，做好铺垫 教师讲述自身西藏之旅的行程（其中大部分时间都是在坐火车），鉴于近段 时间频发的火车安全事故，表示自身对火车安全性的担忧并提到了一个最近刚发 生的刚果火车出轨事故。 用多媒体向学生展示 2010 年 6 月 23 日刚果（布）火车出轨事故报道并提 出问题： （1）大家看事故片段，看看为什么翻车？ （2）哪里容易翻车？做什么运动？
cT新闻 据刚果(布)国家广播电台6月23日报 道,21日午夜发生在该国第二大城市 黑角附近的火车脱轨事故伤亡人数已 上升至821人,其中死亡76人,伤745 人 刚果(布)大洋铁路公司一列客运 列车21日午夜在从黑角驶往首都布拉 柴维尔的途中经过一个弯道时,突然发 速过 生脱轨事故,导致4节车厢坠落轨道旁 13:40育部高考咨询周6月24日至29日在“阳光高考 的峡谷,造成重大伤亡事故 生观看视频报道后,对报道内容进行分析,得出火车车速过快是导致火 车翻车的根本原因,且明确了火车是在做圆周运动,在转弯的时候容易翻车的事 实 【设计意图】1引导学生产生对火车问题的探究欲望,明确研究火车转弯问题的 必要性,为接下来的探究做铺垫 2在观看的过程中也使学生体会生命的脆弱和宝贵 3教师顺势提出今天研究的第一个课题火车的转弯问题——水平面内的囻周运 2.回归生活,深化探究 教师用多媒体展示火车车轮和铁轨的基本形状,并提出下列问题 (1)圆周运动平面是哪个?圆心在哪里? (2)由谁提供向心力? 轮缘 轮缘 学生思考:火车是在水平面内做圆周运动,所需向心力是由铁轨与车轮之间 的挤压力提供,并得到F=M2R=M的结论
学生观看视频报道后，对报道内容进行分析，得出火车车速过快是导致火 车翻车的根本原因，且明确了火车是在做圆周运动，在转弯的时候容易翻车的事 实。 【设计意图】1.引导学生产生对火车问题的探究欲望，明确研究火车转弯问题的 必要性，为接下来的探究做铺垫； 2.在观看的过程中也使学生体会生命的脆弱和宝贵； 3.教师顺势提出今天研究的第一个课题火车的转弯问题——水平面内的圆周运 动。 2.回归生活，深化探究 教师用多媒体展示火车车轮和铁轨的基本形状，并提出下列问题： （1）圆周运动平面是哪个？圆心在哪里？ （2）由谁提供向心力？ 学生思考：火车是在水平面内做圆周运动，所需向心力是由铁轨与车轮之间 的挤压力提供，并得到 2 2 v F M R M R = = 的结论。 据刚果(布)国家广播电台 6 月 23 日报 道，21 日午夜发生在该国第二大城市 黑角附近的火车脱轨事故伤亡人数已 上升至 821 人，其中死亡 76 人，伤 745 人。 刚果(布)大洋铁路公司一列客运 列车 21 日午夜在从黑角驶往首都布拉 柴维尔的途中经过一个弯道时，突然发 生脱轨事故，导致 4 节车厢坠落轨道旁 的峡谷，造成重大伤亡事故
教师用多媒体提出问题: (1)一节车箱净重80吨左右,一般铁轨抗挤压能力为3*104N,假设弯道 半径是300m,火车的速度最大是多少公里每小时? (2)我国设计动车时希望时速达到300公里每小时,远远超过了刚才计算 所得的最高时速,那应该怎么解决这个问题呢?关键因素在哪里? (3)过渡(高速公路转弯路面为什么要倾斜?) 学生小组讨论和交流:1.如果按照多媒体展示的计算,火车车速只有38公 里每小时;2.根据向心力公式,要提高火车车速有三种方法,方案一:提高铁轨 质量,增强铁轨的抗挤压能力:方案二:增大转弯半径;方案三:垫髙外轨,使 铁轨向内倾斜一定角度。 教师对三种方案进行分析:方案一:提高铁轨质量受技术制约,且成本太大 不是很理想;方案二:容易受地理环境的局限;方案三:比较合理。请一位同学 在黑板上对按照方案三改装的转弯火车进行受力分析,F=F=Mgan v=√ eRtan B 教师用多媒体提出问题:(1)如果刚才那辆火车速度提高到动车组300公里 每小时的程度?刚好由F合提供向心力,倾斜角应为多大? F (2)如果火车的车速比正常情况下,向心力还是原来的大小吗?由谁来提 供?如果车速比正常情况大又如何?车速过快将发生什么情况? 学生思考:火车车速过慢将由内轮和铁轨的挤压力、重力以及铁轨对火车的 支持力的合理提供向心力。车速过快则有外轮和外轨的挤压力、重力以及铁轨对 火车的支持力提供向心力,车速过快,所提供的向心力不足,火车将发生脱轨翻
教师用多媒体提出问题： （1）一节车箱净重 80 吨左右，一般铁轨抗挤压能力为 3*104N，假设弯道 半径是 300m，火车的速度最大是多少公里每小时？ （2）我国设计动车时希望时速达到 300 公里每小时，远远超过了刚才计算 所得的最高时速，那应该怎么解决这个问题呢？关键因素在哪里？ （3）过渡（高速公路转弯路面为什么要倾斜？） 学生小组讨论和交流：1.如果按照多媒体展示的计算，火车车速只有 38 公 里每小时；2.根据向心力公式，要提高火车车速有三种方法，方案一：提高铁轨 质量，增强铁轨的抗挤压能力；方案二：增大转弯半径；方案三：垫高外轨，使 铁轨向内倾斜一定角度。 教师对三种方案进行分析：方案一：提高铁轨质量受技术制约，且成本太大， 不是很理想；方案二：容易受地理环境的局限；方案三：比较合理。请一位同学 在黑板上对按照方案三改装的转弯火车进行受力分析， F合 =F =Mgtan 向 ， v gR = tan 教师用多媒体提出问题：（1）如果刚才那辆火车速度提高到动车组 300 公里 每小时的程度？刚好由 F 合提供向心力，倾斜角应为多大？ （2）如果火车的车速比正常情况下，向心力还是原来的大小吗？由谁来提 供？如果车速比正常情况大又如何？车速过快将发生什么情况？ 学生思考：火车车速过慢将由内轮和铁轨的挤压力、重力以及铁轨对火车的 支持力的合理提供向心力。车速过快则有外轮和外轨的挤压力、重力以及铁轨对 火车的支持力提供向心力，车速过快，所提供的向心力不足，火车将发生脱轨翻
车事故。 教师总结:向心力并不一定是由一个力提供,也可以有几个力的合力提供 在研究水平面内的圆周运动的时候我们应该遵循以下三部曲解题: 1.找“心脏 2.分析力 3.列方程。 教师用多媒体展示真实的火车转弯情况,并向学生展示飞车杂技 设计图:本环节通过对火车转弯问题的探究,使学生掌握水平面内的圆周 运动的一般研究方法。在解决问题的过程中感受物理学的伟大和源于生活高于生 活的美。 【环节二】探究凹凸路面问题 教师讲述:10天的西藏之旅大 部分都是在车上度过的,在西藏一路跑的过程中还发生了一件事,当时我们是在 去林芝的路上,是沿着108国道走的,108国道很颠簸,路面凹凸不平,如果进 行理想化处理就如下图一样,类似于两个圆弧组成 有一载重汽车和我们一起开着,晃晃悠悠的,我一直在担心一件事情,就是 怕这辆载重汽车会爆胎。下面同学们思考一个问题,如果这辆载重汽车以不变的 速度行驶,A、B两点哪里更容易爆胎?为什么? 学生分小组交流和讨论:在B点更容易爆胎。如果在A点对汽车进行受力分 析如下左图所示,再根据圆周运动公式可得:N=e、m2 O Ing
车事故。 教师总结：向心力并不一定是由一个力提供，也可以有几个力的合力提供。 在研究水平面内的圆周运动的时候我们应该遵循以下三部曲解题： 1.找“心脏”； 2.分析力； 3.列方程。 教师用多媒体展示真实的火车转弯情况，并向学生展示飞车杂技！ 设计意图：本环节通过对火车转弯问题的探究，使学生掌握水平面内的圆周 运动的一般研究方法。在解决问题的过程中感受物理学的伟大和源于生活高于生 活的美。 【环节二】探究凹凸路面问题 教师讲述：10 天的西藏之旅大 部分都是在车上度过的，在西藏一路跑的过程中还发生了一件事，当时我们是在 去林芝的路上，是沿着 108 国道走的，108 国道很颠簸，路面凹凸不平，如果进 行理想化处理就如下图一样，类似于两个圆弧组成。 有一载重汽车和我们一起开着，晃晃悠悠的，我一直在担心一件事情，就是 怕这辆载重汽车会爆胎。下面同学们思考一个问题，如果这辆载重汽车以不变的 速度行驶，A、B 两点哪里更容易爆胎？为什么？ 学生分小组交流和讨论：在 B 点更容易爆胎。如果在 A 点对汽车进行受力分 析如下左图所示，再根据圆周运动公式可得： 2 mv N mg r = − A B
如果在B点对汽车进行受力分析,如上右图所示再根据圆周运动公式可得 教师:后来那辆载重卡车,果然如你们所预料的那样在凹的地方爆胎了。我 们如果把刚才的凹凸路面理想化,建立起研究凹凸路面问题的一般模型,就完全 可以把刚才研究凹凸路面的方法推广到研究整个竖直平面内的圆周运动,例如研 究拱形桥问题等等。 教师提出问题:在上面的学习过程中我们已经对竖直面内的圆周运动有了初 步认识,但是我突然发现了一个问题,在研究凹凸路面的时候汽车是否做匀速圆 周运动?向心力公式是否仍然适用呢?如果不成立问题可就严重了。 学生思考:不是匀速圆周运动,但是向心力公式仍然适用,因为当时在推导 向心力公式的时候就已经知道它具有瞬时性 教师:这节课到现在为止,我们己经探究了研究水平面内的圆周运动和竖直 面内的圆周运动,并分别得到了研究的方法,接下来同学们能不能总结一下研究 圆周运动的一般方法 学生思考总结: 处理圆周运动问题的一般步骤: (1)明确对象,找出圆周平面,确定圆心和半径 (2)进行受力分析,画出受力分析图; (3)求出在半径方向的合力,即向心力; (4)用牛顿第二定律Fn=m 2r结合匀速圆周运动的特点列方程求 【设计意图】本环节通过对凹凸路面问题的探究,使学生掌握竖直平面內的圆周 运动的一般硏究方法并通过感受建立模型的过程使学生明白模型的重要意义。 此外,通过对圆周运动一般研究方法的总结,使学生的总结方法的能力得到进一
如果在 B 点对汽车进行受力分析，如上右图所示再根据圆周运动公式可得： 2 mv N mg r = + 教师：后来那辆载重卡车，果然如你们所预料的那样在凹的地方爆胎了。我 们如果把刚才的凹凸路面理想化，建立起研究凹凸路面问题的一般模型，就完全 可以把刚才研究凹凸路面的方法推广到研究整个竖直平面内的圆周运动，例如研 究拱形桥问题等等。 教师提出问题：在上面的学习过程中我们已经对竖直面内的圆周运动有了初 步认识，但是我突然发现了一个问题，在研究凹凸路面的时候汽车是否做匀速圆 周运动？向心力公式是否仍然适用呢？如果不成立问题可就严重了。 学生思考：不是匀速圆周运动，但是向心力公式仍然适用，因为当时在推导 向心力公式的时候就已经知道它具有瞬时性。 教师：这节课到现在为止，我们已经探究了研究水平面内的圆周运动和竖直 面内的圆周运动，并分别得到了研究的方法，接下来同学们能不能总结一下研究 圆周运动的一般方法。 学生思考总结： 处理圆周运动问题的一般步骤： （1）明确对象，找出圆周平面，确定圆心和半径； （2）进行受力分析，画出受力分析图; （3）求出在半径方向的合力，即向心力； （4）用牛顿第二定律 2 2 n v F m m r r = = 结合匀速圆周运动的特点列方程求 解。 【设计意图】本环节通过对凹凸路面问题的探究，使学生掌握竖直平面内的圆周 运动的一般研究方法，并通过感受建立模型的过程，使学生明白模型的重要意义。 此外，通过对圆周运动一般研究方法的总结，使学生的总结方法的能力得到进一
步提升 【环节三】探究航天器里的失重现象 教师多媒体提出问题:过凸的路面时,如果速度不断变大,大到一定程度 会出现什么情况? 学生思考:车会飞起来。 教师多媒体展示“最牛超车,从车顶飞过”视频 88 超牛超车车顶飞过 编辑韦剑峰 教师多媒体展示问题 (1)现在不断在大脑里把桥放大,想象成一个地球,凸面的半径就是地球 半径R(约为6400km),排除一切阻力,汽车将会做怎样的运动? (2)如果汽车质量是m,重力加速度为g,那么汽车达到刚才的那种状态速 度应该要多大? (3)汽车座椅对驾驶员的支持力为多大? 学生思考:汽车将永远不会掉下来,贴着地球表面做圆周运动,速度大小是 对汽车驾驶员进 行受分析,如右图所 示根据牛顿第二定律 和向心力公式可得 R ANaM 因为v=√gR,故座 椅对驾驶员的支持力N=0,根据牛顿第三定律可得驾驶员对 mg 座椅的压力N=0,驾驶员处于失重状态。 教师总结:如果我们把这个汽车想象成空间站等绕着地球旋转的航天器的话,里 面的驾驶员就是宇航员,他们所处的状态也是失重状态。 【设计意图】通过对航天器中失重现象的分析,是学生对于竖直面内的圆周运动 有一个更深刻的认识,使他们更深刻的体会凹凸路面模型的重要性
步提升。 【环节三】探究航天器里的失重现象 教师多媒体提出问题：过凸的路面时，如果速度不断变大，大到一定程度 会出现什么情况？ 学生思考：车会飞起来。 教师多媒体展示“最牛超车，从车顶飞过”视频 教师多媒体展示问题： （1）现在不断在大脑里把桥放大，想象成一个地球，凸面的半径就是地球 半径 R（约为 6400km），排除一切阻力，汽车将会做怎样的运动？ （2）如果汽车质量是 m，重力加速度为 g，那么汽车达到刚才的那种状态速 度应该要多大？ （3）汽车座椅对驾驶员的支持力为多大？ 学生思考：汽车将永远不会掉下来，贴着地球表面做圆周运动，速度大小是 v gR = . 对汽车驾驶员进 行受分析，如右图所 示根据牛顿第二定律 和向心力公 式可得 2 mv mg N R − = 因为 v gR = ，故座 椅对驾驶员的支持力 N = 0 ，根据牛顿第三定律可得驾驶员对 座椅的压力 N = 0 ，驾驶员处于失重状态。 教师总结：如果我们把这个汽车想象成空间站等绕着地球旋转的航天器的话，里 面的驾驶员就是宇航员，他们所处的状态也是失重状态。 【设计意图】通过对航天器中失重现象的分析，是学生对于竖直面内的圆周运动 有一个更深刻的认识，使他们更深刻的体会凹凸路面模型的重要性
【环节四】探究离心现象 教师多媒体展示问题:如果刚才那辆绕地球飞的汽车的速度再加快一点呢, 会发生什么情况? 中途轨道修正 进入奔月轨道 学生思考:如果飞行速度再快一点,由于重力不 能提供足够的向心力,汽车就飞离了地球表面,往高 空去了 教师总结:做匀速圆周运动的物体,在所受合力 突然消失,或者不足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。 F=0 F<mra(r F=mro F 教师用多媒体向学生展示日常生活中 的各种离心现象,例如制作棉花糖等等 设计意图:通过对离心现象的讨论,使学生更加熟练圆周运动的研究方法, 对向心力的认识更加清晰,也进一步开阔的学生的思维。 【环节五】:课后思考 教师用多媒体展示:如果那辆绕地球表面做圆周运动的汽车的速度变慢了 点点,他将会做什么运动 教有所思 通过本节课的学习,学生能在教师的引导下积极参与,进行猜想、思考、讨 论。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,学会用科学、合理的方法处理问题,提高学生综合应用知识解决问题 的能力,充分体验了物理学源于生活高于生活的艺术美
【环节四】探究离心现象 教师多媒体展示问题：如果刚才那辆绕地球飞的汽车的速度再加快一点呢， 会发生什么情况？ 学生思考：如果飞行速度再快一点，由于重力不 能提供足够的向心力，汽车就飞离了地球表面，往高 空去了。 教师总结：做匀速圆周运动的物体，在所受合力 突然消失，或者不足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。 教师用多媒体向学生展示日常生活中 的各种离心现象，例如制作棉花糖等等。 设计意图：通过对离心现象的讨论，使学生更加熟练圆周运动的研究方法， 对向心力的认识更加清晰，也进一步开阔的学生的思维。 【环节五】：课后思考 教师用多媒体展示：如果那辆绕地球表面做圆周运动的汽车的速度变慢了一 点点，他将会做什么运动？ 教有所思 通过本节课的学习，学生能在教师的引导下积极参与，进行猜想、思考、讨 论。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，学会用科学、合理的方法处理问题，提高学生综合应用知识解决问题 的能力，充分体验了物理学源于生活高于生活的艺术美