資料介紹
創(chuàng)設背景問題一:火車轉(zhuǎn)彎問題:
【課件或?qū)嵨锬P驼故尽?a href='http://m.1cnz.cn/analog/' target='_blank' class='arckwlink_none'>模擬火車在平直軌道上勻速行駛的火車。
[師]:1、火車受到幾個力的作用?
2、幾個力之間的關(guān)系如何?
學生觀察火車運動情況,畫出受力示意圖,并討論回答:
(1)此時火車車輪受三個力:重力、支持力、牽引力和摩檫力。
(2)四個力的合力為零,其中重力與支持力和牽引力與摩檫力分別都是一對平衡力.
[師]:那火車轉(zhuǎn)彎時情況又會如何呢?
【展示圖片1】:火車車輪有凸出的輪緣結(jié)構(gòu)
圖片1
【課件或?qū)嵨锬P驼故尽?模擬火車在平面轉(zhuǎn)彎軌道上火車轉(zhuǎn)彎的情形。
[學生活動]:
結(jié)合所學知識討論和分析:
1.火車轉(zhuǎn)彎和直進有何不同
2.對火車進行受力分析
[師生互動]
(1)當火車轉(zhuǎn)彎時,火車做曲線運動,所受的合外力不等于零,合外力提供火車轉(zhuǎn)彎所需的向心力。
(2)由受力分析得:此時提供火車轉(zhuǎn)彎的向心力來源于鐵軌外軌和輪緣相互擠壓產(chǎn)生的彈力。
[進一步引導學生思考]:那么擠壓后果會如何?
[學生討論]
由于火車質(zhì)量很大、速度也很大,故所需的向心力也很大。這樣的話,外軌和輪緣間的相互作用力將很大,容易造成鐵軌或輪緣的損壞,導致嚴重的后果。
[設疑]:那么我們該如何解決這個問題呢?(最大限度地調(diào)動學生參與教學活動。給學生充分的時間進行思考和討論,教師可給予恰當?shù)乃季S點撥)
[學生活動]
發(fā)揮各自想象能力結(jié)合知識點討論、猜想、設計改進方案
(學生常常從向心力公式出發(fā),去改變速度、半徑和質(zhì)量的方法,減小向心力的大小)
[教師引導思考分析]:改變速度、半徑和質(zhì)量的方法是否能在實際生活中實行。顯然,學生很快就會發(fā)現(xiàn)該種方法沒有達到解決實際問題的意義。
[教師引導]:是否可以采用增大提供向心力的合力呢?
[師生互動]
【課件或?qū)嵨锬P驼故尽繉嶋H彎道處的情況(運用模型說明)
(1)用錄像資料展示實際的轉(zhuǎn)彎處 外軌略高于內(nèi)軌。
(2)用課件展示此時火車的受力情況,并說明此時火車的支持力FN的方向不再是豎直的,而是斜向彎道的內(nèi)側(cè)。
(3)進一步用課件展示此時火車的受力示意圖,并分析得到:此時支持力與重力的合力提供火車轉(zhuǎn)彎所需的向心力。
【進一步設問】:那么什么情況下,就可保證鐵軌的內(nèi)、外側(cè)均不受擠壓呢?
[學生]:當向心力恰好由支持力和重力的合力提供時,鐵軌的內(nèi)、外軌均不受到側(cè)向擠壓的力.
[拓展討論]:
(定量分析火車轉(zhuǎn)彎時的向心力)
假設火車轉(zhuǎn)彎時的向心力完全由支持力和重力的合力提供,如圖所示:
據(jù)平行四邊形法則和牛頓第二定律得:
mgtanθ=
式中的v是火車對內(nèi)、外輪均無擠壓時的行駛速度。
那么當火車轉(zhuǎn)彎時的速度大于v或小于v時,情況又如何呢?
[師生互動分析]:
1.當火車行駛速度大于v時,外軌道對輪緣有側(cè)壓力。
2.當火車行駛速度小于v時,內(nèi)軌道對輪緣有側(cè)壓力。
[總結(jié)]
在火車轉(zhuǎn)彎處,讓內(nèi)軌低于外軌,轉(zhuǎn)彎時所需的向心力由重力和彈力的合力提供,不然的話,轉(zhuǎn)彎時所需的向心力應由外軌對車輪的擠壓力提供,而這樣對車軌會造成損壞,車速大時,容易出事故。
探索情景:
圓錐擺:在長度是L的細繩下端拴一質(zhì)量為m的小球,固定繩子的上端,使小球在水平面內(nèi)做勻速圓周運動,細繩就沿圓錐面旋轉(zhuǎn)。試分析做圓錐擺運動的小球的向心力的來源,并討論小球旋轉(zhuǎn)的角速度逐漸增大時帶來的小球受力和運動情況的變化。
創(chuàng)設背景問題二:汽車過拱橋過橋問題
【視頻片段和課件展示】放視頻片段 展示汽車過凸形拱橋的物理情景
(課件展示兩個過程)
1.汽車靜止在橋頂;
2.汽車以一定的速度通過橋頂。
[學生活動]:
討論下列問題:
(1)上述兩個過程有何區(qū)別?
汽車靜止在橋頂時,汽車所受到的重力等于支持力,合力為零。
汽車以一定的速度通過橋頂時,同樣也受到重力和支持力,但它們的合力不為零.
(2)汽車以一定的速度通過橋頂時,我們可以認為它做圓周運動,分析汽車在橋頂時的向心力由誰提供?
向心力由重力和支持力的合力提供。
【課件展示】:汽車經(jīng)過下列兩圖中位置時向心力方向如何?你是怎樣判斷的?
[學生]:在甲圖中,向心力應指向圓弧所在圓的圓心,所以豎直向下。
而在乙圖中,向心力也應指向圓弧所在圓的圓心,所以豎直向上。
[師]:對圖示汽車所在位置,運用牛頓第二定律能得到什么樣的關(guān)系式?
[學生]:甲圖中:mg-F1=
∴F1=G-
此時F1
∴F2=mg+
此時F2>mg
[拓展討論]
討論實際生活中的橋為什么都建成類似于甲圖中的凸形拱橋?
[學生]:因為在凸形拱橋的情況下過最高點時,F(xiàn)支
[總結(jié)]:
設汽車質(zhì)量為m,橋面圓弧半徑為r,汽車在橋面最高點的速率為v,汽車所受支持力為F,則:
mg-F= F=mg-
探索情景:
雜技節(jié)目水流星:一根細繩系著盛水的杯子,演員掄起繩子,杯子就做圓周運動,甚至杯子運動到豎直面內(nèi)的最高點,已經(jīng)杯口朝下,水也不會從里灑出。試通過分析,說明水為什么不會灑出來?要想保證這一節(jié)目成功不讓水灑出來必須要滿足什么條件? (讓學生回去親自動手做實驗,并思考上述問題)
[總結(jié)、拓展]
這節(jié)課我們通過討論分析幾個圓周運動的實際問題,體驗到了對解決圓周運動問題的基本思路和方法,而實際生活中的圓周運動問題還很多,
【教學總結(jié)】
本節(jié)課我們學習了勻速圓周運動的應用舉例,重點是分析什么力提供物體做圓周運動需要的向心力,研究圓周運動問題的關(guān)鍵是正確分析物體的受力情況,弄清在具體問題中向心力的來源,這種具體問題具體分析的解題思路,在今后的解題實踐中要應用所學中逐步加深對圓周運動問題的認識。
【教學后記】
本節(jié)課在教學各個目標都基本達到要求,當然在操作過程中,學生對物理各知識點不能很好的把握,從而學生在分析圓周運動時,往往不明確它的依據(jù)為普通的運動規(guī)律——牛頓第二定律。在討論車過拱橋或凹形橋最高點或最低點車對橋面的壓力時,學生易認為壓力的大小等于車所受重力的大小。
為了很好解決這些問題,必須使學生明確以下觀點:
(1)就必須使學生體會到直線運動是圓周運動的一個特例。直線運動特殊就特殊在其運動半徑無窮大上。
(2)物體做曲線運動則說明在垂直于速度方向具有了加速度,即向心加速度。其運動學計算方法是: ,R為曲率半徑。
(3)任何加速度均由力產(chǎn)生,所以向心加速度是由物體所受的力來產(chǎn)生的。
(4)根據(jù)牛頓第二定律的矢量性,垂直于v方向的合外力是由此方向的外力產(chǎn)生的。它仍是牛頓第二定律的應用。
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