《竖直面圆周运动的实例分析》教学设计

【课标分析】

新课标对内容标准的要求有：（1）能用牛顿第二定律分析匀速圆周运动的向心力。

（2）关注圆周运动的规律与日常生活的联系。

竖直面圆周运动是圆周运动的比较常见的实例，在分析竖直面圆周运动的过程中主要体现出用合外力提供向心力来分析问题，能够让学生更深入的掌握分析实际问题的物理思想和方法。

【教材分析】

《竖直面圆周运动的实例分析》是鲁科版高中物理必修二第四章第三节的内容，这是《圆周运动的实例分析》的第二个课时。本章第一二节是对圆周运动基本物理量以及向心力公式的介绍，通过第三节的第一课时《水平面的圆周运动的实例分析》的教学，为这一节竖直面上的圆周运动做了很好的铺垫，由匀速圆周运动到非匀速圆周运动的过渡，虽然有所不同，但是根据非匀速圆周运动某些特殊点合外力依然等于向心力，依然可以分析问题。

【学生分析】

通过上几节课的学习，学生已经初步掌握了用牛顿第二定律分析匀速圆周运动的方法，能够说出向心力的来源，并能够用牛顿第二定律分析问题。由于竖直面圆周运动学生没有太直观的认识，故让学生亲自动手实验，通过学生自己的实验和观察，认识了物理的现象，即学生在实验中体会竖直面圆周运动的特点，观察得出在不同高度无初速释放时，小球有不同的运动状态。当轨道无支撑时，物体过最高点有个临界速度，再通过所学内容的分析，掌握新的知识。

【教学目标】

1、知识与技能：

1)能用牛顿第二定律分析圆周运动的向心力，通过实例分析向心力的作用及其来源

2)能结合动能定理与能量守恒的观点，认识竖直面圆周运动的临界条件

2、过程与方法：

体验小球能够经过竖直面圆周最高点的条件，探究竖直面圆周运动的临界点问题

3、情感态度价值观：

通过解决圆周运动的实际问题，养成仔细观察、善于发现、勤于思考的良好习惯

【教学重难点】

教学重点：汽车过拱桥和凹桥的特点，竖直面圆轨道内侧圆周运动最高点的临界条件

教学难点：竖直面圆轨道内侧圆周运动最高点的临界条件

【教学策略】

问题教学，体验教学，教师引导的探究教学

【教学用具】

竖直面圆周运动无支撑的轨道和小球，毫米刻度尺。多媒体教室，课件

【教学过程】

一、新课引入

视频引入：让学生观看一段视频 ，有过山车、水流星、人过拱桥等

（设计意图：让学生体会现实生活中的竖直面的圆周运动的各种实例，引发学生学习的兴趣，为接下来分析竖直面圆周运动的特点做出铺垫）

教师设问的方式，复习水平面圆周运动的内容，引导学生得出竖直面圆周运动的研究方法。

受力分析，物体沿着半径方向的合力提供物体做圆周运动的向心力。

二、新课教学

（一）竖直面圆周运动实例1——汽车过凸拱桥和凹拱桥的问题

1、问题引入：

让学生看一些桥梁的图片，说明拱桥是生活中常见的设计。

设问：实际生活中有没有凹桥呢？

展示山谷间的吊桥，讨论为何没有桥面凹陷的公路桥，如果重型车辆经过吊桥会如何？

引导到对凸桥和凹桥的受力分析上来

（设计意图：设置问题情境，激发学生兴趣）

2、凸桥的特点

教师引导学生分析凸桥的受力特点，强调方法，找圆心，沿着半径方向的合力指向圆心提供物体做圆周运动所需要的向心力。

4、凹桥的特点

学生自己完成，教师投影展示，说明凹桥的受力特点和向心力来源以及支持力的大小

5、比较小车经过凹桥和凸桥的压力和重力的关系

学生根据公式讨论

教师让大家来观看一段“实验视频”验证学生的猜想。

实验观察：用小车过水平、凹凸桥面的视频受力情况分析桥面的支持力情况

4、临界速度

火车转弯有限速，汽车过桥的时候也有限速，速度太大会怎么样？

教师引导学生分析。

速度增大，N减小。当速度更大时， N=0 。速度再大些呢？飘起来。

得出N＝0是小车在拱桥上做圆周运动的临界状态，这时候的速度是临界速度。

学生根据，得到临界速度

如果最高点速度大于临界速度，会有什么现象？

学生观看视频加深印象。

（二）竖直面圆轨道圆周运动的分析

问题引入：

我们分析了车辆在拱桥外侧的运动情形，那车辆能否在拱桥内轨道运动呢？

学生可能有争议。可以请学生说明自己的观点。

可以实现的实例：如过山车等运动都可以。

（设计意图：通过前面的问题自然过渡到后续要研究的问题，学生对新知识的学习有了较好的过渡，更容易接受所学内容）

教师演示教具（并说明用小球和光滑的圆轨道的模型理想化的模拟过山车的运动）

实验探究：小球怎样才能过最高点？

引导学生说出需要一定的高度，让学生体会在不同高度。

小球无初速度释放，小球能够经过最高点需要什么条件？

学生活动进行实验，教师指导。

教师引导，学生谈探究的体会

1、高度足够做什么运动

2、高度太低做什么运动

3、怎么找出恰好找出小球能够经过圆轨道内侧的最高点

4、有高度说明小球经过圆轨道内侧最高点的速度如何？

5、小球在圆轨道内侧最高点的受力情况，写出向心力表达式

6、讨论小球恰好能经过圆轨道内侧最高点的速度大小

7、对比在圆弧内侧和外侧的临界速度

（三）水流星

教师演示水流星的过程

让学生讨论水流星中的水为什么在最高点不会落下来呢？

引导学生借鉴竖直面圆轨道内侧运动的特点进行的分析

1、最高点的临界速度

2、最高点的受力特点

3、给出例题，最高点和最低点的速度不同，他们间满足怎样的关系？

三、课堂小结

1、分析了汽车经过凹凸拱桥最高点的受力特点。

2、分析了无支撑的竖直面圆周运动的临界速度。

3、水流星问题的特点

【思考题与课后作业】

体操运动员做单杠“大回环”时，他在最高点受力有什么特点，速度依然要有一个临界速度才能过最高点吗？

【板书设计】

§４.３　竖直面圆周运动的实例分析

一、N

G

汽车过凹凸桥

N—Mg

二、竖直圆轨道内侧的圆周运动

G

【学生课堂练习材料】

§４.３　竖直面圆周运动的实例分析

一、竖直面圆周运动实例1——凸凹桥

画出汽车在凸桥最高点和凹桥面最低点的受力分析图并得出向心力的表达式

二、竖直面圆周运动实例2——竖直面轨道内侧圆周运动

小球能够经过圆弧最高点时

小球能够经过圆弧最高点的临界条件

临界速度V=

三、竖直面圆周运动实例3——水流星

已知水流星做圆周运动的半径是R ，那杯子中的水在最高点速度至少要是多大才不会洒出来呢？分析原因。