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高一物理匀速圆周运动的实例分析教案54

高一物理匀速圆周运动的实例分析教案54

分类:高一物理教案   更新:2013/1/26   来源:网友提供

高一物理匀速圆周运动的实例分析教案54

5.6匀速圆周运动的实例分析教学目标:(一)知识与技能1、知道向心力是物体沿半径方向的合外力。2、知道向心力、向心加速度的公式也适用于变速圆周运动。3、会在具体问题中分析向心力的来源。(二)过程与方法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。(三)情感态度与价值观培养学生的分析能力、综合
5.6 匀速圆周运动的实例分析
教学目标:
(一)知识与技能
    1、知道向心力是物体沿半径方向的合外力。
    2、知道向心力、向心加速度的公式也适用于变速圆周运动。
    3、会在具体问题中分析向心力的来源。
(二)过程与方法
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。
(三)情感态度与价值观
培养学生的分析能力、综合能力和推理能力,明确解决实际问题的思路和方法。
教学重点:
1、掌握匀速圆周运动的向心力公式及与圆周运动有关的几个公式
2、能用上述公式解决有关圆周运动的实例
教学难点:
理解做匀速圆周运动的物体受到的向心力是由某几个力的合力提供的,而不是一种特殊的力。
教学方法:
讲授法、分析归纳法、推理法
教学过程:
(一)引入新课
 1、复习提问:
    (1)如何求解向心加速度?
    (2)向心力的求解公式有哪几个?
 2、引入:本节课我们应用上述公式来对几个实际问题进行分析。
(二)新课教学
一、运用向心力公式的解题步骤:
(1)明确研究对象,确定它在哪个平面内做圆周运动,找到圆心和半径。
(2)确定研究对象在某个位置所处的状态,进行具体的受力分析,分析哪些力提供了向心力。
(3)建立以向心方向为正方向的坐标,据向心力公式列方程。
(4)解方程,对结果进行必要的讨论。
二、实例分析
1、火车转弯
火车在平直轨道上匀速行驶时,所受的合力等于0,那么当火车转弯时,我们说它做圆周运动,那么是什么力提供火车的向心力呢? 是由轮缘和外轨的挤压产生的外轨对轮缘的弹力提供向心力,由于火车质量很大,故轮缘和外轨间的相互作用力很大,易损害铁轨。所以,实际的弯道处的情况,如图:
 a、外轨略高于内轨。
 b、此时火车的支持力FN的方向不再是竖直的,而是斜向弯道的内侧。
c、此时支持力与重力的合力提供火车转弯所需的向心力。
d、转弯处要选择内外轨适当的高度差,使转弯时所需的向心力完全由重力G和支持力FN来提供 这样外轨就不受轮缘的挤压了。
   
 
2、汽车过拱桥和航天器中的失重问题
如图,若汽车在拱桥上以速度v前进,桥面的圆弧半径为R,求汽车过桥的最高点时对桥面的压力?
 
   
⑴选汽车为研究对象
 ⑵对汽车进行受力分析:受到重力和桥对车的支持力
⑶上述两个力的合力提供向心力、且向心力方向向下
 ⑷建立关系式:
 
 
又因支持力与压力是一对作用力与反作用力,所以      且
通过与上例的类比,可以了解航天器中的失重的原因,并由
可以解出,当 时座舱对航天员的支持力F支=0,航天员处于失重状态。
3、离心运动
做圆周运动的物体,它的线速度方向就在圆周的切线上,物体之所以没有飞出去,是因为它受到的合外力提供了它所需的向心力。当向心力突然消失时,物体就沿切线飞出去;当向心力不足时,物体虽不会沿切线飞出去,也会逐渐远离圆心,即:
(1)定义:做圆周运动的物体,在所受合外力突然消失或者不足以提供圆周运动所需要的向心力的情况下,将远离圆心运动出去,这种运动叫做离心运动。如图:
(2)应用:离心干燥器、无缝钢管的生产、离心水泵
4、实例探究
[例1]杂技演员在做水流星表演时,用绳系着装有水的水桶,在竖直平面内做圆周运动,若水的质量m=0.5 kg,绳长l=60 cm,求:
(1)最高点水不流出的最小速率;
(2)水在最高点速率v=3 m/s时,水对桶底的压力。
【解析】 (1)在最高点水不流出的条件是重力不大于水做圆周运动所需要的向心力
即:mg≤m
则所求最小速率v0=  m/s=2.42 m/s.
(2)当水在最高点的速率大于v0时,只靠重力提供向心力已不足,此时水桶底对水有一向下的压力,设为FN,由牛顿第二定律有
FN+mg=m
FN=m -mg=2.6 N
由牛顿第三定律知,水对桶底的作用力FN ′=FN=2.6 N,方向竖直向上.
点评:抓住临界状态,找出临界条件是解决这类极值问题的关键.
【思考】若本题中将绳换成轻杆,将桶换成球,上面所求的临界速率还适用吗?
[例2]如图所示,在水平固定的光滑平板上,有一质量为M的质点P,与穿过中央小孔H的轻绳一端连着。平板与小孔是光滑的,用手拉着绳子下端,使质点做半径为a、角速度为ω1的匀速圆周运动。若绳子迅速放松至某一长度b而拉紧,质点就能在以半径为b的圆周上做匀速圆周运动.求质点由半径a到b所需的时间及质点在半径为b的圆周上运动的角速度.
 
【解析】 质点在半径为a的圆周上以角速度ω1做匀速圆周运动,其线速度为va=ω1a.突然松绳后,向心力消失,质点沿切线方向飞出以va做匀速直线运动,直到线被拉直.如图所示。质点做匀速直线运动的位移为s= ,则质点由半径a到b所需的时间为:t=s/va= /(ω1a)。
 
当线刚被拉直时,球的速度为va=ω1a,把这一速度分解为垂直于绳的速度vb和沿绳的速度v′.在绳绷紧的过程中v′减为零,质点就以vb沿着半径为b的圆周做匀速圆周运动.根据相似三角形得 即 .则质点沿半径为b的圆周做匀速圆周运动的角速度为ω2=a2ω1/b2。
(三)课堂小结:让学生概括总结本节的内容
(四)布置作业:问题与练习1、2、3、4

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