圆周运动实例分析的全面分析要点.pdf
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1、1 “圆周运动实例分析”的 课标、教纲、考纲、教材、教材编写说明、自编教辅 一、课标要求 1内容标准 (1)会用运动合成与分解的方法分析抛体运动。 例 1 分别以物体在水平方向和竖直方向的位移为横坐标和纵坐标,描绘做抛体运动的物体 的轨迹。 (2)会描述匀速圆周运动。知道向心加速度。 (3)能用牛顿第二定律分析匀速圆周运动的向心力。分析生活和生产中的离心现象。 例 2 估测自行车拐弯时受到的向心力。 (4)关注抛体运动和圆周运动的规律与日常生活的联系。 2活动建议 (1)通过查找资料,对比实际弹道的形状与抛物线的差异,尝试做出解释。 (2)调查公路拐弯处的倾斜情况或铁路拐弯处两条铁轨的高度差异
2、。 二、教学要求 1. 对课标解读 “(二)抛体运动与圆周运动” (1)会用运动合成与分解的方法分析抛体运动。 (2)会描述匀速圆周运动。知道向心加速度。 (3)能用牛顿第二定律分析匀速圆周运动的向心力。分析生活和生产中的离心现象。 (4)关注抛体运动和圆周运动的规律与日常生活的联系。 2.教学要求及建议 节 教学要求 教学建议 基本要求发展要求 1圆周运动 1知道匀速圆周运动的概念,知道 匀 速 圆 周 运 动 是 变 速 运 动 。 2知道线速度、角速度和周期的物理意义及其定义式,知道匀速圆周运动的 线速度和角速度的特点。 3掌握线速度、角速度和周期的关系式,会用 它 进 行 简 单 计
3、算 。 知道线速度和角速度的 关系式在非匀速圆周运动 中也成立。 1本章的重点是匀 速圆周运动的概念及 规律, 难点是向心力的 来源和应用牛顿运动 定律分析和解决有关 圆周运动的实际问题。 2在角速度概念的教学 中, 对角速度方向的确定不 作要求。 3通过一些实例分 析,了解圆周运动与一 般曲线运动的关系。 2匀速圆周 运 动 的 向 心 力 和 向 心 加 速度 1知道向心力是根据力的效果来命名,理解向心力概念。 2通过实验,体验向心力的方向,理解向心力的概念。 3通过探究向心力的大小与质量、角速度和半径之间的关系,理解向心力公 式,并 能用向心力公式进行简单计算。 4知道向心加速度概念及其
4、公式,能用向心加速度的公式进行简单计算。 知道向心力公式和向心 加速度公式也适用于一般 圆周运动。 3圆周 运 动 的 实 例 分 析 1了解变速圆周运动和一般曲线运动的分析方 法。 2会用牛顿第二定律分析匀速圆周运动的向心 力,能分析生活中圆周运动的向心力来源。 3会用向心力和向心加速度的公式求解简单的 能用牛顿运动 定律定量分析求 解竖直平面内做 圆周运动的物体 在最高位置和最 2 实际问题。 4知道离心现象,能说出物体做离心运动的条 件,并能分析生活和生产中的离心现象。 低位置的动力学 问题。 4教学时,了解利用速 度合成求向心加速度的思 维方法,向心加速度的公式 a =v2/r 可以直
5、接给出。 5关于向心力的定 量计算, 只限于向心力 等于合外力的情况。 6教学时,应结合 实例引导学生学习向 心力来源的分析方法。 三、新旧考纲对比 内 容 旧 要 求 新 要 求 考点说明复习要求的把握 运动的合成与分解 抛体运动 匀速圆周运动、 角速度、 线速度、向心加速度 匀速圆周运动的向心力 离心现象 I I I I 斜 抛 运 动 只 作 定 性 要 求 增加 “匀速圆周运动的 向心力和离心现象 ”考点、 注意另两个考点要求的升、 降。 取消原有的“曲线运动中质点的 速度的方向沿轨道的切线方向,且 必具有加速度 ”考点。 取消了 “不要求会推导 向心加速度的公式”的说 明。 对斜抛运
6、动只要求定性了解,不 必定量计算 四、教材 略 五、教材编写说明 (一)教材特色 1重视情景创设 3 ( 1)以图片创设情境(2)以问题创设情景(3)以活动创设情境(4)以导言创设情境 2突出科学探究 ( 1)实验探究(2)理论探究 3注重联系实际 ( 1)教学内容:引入课题的情景、研究问题的载体、物理知识的应用。(2)习题选编: 联系生活实际、联系生产实际、联系科研实际。(3)课外拓展:课外阅览、问题讨论、物 理在线实验室。 4渗透人文精神: ( 1)关注物理学的发展历史(2)关注物理学对经济、社会发展的贡献(3)关注国内、 外科技发展现状与趋势(4)关注与物理学相关的热点问题。 5方便自主
7、学习: ( 1)教材呈现形式灵活:“实验探究”、“理论探究”、“观察思考”、“讨论交 流”、“活动”。( 2)课文旁注画龙点睛:名词解释、点睛之笔、经典介绍、总结性语言、 对正文的补充说明、启发式的提问。(3)课后作业分层要求:常规的书面作业外,还有课外 阅览、动手实验、资料搜索、社会实践等。(4)章末复习及时到位: (二)修订说明 1. 降低了部分章节的教学要求 (1)将部分章节的内容由必修改为了选修:“斜抛运动”、“了解相对论”、“初识量 子论”。( 2)将正文中的部分内容移至了“发展空间”。 2对部分教学内容作了适当调整 (1) 调整了部分知识的呈现顺序:先讲“向心力”, 后讲“向心加速
8、度”、先讲“势能”, 后讲“动能动能定理”、“能量守恒定律”移至“能源的开发与利用”内、先介绍“预言 彗星回归”,后介绍“预言未知天体”。(2)调整了部分章节的教学内容:“运动的合成与 分解”一节中的“活动”,由对小船渡河的讨论改为“运动的合成实验”。在讲圆周运动的 向心力时, 用 J2130 向心力演示仪进行研究。“圆周运动的实例分析”改为“汽车过拱形桥、 旋转秋千、火车转弯、离心运动”。万有引力定律的应用”一节,将正文估测太阳平均密度 的内容改成了估测地球的平均密度。 3增删了部分文字、图片和习题 (1)增删文字,删去: “运动的合成与分解”“发展空间”讨论自行车气门芯的运动, “平抛运动
9、”“发展空间”原有“用碎纸片估测出原子弹爆炸威力的科学家”, “圆周运 动”对线速度方向的“实验探究”;增加:“机械能守恒定律”“学生实验:验证机械能 守恒定律”。( 2)增删图片,删去:人物卡通画 , 曲线运动速滑运动员图片 , “运动的 合成与分解”机械地震仪示意图;增加: “人造卫星宇宙飞船”“中国国家航天计划示意 图” . (3)增删习题 , 删去了难度较大的习题或重复的习题;增加了部分习题,主要是章节 调整后为弥补部分练习题量不足而设置,有的则是为加强重点内容而设置。 六、自编教辅资料 第三节圆周运动的实例分析 第四节圆周运动与人类文明(选学) 4 一、汽车过拱形桥 1向心力来源 (
10、 最高点和最低点) :汽车做圆周运动,_和桥面的 _的合力提供向心力 2动力学关系 (1) 如图 231 所示,汽车在凸形桥的最高点时,满足的关系为_=R m 2 ,N_,由 牛顿第三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 gR 时,其压力为零 (2) 如图 232 所示,汽车经过凹形桥的最低点时,满足的关系式为_ R m 2 ,N_, 汽车对桥的压力大小 NN . 汽车过凹形桥时,对桥的压力_重力 二、 “旋转秋千” “旋转秋千”运动可简化为圆锥摆模型,如图233 所示 1向心力来源:物体做匀速圆周运动的向心力是由物体所受的重力和悬线对它的_的
11、 合力提供 2动力学关系 _rm 2 ,又r_ 则_,周期 T _, 所以cos_,由此可知,角度与角速度和绳长l有关,在绳长l确定的情 况下,角速度_,越大 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_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_,铁轨与轮缘极易受 损,故实际在转弯处,火车的外轨_内轨 2向心力的来源 内外轨高度差: 依据 _和_,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 _和_的合力来提供 四、离心运动 231 232 233 5 1定义:物体沿圆周运动的切线方向飞出或做逐渐
12、_而去的运动 2原因:合外力提供圆周运动的向心力_或不足,不存在受“离心力”的作用 3离心机械:利用_运动的机械 思考感悟 在近地轨道上,各国发射了很多的航天器,如卫星、空间站、各种探测器,还随时发射宇宙飞船、航天飞 机,假设这些航天器都做匀速圆周运动设想地球的引力突然消失,它们将怎样运动? 提示:这些航天器在引力作用下做匀速圆周运动,若引力突然消失,它们将沿该时刻的速度方向做匀速直 线运动,即沿切线方向飞出 一、对火车转弯问题的理解 1. 弯道的特点 在实际的火车转弯处,外轨高于内轨,若火车转弯所需的向心力完全由重力和支持 力的合力提供,即 R m mg 2 0 tan ,如图 234 所示
13、,则 tan 0gR . 其中R为弯道半径,为轨道所在平面与水平面的夹角, 0为转弯处的规定速度 2明确圆周平面 虽然外轨高于内轨,但整个外轨是等高的,整个内轨是等高的因而火车在行驶的 过程中,重心的高度不变, 即火车重心的轨迹在同一水平面内故火车的圆周平面是水平面,而不是斜面 即 火车的向心加速度和向心力均是沿水平面而指向圆心 3速度与轨道压力的关系 (1) 当火车行驶速度等于规定速度 0 时,所需向心力仅由重力和弹力的合力提供,此时内外轨道对火车 无挤压作用 (2) 当火车行驶速度与规定速度 0不相等时,火车所需向心力不再仅由重力和弹力的合力提供,此时内 外轨道对火车轮缘有挤压作用,具体情
14、况如下: 当火车行驶速度 0时,外轨道对轮缘有侧压力 当火车行驶速度 0 时,内轨道对轮缘有侧压力 特别提醒:汽车、摩托车赛道拐弯处,高速公路转弯处设计成外高内低,也是尽量使车受到的重力和支持 力的合力提供向心力,以减小车轮受到地面施加的侧向挤压 二、对离心运动的理解 1离心运动的实质 离心运动是物体逐渐远离圆心的一种物理现象它的本质是物体惯性的表现做圆周运动的物体,总是有 234 6 沿着圆周切线方向飞出去的趋势,之所以没有飞出去,是因为受到向心力作用的缘故从某种意义上说, 向心力的作用是不断地把物体从圆周运动的切线方向拉到圆周上来一旦作为向心力的合外力突然消失, 物体就会沿切线方向飞出去
15、2物体做离心运动的条件:做圆周运动的物体,一旦提供向心力的外力突然消失,或者合外力不能提供足 够的向心力时,物体做远离圆心的运动,即离心运动 3离心运动的受力特点:物体做离心运动并不是物体受到离心力作用,而是由于合外力不能提供足够的向 心力所谓“离心力”也是由效果命名的,实际并不存在 4合外力与向心力的关系( 如图 235) (1) 若 rmF 2 合 或r mF 2 合 ,物体做匀速圆周运动,即“提供” 满足“需要” (2) 若 rmF 2 合 或r mF 2 合 , 物体做半径变小的近心运动,即“提 供过度”,也就是“提供”大于“需要” (3) 若rmF 2 合 或 r mF 2 合 ,则
16、外力不足以将物体拉回到原轨道上,而做离心运动,即“需要” 大于“提供”或“提供不足” (4) 若0 合 F,则物体做直线运动 特别提醒: (1) 离心运动并不是受“离心力”的作用产生的运动 (2) 离心运动并不是沿半径方向向外远离圆心的运动 三、竖直面内的圆周运动 1轻绳模型 如图236 所示,细绳系的小球或在轨道内侧运动的小球,在最高点时的临界状态为只受重力,则 r mmg 2 ,则 gr . 在最高点时: (1) gr 时,拉力或压力为零 (2) gr时,物体受向下的拉力或压力 (3) gr 时,物体不能达到最高点 即绳类的临界速度为 gr 临 . 2轻杆模型 如图 237 所示,在细轻杆
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