《人教版(2019)高中物理必修二教案》6.4生活中的圆周运动（第1课时） 教案

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6.4 生活中的圆周运动（第 1 课时）
〖教材分析〗
本节课是前面所学的知识的综合运用。与生活联系紧密如火车弯道，拱形桥都是
常见的，同时也是运用向心力解决实际问题的一节。通过研究圆周运动规律在生活中
的具体应用，使学生深入理解圆周运动规律，并且结合日常生活中的某些生活体验，
加深物理知识在头脑中的印象。物理与生活相联系，进一步激发学生学习无语了的积
极性，让学生获得学习物理的兴趣。
〖教学目标与核心素养〗
物理观念：树立运动观念，加深学生对向心力的认识，使其会在实际问题中分析
向心力的来源，并进行简单运算。
科学思维：通过对火车转弯、拱形桥看做匀速圆周运动的实例分析，渗透理论联
系实际的观点，提高学生分析和解决问题的能力。。
科学探究：通过火车转弯、拱形桥物理模型的巩固，体会物理模型在物理学习中
的重要性。
科学态度与责任：通过向心力在具体问题中的应用，培养学生将物理知识应用于
生活和生产实践的意识。
〖教学重点与难点〗
重点：分析具体问题中的向心力来源，并结合牛顿运动定律求解有关问题。
难点：关于对临界问题的讨论和分析。
〖教学准备〗
多媒体课件
〖教学过程〗
一、新课引入
在铁路弯道处，稍微留意一下，就能发现内、外轨道的高度略有不同，
你能解释其中的原因吗？
(播放高速路转弯动图）铁路转弯的地方大家可能没有见过，但是平时的公路的转
弯总该见过了吧。，很明显看到路面是倾斜的。这是为什么呢？
二、新课教学
（一）火车转弯
前面我么学习的一般的曲线运动，弯曲的路径部分可以看成圆的一部分，然后利
用圆周运动的知识解释就好了。火车转弯时候，这部分弯道的铁轨是可以看成圆的一
部分因而具有向心加速度。
问题 1：是什么力使它产生向心加速度？
1
观察火车的车轮，发现汽车轮胎不同的是, 火车的车轮上有突出的轮缘。在火车
行进过程中，两条铁轨挤压轮缘，这样就能保持火车在轨道上行驶。下面我们分类讨
论。
①如果铁路弯道的内外轨一样高。
火车转弯时，外侧车轮的轮缘挤压外轨。外轨发生弹性形变，外轨对轮缘产生一个
向里的水平的弹力。对火车进行受力分析，重力、支持力以及弹力。
观察发现重力支持力相互抵消（水平方向的不考虑），那么弹力是火
车转弯所需向心力的主要来源。即
问题 2：外轨对轮缘的水平弹力提供火车转弯时的这种方法在实
际中可取吗？为什么？
火车质量太大，挤压铁轨，铁轨和车轮损坏快，这是不经济的。而且靠这种办法
得到向心力，将会使轮缘与外轨间的相互作用力过大，不仅铁轨和车轮极易受损，还
可能使火车侧翻。
问题 3：实际中的弯道是如何设计的？为什么要这样设计？
②如果在弯道使外轨略高于内轨。
在拐弯的地方对齐进行受力分析，重力支持力和轮缘的弹力，我们发现铁轨对火车
的支持力的方向不再是竖直的，而是斜向弯道的内侧，与重力不再是等大反向。用平
行四边形求合力，发现它与重力 G的合力指向圆心，大小是
F
合＝
mgtanθ
正是这个力为火车转弯提供了部分向心力，因为弹力也会提供一部分。
这就减轻了轮缘与外轨间的挤压。在修筑铁路时，要根据弯道的半径和规定的行驶速
度，适当选择内外轨的髙度差，主要是调整好这个角度θ，使转弯时所需的向心力儿乎
完全由重力 G和支持力琮的合力来提供。
思考与讨论
高速公路转弯处和场地自行车比赛的赛道，路面往往有一定的倾斜度说说这样设
计的原因。
展示动图，受力分析。汽车在这个斜面上受到竖直向下的重力和垂直斜面的向上
的支持力，它们的合力提供汽车转弯所需的部分向心力。同理自行车转弯的时候，为
2
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