高中物理《向心力的實例分析》的教案
教材首先明確提出向心力是按效果命名的力，任何一個力或幾個力的合力只要它的作用效果是使物體產生向心加速度，它就是物體所受的向心力，接着詳細介紹了火車轉彎和汽車過拱橋兩個常見的實際問題.後面又附有討論與交流，開拓學生的思維.
1.勻速圓周運動的實例分析
（1）日常生活中物體做圓周運動的例子比較多，受力情況也比較複雜.在對運動物體進行受力分析時，一定要分析性質力.也就是説，提供物體向心力的既可以是重力、彈力或摩擦力等性質力，也可以是它們的合力.
（2）向心力和向心加速度的計算公式既適用於勻速圓周運動，也適用於變速圓周運動.例如，用細繩繫着小球在豎直平面內做圓周運動，在最高與最低這兩個特殊位置，物體所受的合外力全部提供向心力，有關的計算公式照樣適用.
2.豎直平面內的圓周運動需要理解兩種情形
（1）對沒有物體支撐的小球（如小球系在細線的一端、小球在圓軌道內側運動等）在豎直平面內做圓周運動過最高點的臨界條件是：繩子或軌道對小球恰無彈力的作用，即若小球做圓周運動的半徑為R，它在最高點的臨界速度 .
教學重點1.理解向心力是一種效果力；
2.在具體問題中能找到向心力，並結合牛頓運動定律求解有關問題；
3.具體問題中向心力的來源.
教學難點1.火車在傾斜彎道上轉彎的圓周運動模型的建立；
2.關於對臨界問題的討論和分析.
教具準備投影儀、CAI課件.
課時安排1課時
三維目標
一、知識與技能
1.會在具體問題中分析向心力的來源；
2.引導學生應用牛頓第二定律和有關向心力知識分析實例，使學生深刻理解向心力的基礎知識；
3.熟練掌握應用向心力知識分析兩類圓周運動模型的步驟和方法.
二、過程與方法
1.通過對勻速圓周運動的'實例分析，滲透理論聯繫實際的觀點，提高學生的分析和解決問題的能力；
2.通過勻速圓周運動的規律也可以在變速圓周運動中使用，滲透特殊性和一般性之間的辯證關係，提高學生的分析能力；
3.運用啟發式問題探索教學方法，激發學生的求知慾和探索動機；鍛鍊學生觀察、分析、抽象、建模的解決實際問題的方法和能力.
三、情感態度與價值觀
1.通過對幾個實例的分析，使學生明確具體問題必須具體分析；
2.激發學生學習興趣，培養學生關心周圍事物的習慣；
3.培養學生的主動探索精神、應用實踐能力和思維創新意識.
教學過程
導入新課
1.複習勻速圓周運動的知識點（提問）
（1）描述勻速圓周運動快慢的各個物理量及其相互關係.
（2）從動力學角度對勻速圓周運動的認識.
2.直接過渡導入
學以致用是學習的最終目的，本節課通過幾個具體實例的探討來深入理解相關知識點並學會應用.
推進新課
一、火車轉彎問題
［CAI課件］
模擬在平直軌道上勻速行駛的火車.提出問題：
1.火車受幾個力作用？
2.這幾個力的關係如何？
［學生活動設計］
1.觀察火車運動情況.
2.畫出受力示意圖，結合運動情況分析各力的關係.
［師生互動］
1.火車受重力、支持力、牽引力及摩擦力.
2.四個合力為零，其中重力和支持力合力為零，牽引力和摩擦力合力也為零.
［過渡］
那火車轉彎時情況會有何不同呢？
［CAI課件］
模擬平彎軌道火車轉彎情形.提出問題：
轉彎與直進有何不同？
學生活動：
結合所學知識討論分析，並對火車受力分析.
［師生互動］
1.［思維方法滲透］
只要是曲線軌跡就需要提供向心力，並不是非得做勻速圓周運動， 中的r指確定位置的曲率半徑.
［結論］
轉彎時需要提供向心力，而平直路前行不需要.
2.受力分析得：需增加一個向心力（效果力），由鐵軌外軌的輪緣和鐵軌之間互相擠壓而產生的彈力提供.
［深入思考］
擠壓的後果會怎樣？
［學生討論］
由於火車質量、速度比較大，故所需向心力也很大.這樣的話，輪緣和鐵軌之間的擠壓作用力將很大，導致的後果是鐵軌容易損壞，軌緣也容易損壞.
［設疑引申］
那麼應該如何解決這一實際問題？
學生活動：
發揮自己的想象能力，結合知識點設計方案.
［提示］
1.設計方案目的是為了減小彈力.
2.錄像剪輯——火車轉彎.
［學生提出方案］
火車外軌比內軌高，使鐵軌對火車的支持力不再是豎直向上.此時，重力和支持力不再平衡，它們的合力指向“圓心”，提供向心力，從而減輕鐵軌和輪緣的擠壓.
［點撥討論］
那麼什麼情況下可以完全使鐵軌和軌緣間的擠壓消失呢？
［學生歸納］
重力和支持力的合力正好提供向心力，鐵軌的內外軌均不受到擠壓（不需有彈力）.
［定量分析］
如圖所示，設車軌間距為L，兩軌高度差為h，轉彎半徑為R，質量為M的火車運行.
［師生互動分析］
據三角形邊角關係
.
對火車的受力情況（重力和支持力合力提供向心力，對內外軌都無擠壓）
又因為α很小 所以sinα=tanα.
綜合有 故 又 所以
［實際討論］
在實際中反映的意義是什麼？
學生活動：結合實際經驗總結：
實際中，鐵軌修好後h、R、L一定，又g為定值，所以火車轉彎時的車速為一定值.
［拓展討論］
若速度大於 又如何？小於呢？
［師生互動分析］
1. （F支與G的合力），故外軌受擠壓對輪緣有作用力（側壓力），F向=F+F側.
2. （F支與G的合力），故內軌受擠壓後對輪緣有側壓力，F向=F-F側.
説明：向心力是水平的.
二、汽車過拱橋問題
1.凸形橋和凹形橋
（1）物理模型
［投影］如圖甲、乙.
（2）因汽車過拱橋是曲線運動，故需向心力.
2.靜止情況分析
學生活動：
結合“平衡狀態”受力分析
［同學積極解答］
受重力、支持力，二者合力為零，F壓=G.
3.以速度v過橋頂（底）
（1）過凸形橋頂
學生活動：①畫受力示意圖.
②利用牛頓定律分析F壓.
［同學主動解答，投影］
①考慮沿半徑方向受力
②牛頓第三定律.
F壓=FN
③
④討論：
由上式知v增大時，F壓減小，當 時，F壓=0；當 時，汽車將脱離橋面，發生危險.
（2）過凹形橋底
學生活動：①畫受力示意圖.
②利用牛頓定律分析F壓.
a.考慮沿半徑受力 .
b.牛頓第三定律FN=F壓.
C. .
d.由上式知，v增大，F壓增大.
［拓展討論］
實際中橋都建成哪種拱形橋？為什麼？
［理論聯繫實際分析］
①實踐中都是凸形橋.
②原因F壓＜mg.
三、歸納勻速圓周運動應用問題的解題思路
學生活動：結合火車轉彎問題和汽車過橋問題各自歸納.
多媒體課件展示：
解題思路
1.明確研究對象，分析其受力情況，確定研究對象運動的軌道平面和圓心的位置，以確定向心力的方向，這是基礎.
2.確定研究對象在某個位置所處的狀態，進行具體的受力分析，分析哪些力提供了向心力，此為解題關鍵.
3.列方程求解.在一條直線上，簡化為代數運算；不在一條直線上，用平行四邊形定則.
4.解方程，並對結果進行必要的討論.
課堂小結
1.教師小結
本節通過幾個典型實例分析進一步認識了勻速圓周運動的一些特點，以及在實際問題中的具體應用，得出了此類問題的具體解題步驟及注意事項.
2.學生歸納
分別獨自按照教師的提示及自己的理解歸納本節主要知識體系.
佈置作業
課本P77作業3、4、5、6.
板書設計
活動與探究
1.盪鞦韆時，你對鞦韆底座的壓力大小恆定嗎？請你想辦法實際驗證一下，並解釋為什麼.
2.請觀察一下，建築工地上用來砸實地面的“電動夯”工作時的情況：什麼時候底座離開地面？什麼時候砸向地面？為什麼會出這樣的結果？
