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1、生活中的变速圆周运动高中物理必修2第六单元圆周运动微专题3生活中的圆周运动簪学习目标1 .知道变速圆周运动的概念以及变速圆周运动向心力的来源。2 .会分析汽车通过凸形桥和凹形桥的最高点与最低点时压力与速度的关系，理解过桥减 速的基本原理。3 .理解航天器中失重现象的本质以及航天器发射的基本原理。4 .通过水流星以及过山车问题的分析，掌握“绳模型”以及“杆模型”中的力与运动的 关系。情境导入生活中汽车过拱形桥，大家喜爱的“过山车”等，其运动也是圆周运动。同学们有没有注意 过，这些圆周运动跟我们上节课学习的匀速圆周运动一样吗？本节课我们就来了解另一种圆 周运动一一变速圆周运动。此图片为视频资源缩略
2、图。若使用此资源, 学习任务 请下载视频【情境素材】圆周运动【任务一】认识变速圆周运动【任务二】利用圆周运动知识分析汽车安全过桥问题【任务三】揭开“水流星”与“过山车”之谜【任务四】掌握分析圆周运动的基本思路n三学习活动【任务一】认识变速【任务一】认识变速周运动【活动设计】观看视频中的过山车通过圆形轨道的过程，观察过山车的速度是否变化，通过问题引 出变速圆周运动。1.1 问题与任务：观察视频中的过山车，过山车的运动是匀速圆周运动吗？它在转动一周的 过程中它的速度有什么样的变化？分析：不是匀速圆周运动，过山车从最低点往最高点运动的过程中速度逐渐减小，从最 高点往最低点运动的过程中，速度又会逐渐变
3、大，是变速圆周运动。1.2 问题与任务：对于变速圆周运动，物体的受力具有什么样的特点？它的向心力又是由什 么力来提供呢？分析：对于做变速圆周运动的物体，其合力并不总是指向圆心，合力随着位置的变化而变 化。沿圆周切向合力改变速度的大小，法向合力改变速度的方向，并提供向心力，即：Fn = Gy+ Fn = m 【设计意图】通过生活现象的观察，知道变速圆周圆周运动是生活中常见的运动形式。同时掌握变速 圆周运动中的力与运动的关系，特别是变速圆周运动向心力的来源分析。从而为后面的汽车 过桥、水流星、过山车等问题的解决提供思路。【任务二】利用圆周运动知识分析汽车安全过桥问题以及航天器中的失重现象【活动设计
4、】2.1汽车过凸形桥（路面）2.1A问题与任务：汽车在凸形桥上的运动可以看成什么样的运动？分析：截取一小段弧线分析，可以看成在竖直面内的圆周运动2. 1B问题与任务：分析汽车通过凸形桥最高点的受力情况，并思考汽车对桥面的压力与汽 车的速度之间的关系。分析：汽车在最高点的受力分析如图所示。在最高点的向心力由重力和支持力的合力提22供，即：mg - FN = my, FN = mg - my 7ng。所以此时汽车处于超重状态， 而且u越大，尺越大，因此汽车过凹形桥时也要减速通过，不然对桥面的压力过大，容易爆 胎不安全。【设计意图】通过汽车过桥问题的分析，理解过桥限速的基本原理，并能够掌握实际在设计
5、桥梁时, 是通过增加桥面半径的方式，提升安全系数。同时，通过逻辑推理，理解航天器发射的基本 原理以及航天器中宇航员的“漂浮”现象，“漂浮”并不是因为宇航员不受重力，而是因为宇航 员和空间站只受到重力作用，处于完全失重状态造成的。谈【任务三】褐开水流星与过山车之避【活动设计】3.1如何玩转“水流星”问题与任务：如何确保在“水流星”表演的时候水不从桶里流出来呢？分析：以水桶里面的水为研究对象，水只要在最高点不流出，其他位置就不会流出来。 当水和水桶到达最高点时，对水受力分析可知，此时水做圆周运动的向心力由重力和桶底对22水的弹力提供，即：Fn + mg = my,得Fn=e亍一小0。由此可知，当v
6、越小，网越小, 当。=时，Fn=0,此时速度达到最小，如果u mg。 所以过山车通过最低点时，过山车处于超重状态。分析二：当过山车在轨道最高点且速度比较小时，由受力分析可知，此时轨道对过山车】，2的支持力向上（如上图所示），其向心力由重力和支持力的合力提供，即血9-尸=血:， ”2得Fn = mg - th： V mg,由此可知，u越小，v越大，当u = 0时，v=侬。v越大，R越小，当u =时，&二0。分析三：当过山车在最高点时的速度历 时，支持力向下（如上图所示）。有： 22mg + Fn =得Fn = m亍一 mg。由此可知/越大，Fn越大。在最高点时，由于加速度方向都是向下的，所以过山
7、车处于失重状态。【设计意图】通过“水流星”以及“过山车”的分析，理解水流星表演中水不流出的基本原理以及 过山车中的超重和失重现象。同时理解“绳模型”以及“杆模型”中的临界速度问题，掌握 竖直平面内圆周运动的基本分析方法。奇【任务四】掌握分析圆周运动的基本思路【设计意图】拱桥跨越能力较大，能充分做到就地取材，与梁式桥相比可以省大量的钢材和水泥，同 时耐久性好，而且养护和维修费用少，外形美观，构造较简单，尤其是与工拱桥，技术容易 被掌握，有利于广泛采用；但是拱桥自重较大，相应的水平推力也较大，增加的下部结构的工程量，对地基条件的 要求较高。拱桥一般都采用支架上施工的方法，修建随着跨径和桥高的增加，
8、支架或其他附 属设备的费用大大增加，建桥时间也较长。同时由于拱桥水平推力较大，在连续多孔的大、 中桥梁中，为防止一孔破坏而影响全桥的安全，需采用较复杂的措施或设置单向推力墩，增 加了造价，与梁式桥相比，上承式拱桥的建筑高度较高，当用于城市立体交叉及平原区的桥梁时，因桥面标高提高，而使两岸接线的工程量增大，或使桥面纵坡增大，增大了造价，又对行车不利。课堂小结作业1.一辆质量为800 kg的汽车在圆弧半径为50m的拱桥上行驶（g取lOm/s?）。（1）若汽车到达桥顶时速度为v = 5m/s,汽车对桥面的压力是多大?（2）汽车以多大速度经过桥顶时，恰好对桥面没有压力?（3）汽车对桥面的压力过小是不安全的，因此汽车过桥时的速度不能过大。对于同样 的车速，拱桥圆弧的半径大些比较安全，还是小些比较安全？医参考答案【评价】题号学科核心素养水平参考答案1科学思维3（1）7600N（2） 22.4m/s（3） 对于同样的车速，拱桥的半径大些比较安全