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本节是承上启下的一节,学生已经明白圆周运动的基本知识和受力分析，通过本节应用圆周运动的相关知识解决生活中的实例，又可过渡到天体运动。我们今天的课时解决其中一个难点：火车转弯问题。利用火车转弯问题的分析，使学生懂得对生活实例合理建立匀速圆周运动模型，准确进行受力分析。
学生常常误认为向心力是一种特殊的力，是做匀速圆周运动的物理另外受到的力，不能理解向心力的作用效果命名的力；对于物理学习常常固化，不能与生活现象联系，建立合理模型。为了纠正学生的这种认识，正确认识到向心力的来源，并逐步提高生活中物理的认识，我们需要根据生活中的实际——火车转弯问题，层层设疑，引导探究和分析，提高学生物理核心素养。
能分析火车转弯向心力的来源，掌握外轨比内轨高的原因；
熟练分析实际圆周运动情景中向心力的来源。
通过对火车转弯问题的分析，渗透科学联系实际的思维，提高物理建模，解决实际物理问题的能力；
通过对高铁的建设提速说明，提高学生的国家自信。
以火车转弯问题为例，建立匀速圆周运动模型，并分析向心力来源并计算弯道参数。
生活中的圆周运动
火车转弯
1、轨道：外高内低
2、向心力来源：
3.以设计速度转弯
内外轨道对火车两侧车轮轮缘都无压力.
车速过快：火车挤压外轨
车速过慢：火车挤压内轨
师：相信大家都坐过或见过火车、高铁，请问你知道高铁驾驶室里有没有方向盘呢？
生：没有
师：是的，没有方向盘的火车是如何转弯的呢？今天的这节课，老师就带大家走进生活中的圆周运动，解密火车转弯之谜。
推进新课（生活实例、火车转弯模型）
问题1：请观察图片和自己手上的火车、铁轨模型，说一说火车的车轮结构如何？这样的结构有什么作用？
学生讨论，分别说明自己的认识。
师生总结：无论是图片，还是手上的模型，都发现内部比外部要长，用专业术语是有突出的轮缘，轨道将两车轮的轮缘卡在里面，不从侧面离开。
问题2：若轨道弯曲，则火车随之转弯。如果火车在水平弯道上转弯，试分析其所受向心力的来源。可以让小火车进行模拟。
学生实验，讨论：
请同学们动手实验，观察并思考小火车在弯道上所受向心力的来源。（利用希沃投屏指导实验过程）
提醒：
1.铁轨之间的连接已经妥当，不需要重新拼接；
2.小车在坡道上不同位置释放，相当于提供小车转弯不同的初速度，我们先让小车以较低的速度转弯；
3.通过实际操作，观察火车与轨道的作用力，分析其向心力的来源
讨论与探究
发现火车转弯时车轮与外轨相互挤压，小火车受到重力、支持力和轨道的侧向弹力，侧压力指向弯道内侧，提供向心力
随着科技的发展，人民对生产生活的要求日新月异，我们的铁路也经历了多次提速，中国高铁在世界算得上首屈一指。（科学责任语态度：激发学生民族自信）那么我们思考，当列车的速度很大时，以这种方式提供向心力会产生什么样的结果？
学生实验：我们可以提高小车释放位置来给小火车提供转弯处更大的速度，请动手实验和观察。
问题：大家实验发现有什么结果？（脱轨），小火车在哪里脱轨？（转弯处）（学生动手指出位置，利用希沃投屏，所有同学同时可以看到）
小火车在转弯时可以看做是在做圆周运动，你能猜想一下小火车脱轨的原因吗？
教师指导：由于v很大，需要的向心力很大，铁轨给火车的侧压力不足以提供所需向心力，所以小火车不能顺利拐弯。同时，根据牛顿第三定律，火车也给铁轨外侧一个巨大的弹力。我们可以观察发现，铁轨只是通过薄薄的钢板和道钉固定在枕木上，这样对轨道也造成了很大的伤害。所以我们并不希望由这个侧压力提供向心力。
学生实验：道路千万条，安全第一条。在保证行车安全的条件下，那我们应该怎样让火车顺利转弯及提速呢？你有什么建议吗？根据我提供的器材，可以动手实验
实验结果：将外轨抬高，火车顺利转弯。（追问）抬高后火车为什么能顺利转弯，因为它向心力的来源发生了什么变化？
教师指导：事实上在火车转弯处，外轨要比内轨略微高一点，形成一个斜面，火车受的重力和支持力的合力提供向心力，对内外轨都无挤压，这样就达到了安全转弯的目的。根据已经掌握的相关知识，你能根据老师所给的参数，计算出工程师设计铁路转弯速度的表达式吗？
例：火车以半径R转弯，火车质量为m ，火车轨道外轨垫高后与水平面夹角为θ，要使火车通过弯道时仅受重力与轨道的支持力，则列车应该以多大的速度v通过弯道？（学生尝试计算）
根据这个结论，我们可以知道火车弯道的设计时速，可以通过抬高外轨，增大θ的方式来提高设计时速。
火车在行驶时如果没有按照预计的速度行驶呢？是否也会有侧翻的风险，向什么方向脱离？让我们结合刚才我们操作的体验，带着这些思考观看2013年世界震惊的西班牙列车脱轨事故（视频）
教师引导：
通过13年西班牙血的教训，我们看到，当火车超速行驶，火车有向外脱轨的趋势。此时，所需的向心力
增大，所以，火车与外轨相互挤压，外侧铁轨给火车向里的弹力，补充所需向心力。若速度过大，还有可能损坏轮缘或铁轨，而发生脱轨事故。
设想火车车速过慢呢？
学生回答：火车挤压内侧铁轨。
教师小结：
以上便是火车转弯的秘密，即适当提高外侧轨道，使火车重力与支持力的合力提供向心力。若车速过快或过慢，则会挤压轨道，由轨道的侧向弹力来补偿。
类似的现象还存在于汽车、飞机等转弯，请大家用物理的眼光去多多发现生活中圆周运动，并尝试着分析和理解吧。
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