2. 匀速圆周运动的向心力和向心加速度教学创新设计

《2.2匀速圆周运动的向心力和向心加速度》教学设计

教学目标

1、通过对匀速圆周运动实例的分析过程，归纳总结物体做圆周运动的条件，理解向心力的概念

2、归纳影响向心力大小的相关因素，理解公式的确切含义

3、理解向心加速度的概念，并能用公式计算向心加速度的大小

教学重点

1、向心力的理解

2、影响向心力公式大小的因素

教学难点

向心力概念的理解

教学方法

实验法

讲授法

归纳法

推理法

教学过程

复习回顾

1、匀速圆周运动的特点是什么？

（变速运动，速度大小不变，方向时刻改变，且时刻指向圆心）

学生可能回答不全面，可另请学生补充

2、力的作用效果是什么？

（使物体发生形变

改变物体的运动状态即速度）

追问：怎样的力能够使物体的速度大小发生变化？（与速度在同一直线上的力）

引入新课

匀速圆周运动的速度大小是不变的，那是怎样的力来改变速度的方向呢？

活动一、感受向心力

请同学们观察下面两幅图，思考下面两个问题

问题1：月球和旋转秋千在做匀速圆周运动时，它们会受到沿圆周切线方向的力吗？为什么？（不会，因为如果有切线方向的力，就会使速度的大小发生变化，而匀速圆周运动的速度大小是不变的）

问题2：月球和旋转秋千在做匀速圆周运动时，它们受哪些力？合力的方向有什么特点？

（月球：只受地球的引力，因此合力就等于引力，引力的方向时刻指向地球，也可以说成时刻指向圆轨道的圆心）

（旋转秋千：受重力与绳的拉力，合力方向？）这里学生分析有困难

首先可以肯定在重力与绳的拉力构成的平面内，其次，假设合力方向水平偏向下，根据牛顿运动定律分析，它就不能在同一水平面内运动，同理合力方向水平偏向上，亦是如此。因此合力方向只能是水平方向，且时刻指向圆心。

从上面这两个例子我们可以看出：物体做匀速圆周运动时所受合力方向始终指向圆心，这个始终指向圆心的力就叫做向心力。

板书：一、向心力

1、定义：

下面我们再来看几个匀速圆周的例子，请思考下列问题：

问题3：小球受几个力？什么力指向圆心？

（重力、桌面的支持力、绳的拉力）

合力（绳的拉力）指向圆心提供向心力

问题4：物块受几个力？什么力指向圆心？

（重力、桌面的支持力、桌面的静摩擦力）

合力（桌面的摩擦力）指向圆心提供向心力

问题5：小球受几个力？什么力指向圆心？

（重力、漏斗的支持力）

合力指向圆心提供向心力

由以上几个例子我们发现，在受力分析时，没有分析出向心力，因此向心力不是一个新的力，而是根据力的作用效果来命名的，是效果力。向心力可以由一个弹力或摩擦力或引力来提供，也可以由几个力的合力来提供。

板书：2、效果力

改变速度的方向，使物体能够做圆周运动

3、可由一个力提供，也可由几个力的合力提供

通过前面的分析，我们知道物体做圆周运动需要向心力来改变方向，那么向心力的大小由哪些因素来决定呢？

活动二、探究影响向心力大小的因素

同学们，你们的桌上有一个带细线的小球，想办法让它在桌面上匀速转动起来，去感受向心力的大小与哪些因素有关？

好，哪组同学可以给出你们的看法啦？

学生：可能与质量有关

追问：你们是怎么得到的呢？（首先猜想与质量有关，发现邻组球与我们不一样，于是都转了一下，感觉质量大的，手上的拉力要大一些。）

再追问：你们在转的时候，有没有注意到保证转的半径和速度相差不大呢？

（有）很好，这是物理中常用的研究问题的方法：控制变量法，其他同学有没有注意到呢？

那除了与质量有关外，还可能与哪些因素有关？

生：半径、转速（角速度）

追问：大概什么关系？（半径大、角速度大，向心力大）

同学们的感受是否正确呢？我们用一个实验仪器来验证一下

简介向心力演示仪的构造及工作原理

演示实验（三组）

同学们，观察的现象与我们刚才的感受一样吗？一样，同学们都很棒

那它们之间定量的关系是怎样的呢?更精确的实验表明，做匀速圆周运动所需要的向心力的大小，在质量和角速度一定时，与半径成正比；在质量和半径一定时，与角速度的平方成正比；在半径和角速度一定时，与质量成正比。写成公式：Fmr，由于v2r

v2Fmr

公式也可以写成板书：

v2Fm2Fmrr

4、向心力的大小：

5、向心力的方向：时刻指向圆心，与速度方向垂直

那位同学你举手有什么问题吗？

（为什么在向心力大小的两种表达式中，一个式子中向心力的大小与半径成正比，而另一式子中向心力的大小却与半径成反比？它们相互矛盾吗？）

这个问题问得很好，我刚准备来问你们？有没有同学能够帮他解决疑问？

（物理公式中，我们要说明其中两个物理量的关系，必须要保证其他物理量不变。向心力的大小与半径成正比，是建立在质量与角速度相同的情况下；同理向心力的大小却与半径成反比是建立在质量与线速度相同的情况下。所以它们并不矛盾，因为它们的前提条件不同）

前面我们分析，做匀速圆周运动的物体一定需要向心力。根据牛顿第二定律可知，在向心力的作用下，必然要产生一个向心加速度，它的方向与向心力相同，总是指向圆心，它的大小v2arr

为a=f/m即2板书：

二、向心加速度

1、定义：

2、方向：

3、大小：

匀速圆周运动是加速度方向不断变化的变加速圆周运动

同学们，这节课我们要探究问题已经结束，回顾一下，我们这节课主要研究了什么？

效果力

向心力

来源

大小

方向

作用效果

向心加速度