2. 匀速圆周运动的向心力和向心加速度PPT及专用教学设计内容

高中物理课堂教学教案

课

题

向心力

一、三维目标

（一）、知识与技能

1．理解向心力的概念及其表达式的确切含义．

2．知道向心力大小与哪些因素有关，并能用来进行计算．

3．知道在变速圆周运动中，可用上述公式求质点在某一点的向心力和向心加速度．

（二）、过程与方法

1．通过用圆锥摆粗略验证向心力的表达式的实验来了解向心力的大小与哪些因素有关，并具体“做一做”来理解公式的含义．

2．进一步体会力是产生加速度的原因，并通过牛顿第二定律来理解匀速圆周运动、变速圆周运动及一般曲线运动的各自特点．

（三）、情感、态度与价值观

1．在实验中，培养学生动手的习惯并提高分析问题、解决问题的能力．

2．感受成功的快乐．体会实验的意义，激发学习物理的兴趣．

二、教学重点、难点

（一）教学重点

1．体会牛顿第二定律在向心力上的应用．

2．明确向心力的意义、作用、公式及其变形．

（二）教学难点

1．圆锥摆实验及有关物理量的测量．

2．如何运用向心力、向心加速度的知识解释有关现象．

三、教

学

方

法

探究、讲授、讨论、练习

四、教具准备

多媒体课件、圆锥摆等实验设备

五、教

学

活

动

新课导入]

师：前面两节课，我们学习、研究了圆周运动的运动学特征，知道了如何描述圆周运

- 1 -

动．这节课我们再来学习物体做圆周运动的动力学特征——向心力．

新课教学]

一、向心力

自主阅读]

师：请同学们阅读教材“向心力”部分，思考并回答以下问题，

1．举出几个物体做圆周运动的实例，说明这些物体为什么不沿直线飞去．

2．用牛顿第二定律推导出匀速圆周运动的向心力表达式．

学生认真阅读教材，列举并分析实例，体会向心力的作用效果，并根据牛顿第二定律推导出匀速圆周运动的向心力表达式．

交流与讨论]

师：请同学们交流各自的阅读心得并进行相互间的讨论．

生：用手枪一个被绳子系着的物体，使它做圆周运动，是因为绳子的力在拉着它．一旦绳子断了，小球就会飞出去．

生：地球之所以绕太阳做圆周运动，是太阳对地球的引力在“拉”着它．

师：同学们有没有发现过，做圆周运动的物体由于突然不受力了，结果物体沿直线飞出去的现象?

生：我自己做过这个实验：用手抡一个被绳子系着的物体，使它做圆周运动，一旦绳子断了，小球就会飞出去．

生：本章第一节中，砂轮上的砂粒被刀具碰掉后，沿切线方向飞出去的现象．

师：刚才同学们说得很好，圆周运动是变速运动，有加速度，故做圆周运动的物体一定受到力的作用．而我们知道做匀速圆周运动的物体具有向心加速度，根据牛顿第二定律，这个加速度一定是由于它受到了指向圆心的合力的作用．这个合力叫做向心力．下面请同学们把刚才由牛顿第二定律推出的向心力的表达式展示出来．

投影学生推出的向心力表达式：FN=mv2/r , FN=mrω2 点评：学生的思维在于老师的激发，学习的积极性在于老师的调动．通过让学生发表见解，提出疑问，培养学生的语言表达能力和分析问题的能力．

二、实验：用圆锥摆粗略验证向心力的表达式

实验与探究]

师：请同学们阅读教材“实验”部分，思考下面的问题：

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1．实验器材有哪些?

2．简述实验原理(怎样达到验证的目的)．

3．实验过程中要注意什么?如何保证小球在水平面内做稳定的圆周运动，测量哪些物理量(记录哪些数据)?

4．实验过程中产生误差的原因主要有哪些?

学生认真阅读教材，思考问题，找学生代表发言．教师听取学生的见解，点评、总结．

教师演示并与学生一起参与完成实验，及时发现并记录演示实验过程中存在的问题．

点评：让学生亲历实验验证的过程．体验成功的乐趣．培养动手能力和团结协作的团队精神．

教师听取学生汇报验证的结果，引导学生对实验的可靠性作出评估．

交流与讨论] 生：实验的过程中，多项测量都是粗略的，存在较大的误差，用两个方法得到的力并不严格相等．

生：通过实验我们还体会到．向心力并不是像重力、弹力、摩擦力那样具有某种性质的力来命名的．它是效果力，是按力的效果命名的．在圆锥摆实验中，向心力是小球重力和细线拉力的合力，还可以理解为是细线拉力在水平面内的一个分力．

生：数圈数测时间时，要从零开始数起．

生：我有一个改进的实验，不知是否可行，其装置如图6．7—1所示，让小球在刚好要离开锥面的情况下做匀速圆周运动，我认为利用该装置可以使测量值减少误差．

师：同学们能积极思维，勇于发表自己的见解，这很好．至于该方案效果如何，老师没有做过，这里也不敢妄下结论，还请同学们课后进一步进行比较性的研究，老师期待着你们的实验结论．

点评：新课程理念强调，老师不一定要能回答学生提出的所有问题，但老师要起到一个引导者、一个领路人的作用．

三、变速圆周运动和一般曲线运动

师：链球的实验中，我们可以通过抡绳子来调节链球速度的大小，这就给我们带来一个疑问：难道向心力能改变速度的大小吗?为什么?

生：不能．因为我刚才做实验时发现，当我的手保持不动时，链球的速度并不能改变，只有当我的手在动时，链球的速度才能改变，所以不能．但具体细节我还没有搞清．

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生：刚才XXX同学的发现我也体会到了，我认为手不动时，绳子的拉力和链球运动的速度方向垂直，故链球的速度不变．而当手动时，绳子的拉力和链球运动的速度方向不垂直，此时可以把拉力分解为沿速度方向和垂直于速度方向的两个分力，其垂直于速度方向的分力提供链球所需的向心力，并不改变链球的速度大小；而沿速度方向的分力产生的加速度使链球的速度发生了改变．

师：刚才同学们交流、讨论得很好，实际上这些现象，我们都可以通过运用牛顿第二定律来解决，希望同学们课后能进一步地认真总结，细细体会。

点评：老师及时对学生进行恰当的评价，是使学生能获得成功培的保证．同时要善于培养学生阅读教材并从中获取信息的能力，培养学生发现问题解决问题的主动求知的意识．

师：对于做一般曲线运动的物体，我们可以用怎样的分析方法进行简化处理?请同学们阅读教材并结合课本图5.7—4的提示发表自己的见解．同时再与刚才研究的变速圆周运动去进行对比．

点评：对学生注重物理学方法的教育

课堂分组实验]

师：请同学们两人一组，完成课本第22页“做一做”栏目中的实验，自己感受向心力的大小．

学生按照“做一做”栏目中的实验介绍，独立操作，在实验中去体验．

点评：通过实验，增强学生的感性认识，同时激发学生学习物理学的兴趣．

课堂训练] 1.质量为m的球用长为L的细绳悬于天花板的O点，并使之在水平面内做匀速圆周运动，细线与竖直线成θ角，则以下正确的是(

) A.摆球受重力、拉力和向心力的作用

B.摆球只受重力、拉力的作用

C.摆球做匀速圆周运动的向心力为mg• tanθ

D.摆球做匀速圆周运动的周期为

2.南通在北纬32°，求南通所在处质量为1Kg的物体绕地轴做圆周运动所受向心力是多大？（设地球半径R=6400km，COS32°=0. 85）

- 4 - T2π

Lcosθg

小结] 师：请同学们概括总结本节课的内容．

投影展示出几个学生的课堂小结，同时引导同学们分析，讨论，并与各自的小结进行对比，看看谁总结得好，并把自己的体会写下来．

点评：总结课堂内容，培养学生概括总结能力．教师要放开，让学生自己总结所学内容，允许内容的顺序不同，从而构建他们自己的知识框架．

课外训练] 1．如图6.7—5所示，一圆盘可以绕一个通过圆盘中心且垂直于盘面的竖直轴转动，在圆盘上放置一木块，当圆盘匀速转动时，木块随圆盘一起运动，那么…(

)

A.木块受到圆盘对它的摩擦力，方向背离圆盘中心

B.木块受到圆盘对它的摩擦力．方向指向圆盘中心

C.因为木块与圆盘一起做匀速转动，所以它们之间没有摩擦力

D.因为摩擦力总是阻碍物体运动的，所以木块受到圆盘对它的摩擦力的方向与木块运动方向相反

2．一个2.0kg的物体在半径是1.6 m的圆周上以4 m／s的速率运动，向心加速度为多大?所需向心力为多大? 3．太阳的质量是1．98X1030kg，它离开银河系中心大约3万光年(1光年：9．46X1012km)，它以250km／s的速率绕着银河系中心转动．计算太阳绕银河系中心转动的向心力．

4．关于匀速圆周运动的周期大小，下列判断正确的是…………………(

)

A．若线速度越大，则周期一定越小

B．若角速度越大，则周期一定越小

C．若半径越大，则周期一定越大

D．若向心加速度越大，则周期一定越大

5．线的一端系一个重物，手执线的另一端使重物在光滑水平面上做匀速圆周运动，当转速相同时．线长易断，还是线短易断?为什么?如果重物运动时系线被桌上的一个钉子挡住，随后重物以不变的速率在系线的牵引下绕钉子做圆周运动，系线碰钉子时钉子离重物越远线易断?还是离重物越近线易断?为什么?

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布置作业] 1.完成P22“问题与练习”中的l～5题．

2.尝试一下课本P54

的“做一做”实验

六、板书设计

向心力

一、向心力

1．通过实例进一步感受做圆周运动的物体必须受到力的作用．

2．向心力的概念

3．向心力的表达式

二、向心力的实验验证

1．圆锥摆的实验．

2．向心力公式的实验讨论(“做一做”)．

三、变速圆周运动和一般曲线运动的研究

1.匀速圆周运动

合外力全部提供向心力

2.变速圆周运动

3.合外力部分提供向心力

一般曲线运动:运用微元思想

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