2. 匀速圆周运动的向心力和向心加速度教案和学案内容

2.2匀速圆周运动的向心力和向心加速度

四川省金堂中学校

王飞鹏

【教学知识与技能】

1.理解向心加速度和向心力的概念

2.知道向心力和向心加速度。通过实验探究向心力的大小与质量、角速度、半径的定量关系。

3.知道在变速圆周运动中，可用上述公式求质点在圆周上某一点的向心力和向心加速度。

4.能用牛顿第二定律分析匀速圆周运动的向心力，通过实例认识向心力的作用及来源。

【过程与方法】

1.学会有关圆周运动的分析方法，培养理论联系实际的能力。

2.能从日常生活中发现与物理学有关的问题，并能从物理学的角度比较明确地表述发现问题。

3.尝试经过思考发表自己的见解，尝试运用圆周运动的规律解决一些与生产和生活相关的实际问题。

【情感态度与价值观】

1.领略圆周运动的神奇和谐，发展对科学的好奇心与学习物理知识的求知欲。

2.乐于探究日常生活中的圆周运动所隐藏的物理规律，有将物理知识应用于生产和生活的意识。

【教学重点】

1.理解向心力和向心加速的概念。

2.知道向心力大小F=mrω2= mν2/r，向心加速度的大小a= rω2= ν2/r，并能用来进行计算。

【教学难点】

1.匀速圆周运动的向心力和向心加速度都是大小不变，方向在时刻改变。

2.理解向心力是按作用效果命名的效果力。

【教学方法】

实验法、讲授法、归纳法、推理法

【教学用具】

投影仪、多媒体、CAI课件、向心力演示器、钢球、铝球、细绳、印泥、白纸

【教学过程】

一、

引入新课

1

1.设置情景

做“水流星”实验,并设下疑问：为什么盛水的杯子以一定的速度做圆周运动，水不从杯里洒出，甚至杯子在竖直面内运动到最高点时，杯口已经朝下，水也不会从杯里洒出来？

2.复习提问

(1)物体分别做直线运动、曲线运动时，所受的合外力F合与速度ν0存在什么关系？

(2)描述匀速圆周运动快慢的物理量有哪几个？这几个物理量有什么特点？

3.引入：由于匀速圆周运动的速度方向时刻在变，所以匀速圆周运动是变速曲线运动。而力是改变物体运动状态的原因。那么做匀速圆周运动的物体所受合外力有何特点？它的大小、方向各怎样呢？加速度有如何呢？本节课我们就来共同学习这个问题。

二、

1.概念

(1)向心力

实验：

①在光滑的水平玻璃板上做实验

a、用手击小球，使小球做圆周运动

b、当细铜丝从弹簧末端滑出时，小球沿着切线方向做匀速直线运动

引导学生讨论、分析：当小球还没滑出去时，小球做什么运动，受到哪几个力的作用，合力是什么，有什么作用？

②在光滑的玻璃板上套有一张白纸，同时将上述的小球沾上印泥，重复以上实验，把在纸上留下的运动轨迹展示给学生看，同样提问上述问题，并引导学生回答

③通过讨论得到：做匀速圆周运动的物体受到一个指向圆心的合力的作用，这个力叫向心力。

(2)向心加速度

①定义：做匀速圆周运动的物体在向心力作用下，必然要产生一个加速度，这个加速度叫向心加速度。

②方向：总是沿着半径指向圆心。

(3)向心力的大小

①让学生猜想向心力大小与哪些因素有关？

②实验研究F向与m、r、ω的关系

③实验方法：控制变量法

④介绍向心力演示的构造和使用方法

2

新课教学

⑤实验过程

a.质量不同的钢球和铝球，当它们运动的半径r和角速度ω相同时，比较向心力的大小

b.两个质量相同的小球，保持运动半径相同，观察向心力与角速度之间的关系

c.两个质量相同的小球，保持小球运动的角速度相同，观察向心力的大小与运动半径之间的关系。

⑥实验表格

1 2 3 二球相同的物理量

r、ω

m、ω

m、r 不同的物理量

m

r

ω

观察结果

m越大，F向越大

r越大，F向越大

ω越大，F向越大

⑦实验结论：F向随r、ω、m的增大而增大

总结得到：向心力的大小与物体质量m、圆周半径r和角速度ω都有关系，且给出公式

F向＝mrω2

向心加速度：a=

rω2

向心力的大小还可以用F向=mν2/r来表达，同样向心加速度也可表示为a=ν2/r

速圆周运动的特点

(1)v：大小不变，方向始终沿着各点的切线方向，是变速度

(2)F：大小不变，方向始终指向圆心，是变力.它的作用效果：只改变速度的方向，不改变速度的大小

(3)a：大小不变，方向始终指向圆心，是变加速度.它是表示物体速度方向改变快慢的物理量

以上各点说明了匀速圆周运动是变加速运动

指出：当ω一定时，a∝r

当v一定时，a∝1/r

板书设计：

匀速圆周运动的向心力和向心加速度一.向心力1、定义：始终指向圆心的等效的力。2、作用效果：只改变速度的方向3、向心力的来源：重力、弹力、摩擦力等力的分力或合力。4、实验探究猜想：F=Kmrω向心力表达式：F=mrω或F=mv2/r二、向心加速度2N

1、大小：a= ω2r = v2/rfTOG2、方向：不断变化但始终指向圆心3 3、物理意义：描述速度方向变化的的的物理量G