2. 匀速圆周运动的向心力和向心加速度优秀公开课教案

第2节

向心力与向心加速度

一、教学目标

【知识与技能】

(1)理解向心力的概念，通过实例认识向心力的作用及向心力的来源。

(2)通过实验，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)知道向心加速度及其公式，能用牛顿第二定律分析匀速圆周运动的向心力和向心

加速度。

【过程与方法】

（1）经历形成向心力概念的过程，培养学生观察、分析、归纳能力。

（2）通过创设一定的情境，让学生经历探索向心力F与哪些因素有关的过程，学习控制变量法，培养学生分析论证等能力，使学生在科学探究中真正体会到科学探究的魅力，体验到成功的快乐。

【情感态度与价值观】

（1）学习科学研究方法和科学研究态度，发展学生对科学的好奇心与求知欲，使学生乐于探究自然界的奥秘。

（2）观赏运动美（通过影片），体验探索自然规律的艰辛与喜悦，培养学生主动参与活动的热情和与他人合作的精神，有将自己的见解与他人交流的愿望，敢于坚持正确观点，勇于修正错误，具有团队精神。

二、教学重点、难点

1、重点：理解向心力和向心加速的概念。知道向心力大小与m、r、ω的关系：Fmr

2、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、PPT课件、向心力演示器、钢球、木球、玻璃球、细绳

三、教学设计思想

创造以“学生为主体，教师为主导”的教学环境，使学生在真实的情景中完成任务，充分发挥学生学习的自主性，引导学生主动发现问题，分析信息，主动建构良好的认知结构，培养创新精神。

向心力和向心加速度是高中物理的一个难点内容，学生对于向心力一直很难理解，在对物体进行受力分析时，往往还外加一个向心力。为了突破重点，难点，只有学生主动参与探究的全过程，成为学习的主体，才能激发学生的求知欲望，加深对知识的理解。

四、教学过程

教学过程

内

容

设计目的

2

创设情景

引入新课

（5分钟）

题。

复习：

描述圆周运动快慢的5个物理量

播放视频，创设情境：

水流星

观察：

水流星的运动、水流星在最高点的情况

设问：

水流星做的是什么运动？（圆周运动）

实验：

模拟水流星

用一段绳子系一个装水的塑料杯子。

请一位同学来演示。

设问：

杯子做的是圆周运动，到最高点时杯口

朝下，水为什么没洒出来呢？水还受重

力作用吗？

做圆周运动的物体受力究竟是怎么样的？这节课我们就一起来研究圆周运动的动力学问

激发学生的求知欲望，使学生主动思考，主动学习。

新

课

探

究

（33分钟）

新

通过对3个小球受力分析，引导学生得出：在匀速圆周运动中，合力提供向心力

分析水流星最高点的受力：

结论:重力G和杯底的支持力N 的合力提供向心力

（玻璃球运动俯视图：聪明的学生想到了用瓶盖）

设问：

是什么力使它们做圆周运动？

分析：

分别对3个小球进行受力分析，第一种情况比较简单（桌面比较光滑可近似看成匀速圆周运动）

学生：

是绳子拉力使小球做匀速圆周运动

再问：

你怎么证明？

学生：

可在小球做匀速圆周运动过程中撤去拉力，看小球的运动是否改变

再实验验证：

果然没有拉力小球会飞出去

思考：

这个拉力的方向有什么特点？

总结出向心力的概念：物体做圆周运动时，一定要受

通过对圆周运动时的小球进行受力分析，让学生认识到物体做圆周运动需要一个力来提供向心力。这样很自然地就引入了向心力的概念，学生很容易接受。

通过真实情景加深学生对向心力概念1、认识向心力

学生实验：使用细绳系住的钢球和没有细绳系住的玻璃球在水平面内做圆周运动

由于向心力的概念比较抽象，我设计了一个既简单又能说明问题的实验。

的理解。

到一个始终指向圆心方向的等效力作用，称为向心在

力。

通过PPT为学生直观展示出向心力的方向时刻跟速度方向垂直，学生根据前面的知识可知向心力的作用效果：只改变物体的速度方向，不改变速度大小。

2、向心力的来源

又问：

向心力是不是等同于合外力？

高

采用了指导——探究式教学模式。在这一部分我采用实验和讨论法。让学生亲自体验，而后得出：物体做圆周运动时，一定要受到一个始终指向圆心方向的等效力作用。

课

探

究

新

课

探

究

教师强调：向心力不是物体实际受的新的力，是按物体的具体实际运动效果来命名，受力分析时不要多分析一个向心力。物体做圆周运动时所需要的向心力是由物体所受的一个力或者几个力的合力来提供的。

3、探究向心力（F）与质量（m）、角速度（）、半径（r）之间的定量关系。

（1）体验：用细绳连接的钢球、木球各一个，拉住绳的一端，让小球尽量做匀速圆周运动。分别改变转动的快慢、细绳的长短做几次实验。

学生练习：各图情景中向心力是由谁提供的？

指出：

指出：其运动情况比较复杂，其他位置受力以后再分析

思考：如果物体做变速圆周运动，其受力情况如何？

通过实验让学生体验向心力的大小与哪些因素有关？

通过实验探究来猜想向心力大小的影响因素和得出它们的定量关系。激发

（2）猜想猜想：向心力的大小可能与

有关

学生通过亲自操作实验并根据实验进行猜想向心力大小的影响因素可能有：质量、物体运动的快慢、半径等。

描述物体做圆周运动快慢的物理量有哪些？（线速度、角速度、周期、频率）

下面我们就选其中的“角速度”作为代表研究物体做圆周运动的快慢对向心力大小的影响。

演示实验：向心力演示器

短槽，弹簧测力套筒，标尺等。

了学生的学习兴趣，调动了学生的主动性和积极性，亲身体会到科学探究的过程。

第一次：ω、r不变，研究F与m关系：用质量比为观察得到露出的红白相间方格数比值为2：1，即两个

第二次：m、ω不变，研究F与r关系：当m、相同时，半径比为2：1，向心力的比值也为2：1，因此F与r成正比。

第三次：

m、r不变，研究F与ω关系：当m、r相同，比值为2：1，向心力的比值为4；1，因此F与成正比。

精确的研究表明向心力大小的公式：

Fmr

要求学生结合上式根据线速度与角速度的关系再推导向心力的另一表达式：Fmv2r

22（3）控制变量法：

F与m、、r之间的定量关系。

教师介绍“向心力演示器”的构造：变速塔轮，长槽，

2：1的钢球和铝球，使它们运动的半径r和相同，

球所受向心力的比值也为2：1，因此F与m成正比。

例1：关于向心力，下列说法正确的是（

）

A、物体只有受到向心力的作用才可能做圆周运动

B、向心力是指向圆心方向的合力，是根据力的作用效果命名的

C、做匀速圆周运动的物体，受到的合外力完全充当向心力

D、向心力只改变物体运动的方向，不可能改变物体运动速度的大小

4、向心加速度

引导学生分析：根据力是产生加速度的原因，可知：做圆周运动的物体，在向心力F的作用下必然要产生一个加速度。根据牛顿第二定律得到：这个加速度的方向与向心力的方向相同，始终指向圆心，所以称为向心加速度。

向心加速度的作用效果与向心力的作用效果一样，只改变速度的方向。

启发学生根据牛顿第二定律和向心力的公式推导向心加速度的计算公式：av2ar2或r

从已知的基本知识：

“力是产生加速度的原因”出发，帮助学生建立向心加速度的概念，另外使学生认识到向心加速度的作用效果是只改变速度的方向。

引入向心加速度的表达式由学生来完成。体现学生的主体性。

强调：向心力与向心加速度的公式使用范围：不仅适用于匀速圆周运动，而且适用于一般的曲线运动。

总结匀速圆周运动是一种加速度大小不变但方向在不断变化的变速运动。

例2：上海在北纬31°，求上海所在处物体绕地轴做圆周运动的向心加速度是多大？（设地球半径R=6400km，cos31°=0.86）

巩

固

3.质量为60 kg的体操运动员做“单臂大回环”，用一通过具体实例让只手抓住单杠，伸展身体，以单杠为轴做圆周运动．此

学生初步体验圆周过程中，运动员到达最低点时手臂受的拉力至少约为

运动中向心力的来

练

习

（5分钟）

(忽略空气阻力，g＝10 m/s2)(

) 4.如视频所示，在双人花样滑冰运动中，看到被男运动员拉着的女运动员离开地面在空中做圆锥摆运动的精彩场面，目测体重为G的女运动员做圆锥摆运动时和水平冰面的夹角约为300重力加速度为g，问该，源，并对圆周运动中较深入的认识。帮助学生巩固概念，发展思维。

A．600 N

B．2400 N

C．3000 N

D．3600 N 力和运动的关系有女运动员受到的拉力及向心加速度？

小

结

（2分钟）

作

业

安

排

板书设计

第2节

向心力与向心加速度

1、学生回顾本课的探究过程：发现问题→进行猜想→探索研究→得出结论→指导实践。教师指明这是研究物理的基本思路。

2、

总结本节课学习的内容。

（1）课后第1、2、3题

（2）开放探究题：调查公路转弯处路面的特点，分析汽车在转弯处的向心力是由从哪里来的？

巩固和反馈、评价教学效果。

进一步帮助学生理清知识脉络，利于知识的正向迁移。