2. 匀速圆周运动的向心力和向心加速度教学设计及教案分析

高中物理课程标准要求中的相关内容：

（二）抛体运动与圆周运动

1．内容标准

（1）会用运动合成与分解的方法分析抛体运动。

例1 分别以物体在水平方向和竖直方向的位移为横坐标和纵坐标，描绘做抛体运动的物体的轨迹。

（2）会描述匀速圆周运动。知道向心加速度。

（3）能用牛顿第二定律分析匀速圆周运动的向心力。分析生活和生产中的离心现象。

例2 估测自行车拐弯时受到的向心力。

（4）关注抛体运动和圆周运动的规律与日常生活的联系。

2．活动建议

（1）通过查找资料，对比实际弹道的形状与抛物线的差异，尝试做出解释。

（2）调查公路拐弯处的倾斜情况或铁路拐弯处两条铁轨的高度差异。

教学设计思路：

导入：

方式一：通过生活中的体验性圆周运动来导入。如可事先拍摄学生在操场上的弯道上跑步、追逐玩耍时突然转弯及突然抓住某一杆后做圆周运动的感觉。发现同点就是在转弯时会有一个指向圆心的力。如跑步和玩耍转弯时，要用力斜向外蹬，抓某杆转弯时用要用力抓住杆。这说明物体要做圆周运动必须有个指向圆心的力，那么这是否是普遍现象呢？接下来探究小绳拉小球旋转的实验，实验中使细绳处于松驰状态。后用手轻击小球，观察小球做什么运动?(匀速直线运动)如图1所示;再用手重击小球，当绳绷直时，观察小球做什么运动?(匀速圆周运动)如图2所示;过了一会儿，松开固定点，观察小球做什么运动?(匀速直线运动)如图3所示。还可以举些例子（如链球、花样滑冰），从而归纳得出物体做圆周运动时需要有一个指向圆心的力。然后从上节课结论出发，讨论得出做圆周运动由于方向改变，因而有一个指向圆心的加速度，我们称之为向心加速度，而力是产

生加速度的原因，可以大胆猜想，这些指向圆心的力就是产生向心加速度的原因，因此，我们可以把指向圆心的力称为向心力。

方式二：实验游戏体验。如用一个小绳拉一个小球旋转，突然用剪刀剪断绳子或突然松手，小球飞出去不做圆周运动。

方式三：从生活中的一些圆周运动现象导入（如链球比赛、过山车、花样滑冰表演、玩过的转盘游戏等），引出话题。

新课教学：

可以先讨论做圆周运动物体所受向心力的推导。（从牛顿第二定律导出）。但理论是否正确呢？可先定性感受分析。从玩绳拉球做圆周运动引出话题，感受随着速度、质量及半径等变化时似乎拉力确实会变化，而且变化也似乎符合牛顿第二定律。然后定量测量得出数据，证实了牛顿第二定律的正确性，这就是理论的力量。

也可以先实验探究，然后讨论是否可用牛顿第二定律得出向心力公式，通过推导后对照实验结论，结论完全一致，这说明理论的力量。有时正确的理论完全可以预测未知的现象或情况。

可以演示或让学生来玩水流星实验，让学生讨论水流星做圆周运动引出非匀速圆周运动。仔细观察会发现水流星的速度在高点小些，在低点大些，讨论其受力会发现，除绳子拉力外，还有重力，由于重力方向为竖直方向，与学生讨论分析受力会发现，重力除了提供向心力外，还有切线方向分力。

是否要用教材上的旋转圆锥摆做实验，我有异议。因为圆锥摆实验中的受力分析对基础相对较差的学生来说有认知困难，属于相对较难的知识。而新知识学习应尽量减轻学生的认知负担，所以建议改用力和时间传感器直接测量。学生只要定性体验一下就行了。

练习反馈可用让学生用烧杯和乒乓球来体验。不能用手直接抓住球，杯口要竖直朝下，看谁有办法使乒乓球悬空。在讨论完后自然引出汽车在圆筒壁上运动的杂技表演。如果前面没有做圆锥摆实验，也可在这儿让学生做一做，并讨论圆锥摆的向心力是由谁提供的。还可讨论游乐园里的转盘游戏，为什么有的容易被甩出去，有的更不容易。

最后，呈现生活中的一些圆周运动，如火车转弯轨道及公路转弯轨道为什么外高内低，汽车急转弯为什么会翻车等。留下悬念，为后面两节课做铺垫。或用一个课外探究小实验结尾：将一个链条做成一个圆环，将其置于一个圆柱体上，圆柱体与电钻相连，开动电钻，让链条随圆柱体一起旋转，然后突然将圆柱体后退，链条将在地面像轮子一样滚动起来，为什么。

向心力实验说课：http://k.360kan.com/pc/detail/vPd8lx4rAyoA?dl=ss_ds&dl=ss_cs

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冰上芭蕾：http://k.360kan.com/pc/detail/9Yo3G30Q9wmD?dl=ss_ds&dl=ss_cs

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用笔筒做，用制作陶器的转盘做实验。