2. 匀速圆周运动的向心力和向心加速度教学创新设计

教科版

必修二

第二章第2节

匀速圆周运动的向心力和向心加速度

成都四十九中

龚霞

第一课时

【教材分析】

本节内容选自高中物理教科版必修2第二章第二节。匀速圆周运动处于抛体运动之后，万有引力定律之前，是一种既特殊又重要的曲线运动。它属于高中物理主干知识的范畴，为以后天体运动和带电粒子在磁场中的运动的学习打下基础。教材通过对生活中各种圆周运动的分析，归纳总结出向心力的概念，接着通过实验探究得出向心力公式，再由牛顿第二定律得出向心加速度。可见，这种从感性到理性的过度方式，大大地降低了学习难度并提高了学生的学习兴趣。

【学情分析】

学生在第一章已经学习了抛体运动，会用运动的分解法将抛体运动分解为两个方向上的直线运动来做研究。而圆周运动是另一种形式的曲线运动，运动的分解法不再适用。因此，直接针对圆周运动进行整体性研究对学生而言有一定难度。学生虽然有动力、阻力、合力等效果力的概念，但是向心力的复杂性在理解上困难是较大的。

【教学目标】

知识与技能：

1、通过实际感受，分析归纳出物体做匀速圆周运动的条件，理解向心力概念、来源。

2、通过实验探究，归纳出影响向心力大小因素，理解向心力计算公式含义，并能用公式计算向心力大小。

过程与方法：

在本课的学习过程中可以培养学生的动手能力、自主学习能力、构建物理模型的能力等，可以让学生体会物理问题的研究方法。

情感、态度、价值观：

在本课的学习过程中，能发展学生对科学的好奇心与求知欲，能体验探索自然规律的艰辛与喜悦；增强合作意识；增强将物理知识应用于生活和生产实践的意识。

【重难点】

重点：探究向心力的大小影响因素和表达式。

难点：理解向心力概念、探究向心力大小。

【教学方法】

实例分析、实验探究、小组讨论、归纳总结、多媒体辅助教学

【教学过程】

（一）导入新课

复习引入，温故而知新：

1、描述匀速圆周运动快慢的物理量有哪些？

2、匀速圆周运动的线速度是否发生变化？

通过复习带领学生巩固旧知，并提出问题：究竟是怎样的力使物体做匀速圆周运动？从而引入课题，让学生带着问题进入本课的学习。

（二）新课教学

【学生活动】：感受向心力

为了能探索出做圆周运动需要的条件，让学生再亲身感受一下圆周运动。用一根细绳一端系小球，手拿着另一端在比较光滑的水平桌面上轻轻轮动起来使小球做圆周运动，体验手

1

受到的拉力，并思考：1.小球受到拉力的方向怎样？2.松手后，小球还能做圆周运动吗？说明什么？从而感悟做圆周运动的物体需要满足的条件。

虽然在这种情况下，物体（小球）做圆周运动受到了一个指向圆心的力，但是否说明只要物体做匀速圆周运动，都会受到指向圆心的力的作用呢？

【观看视频】：观看三个做匀速圆周运动的实例视频短片：月球绕地球做匀速圆周运动、小女孩儿坐旋转秋千、双人滑冰女运动员被男运动员拉着做匀速圆周运动。

思考：他们分别受到哪些力？是否都指向圆心？小球、月球、小孩儿、女运动员做的匀速圆周运动有什么共同点？

学生自己总结出：小球、月球、小孩儿、女运动员所受的力不一定指向圆心，但它们所受力的合力均指向圆心。

教师指出：这个指向圆心的力被称为向心力，从而提出向心力的定义以及对向心力的几个理解（1.向心力的方向始终指向圆心；2.向心力与速度始终垂直；3.向心力只改变线速度的方向，不改变线速度的大小；4.向心力是效果力）

【练习并思考】：受力分析并思考下列物体M做匀速圆周运动时，向心力由谁来提供？他们都是些什么性质的力？

M

M

M总结归纳：向心力的来源以及寻找向心力的思路。

来源：向心力可以由弹力提供，也可以由其他性质的力提供；可以由某一个力提供，也可以由几个力的合力提供。

思路： 1.找圆。（确定圆周运动所在的平面，明确圆周运动的轨迹、半径及圆心位置。）

2.指向圆心的合力。（进行受力分析，分析指向圆心方向的合力即向心力。）

【感受并猜想】：再次用手抡动带小球的细绳，思考向心力F的大小与哪些物理量有关？

引导学生在前面感受向心力活动的基础上进行猜想，学生可能既猜想向心力跟角速度有关，又猜想向心力跟线速度有关，指出要将这两种猜想进行整合。

猜想：向心力大小F可能与物体质量m、角速度ω、和半径r有关。

【实验探究】：探究向心力大小 实验方法：控制变量法

实验器材：如图向心力演示仪（播放介绍器材及使用方法的视频）

2

抽3个学生代表上台操作，1个学生辅助。3个学生分别探究并演示向心力大小与质量、半径、角速度的关系，其他学生观察并在学案上做好记录。

大量精确的实验得出：

Fmr

由vr

2v2得 Fm

r思考：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？

（强调控制变量的重要性）

（三）课堂练习：

1、（多选）下列说法正确的是：（ ）

A、向心力不改变速度的大小. B、因向心力总是沿半径指向圆心，且大小不变，故向心力是一个恒力. C、向心力是除物体所受重力、弹力以及摩擦力以外的一种新的力. D、做匀速圆周运动的物体，其向心力即为其所受的合力. 2、长度为0.5m的轻绳一端系一质量为2kg的小球，另一端固定，小球绕固定点在光滑水平面上以4rad/s的速度做匀速圆周运动，请计算小球做匀速圆周运动的向心力？ 3、本节课中双人花样滑冰运动中男运动员拉着女运动员做圆锥摆运动的精彩场面。若女运动员做圆锥摆运动时和竖直方向的夹角为θ，女运动员的质量为m，转动过程中女运动员的重心做匀速圆周运动的半径为r，求这时男运动员对女运动员的拉力大小及两人转动的角速度。

（四）课堂小结：抽学生起来总结本堂课所学内容，不断找学生补充，教师适当提醒。

（五）布置作业：（1）完成教材29页课后练习1、2题。

【板书设计】 匀速圆周运动的向心力

一、活动

二、向心力

1.定义：物体做匀速圆周运动时所受合力指向圆心这个力就叫向心力

2.理解：（1）向心力方向：始终指向圆心

（2）向心力与速度始终垂直

（3）向心力只改变线速度的方向，不改变线速度的大小

（4）向心力是效果力

3.来源：向心力可以由弹力提供，也可以由其他性质的力提供；可以由某一个力提供，也可以由几个力的合力提供。

v24.大小

：Fmr

或 Fm

r2【教学反思】

巩固练习环节，投影学生的解答，不该教师解释，应该让学生自己上台讲，教师可适时引导并提出疑问，这样效果可能更好。

3