2. 匀速圆周运动的向心力和向心加速度教学设计实例

《向心力》教学设计

江苏省白蒲高级中学 刘建泉

【设计思想】 教育以人为本，学生是学习的主体，在课堂教学中应该让学生带着自己的问题去探究以体现学生的主体性。

【教材分析】

本节课是从动力学的角度研究匀速圆周运动的，这部分知识是本章的重点和难点，也是学好圆周运动的关键点，学好这部分知识，可以为后面的天体运动和带电粒子在匀强磁场中的运动打好基础。

教材的编排思路很清晰，先是从身边的事例出发，让学生体验到做圆周运动的物体需要有一个指向圆心的力，从而引出向心力的概念。由于上一节中，已经从一般性的结论入手，利用矢量运算，在普遍情况下得出做匀速圆周运动的物体的加速度方向指向圆心的结论，进一步得到了向心加速度的大小。于是根据牛顿第二定律，就可以得到做匀速圆周运动的物体受到的合外力方向和大小，即向心力的大小和方向。

接着，教材为了让学生对向心力有一个感性的认识，设计了“实验”栏目──“用圆锥摆验证向心力的表达式。实际上，这个实验除了要验证向心力表达式之外，另外一个目的就是可以让学生体验到“向心力不是一个新的力，而是一个效果力”，也即让学生初步学会分析向心力的来源。

与过去不同的是，本节中又讨论了变速圆周运动和一般的曲线运动。这样安排的目的是从生活实际出发，在更广阔的背景下让学生认识到什么情况下物体将做匀速圆周运动，什么情况下会做变速圆周运动。以及知道如何处理一般曲线运动的方法。

【学情分析】

（1）思维基础

根据新课程教学理念，从高一第一学期开始，在课堂教学过程中教师一直重视“过程与方法”的教学，学生已经初步有了探究事物的一般方法，即“是什么？──怎么样？──为什么？”的思维方法。因此，本设计中就通过创设问题情景，激励学生自己提出想要研究的问题。

（2）心理特点

依据20世纪最著名的发展心理学家皮亚杰的理论可知高一学生的认知发展过程是由具体运算阶段向形式运算阶段过渡，也是由直观认识向逻辑推理、实验推理过渡阶段，因此在教学中，要遵循从感性到理性的认识规律，本节课抓住学生的心理特点进行教学设计。

（3）已有知识

通过前一节《向心加速度》的学习，学生已经知道了向心加速度的方向指向圆心，它描述了物体速度方向变化的快慢。于是根据牛顿第二定律可知，这个加速度一定是由于它受到了指向圆心的力。因此将向心加速度的表达式代入牛顿第二定律即可得到向心力的表达式。

但由于错误的经验或者说是思维定势，学生往往认为向心力是一种新的力，因此“向心力不是一种新的力，而是根据作用效果命名的力”（即向心力的来源）对学生来说，将是个难点。

1

5.6向心力

学习目标：

1、理解向心力的概念。

2、知道向心力大小与哪些因素有关。理解公式的确切含义，并能用来进行计算。

3、通过对影响向心力大小因素的分析，培养严谨的科学态度，初步体验到科学的简单美

学习重点、难点

重点:

分析匀速圆周运动向心力的来源

难点:

影响向心力的大小的因素

学习过程：

趣味游戏：你能用倒置的杯子搬运乒乓球吗？

活动一：通过小实验和实例分析，认识向心力

看一看：花样滑冰 链球运动

做一做：轻绳栓一小球,在桌面上做匀速圆周运动

想一想：小物块受哪些力?合外力有何特点?

1、向心力定义：做匀速圆周运动的物体一定受到一个___________的________，这个力叫做向心力

2、向心力的方向：总指向圆心，沿半径方向与速度垂直，方向____________，

是____________力。

3、效果：只改变速度______，不改变速度______

活动二：通过实例分析，加深对向心力的理解与来源分析

实例1 小球在光滑水平木板上做匀速圆周运动

实例2小物块在水平圆盘上做匀速圆周运动

实例3飞车走壁

实例4 圆锥摆

小结：

1、向心力是根据_______ 命名的力，并不是一种新的性质的力。

2、向心力的来源：可以是______、______、______等各种性质的力。可以是几个力的______，还可以是某个力的______。

2

随堂巩固

1：下列关于向心力的说法中正确的是( )

A．物体由于做圆周运动而产生了向心力 B．向心力是指向圆心方向的合力，是根据力的作用效果来命名的，但受力分析时应该画出 C．向心力可以是重力、弹力、摩擦力等各种力的合力，也可以是其中某一种力或某几种力的合力 D．向心力只改变物体运动的方向，不改变物体运动的快慢

活动三：通过科学猜想和实验探究，探究影响向心力大小的因素

提出问题：向心力大小与哪些因素有关

设计实验：

1.让小球在水平桌面上做匀速圆周运动，多次实验，感受细绳对手拉力大小。

2.小组内交换小球，探讨并猜想影响向心力大小的因素有哪些？实验方法？

提出猜想：1.向心力F可能与哪些因素有关?

2.采用何种方法进行实验探究? 实验探究：定性实验：向心力演示器

定量实验：DIS数字实验

实验方法: __________

1

2

3 重锤质量（g）

半径cm

拟合线斜率

实验结论

1.F与m的关系(保持r、ω一定)

2.F与r的关系(保持m、ω一定)

3.F与ω的关系（保持r、m一定）

3

结论：

课 堂

小

结：

当堂检测

1.如图，小物体m与圆盘保持相对静止，随盘一起做匀速圆周运动，则物体的受力情况是（

） A．受重力、支持力、静摩擦力和向心力的作用 B．摩擦力的方向始终指向圆心O C．重力和支持力是一对平衡力 D．摩擦力是使物体做匀速圆周运动的向心力

2、物块随着圆桶一起匀速转动，分析物体向心力来源

3.如图所示，“旋转秋千”中的两个座椅A、B质量相等，通过相同长度的缆绳悬挂在旋转圆盘上．不考虑空气阻力的影响，当旋转圆盘绕竖直的中心轴匀速转动时，下列说法正确的是（

） A．A的速度比B的大 B．A与B的向心加速度大小相等

C．悬挂A、B的缆绳与竖直方向的夹角相等 D．悬挂A的缆绳所受的拉力比悬挂B的小

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