2. 匀速圆周运动的向心力和向心加速度教学实录与评析

第2节 匀速圆周运动的向心力和向心加速度

（1）三维目标

一、知识与技能 1. 通过对圆周运动实例的分析，归纳总结物体做圆周运动的条件，理解向心力的概念． 2. 理解加速度的概念，能利用公式计算向心加速度的大小． 3. 归纳影响向心力大小的因素，理解公式的确切含义． 二、过程与方法 1. 通过对物体做圆周运动的条件的体验式研究，通过对物理现象的观察、分析和归纳，体会实验探究的方法． 2. 通过对向心力大小决定因素的研究，提高学生的科学探究能力，体会物理研究的重要方法——实验方法． 三、情感态度与价值观 1．通过亲身的探究活动，学生获得成功的乐趣，培养学生参与物理活动的兴趣． 2．培养学生对科学的求知欲，乐于参与观察，敢于实验，体会实验在探索物理规律中的作用和方法．

3．培养学生实事求是、尊重客观规律的科学态度，培养学生在实验中严谨、细致、耐心的态度．

（2）教学重点

1．理解向心力的概念． 2．学生实验探究：感受向心力和影响向心力大小的因素．

（3）教学难点

理解向心力的概念及向心力加速度的概念．

情景设疑

引入新课

1．同学们跑步转弯时，身体会自然的怎么样？（例如 4×100 米

接力赛） 2．

中国是杂技大国，有一个大型杂技叫飞车走壁，不知道大家看过没有？（展示课件，教师介绍飞车走壁的杂技） 第

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3．教师演示：小球从不同的高度沿着斜面轨道滚下，观察通过圆环的运动情况．（例如娱乐场所里的“过山车”）你知道其中的奥秘吗？物体做圆周运动的条件是什么？这就是我们这节课要探究的问题．

新课讲解：

一、探索物体做圆周运动的条件

在同学们猜想研究的基础上，ppt投影教材第 26 页图 2-2-2 ，并提出下列思考题： 1．对研究对象作出受力示意图， 2．猜想合力的方向，检验完善自己的猜想． 3．合力的方向应该指向哪里？ 在学生研究讨论的基础上，师生共同得出结论： 大量事实说明，物体做圆周运动的条件是必须受到一个指向圆心的合外力，这个指向圆心的合外力就叫做向心力． 思考： 1．通过对图2-2-2 中三个物体的受力分析，你认为向心力由那些力提供？ 2．你认为向心力是按力的性质命名的还是按力的作用效果命名的？ 在同学们思考、研究讨论的基础上，师生共同得出结论： 向心力是根据力的作用效果命名的．它可以是一个力，可以是某个力的分力，也可以是几个力的合力． 请学生列举生活中物体做匀速圆周运动向心力来源的实例． 物理学史教育：牛顿对向心力与圆周运动的关系的认识．

二、向心力的大小和方向：

学生分组实验

用一根结实的细线拴着一个小钢球在较为光滑的桌面上做圆周运动．体验绳对手的拉力，并完成下列思考题： 1．增大旋转速度，体验拉力大小的变化． 2．增大旋转半径，体验拉力的变化．（用秒表计时控制转动速度不变） 3．松手后，物体还能继续做圆周运动吗？ 结论：物体做圆周运动需要受到沿半径方向指向圆心的合力． 思考：

匀速圆周运动是曲线运动，速度方向时刻在变化，所以做匀速圆周运动的物体一定受到合外力作用，做匀速圆周运动的物体所受合外力有何特点？ 猜想：有的同学根据刚才的探究实验，猜想进行受力分析，有的同学根据力的定义想到：力是改变物体运动状态的原因，进行受力分析． 向心力：1．定义：做匀速圆周运动的物体受到的始终指向圆心的合力。

2．方向：始终指向圆心，总是与运动方向垂直。

3．作用效果：只改变速度方向，不改变速度大小。

如图2­2­2所示，物体在圆筒壁上随筒壁一起绕竖直转轴匀速转动，试问：物体受几个力作用？向心力由什么力提供？

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图2-2-2 4．探究影响向心力大小的相关因素

学生实验：用向心力演示仪分组探究影响向心力大小的因素． 教师先介绍向心力演示仪的结构、原理和使用方法，然后提出下列问题引起学生的思考： 怎样研究一个物理量和诸多物理量的关系？启发学生运用控制变量法．

学生实验：探究向心力与物体的质量、运动的半径和角速度的关系． 请学生汇报自己的实验结果： （1）用质量比为 2:1 的钢球和铝球，使他们的运动半径

R 和

ω

均

相同，观察露出的红白相间方格数比值为 2:1 ，即两球所受向心力的比值也为 2:1 ，因此

F 与

m 成正比． 同理得出： （2）当

m、ω

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． （3）当

m、R 相同时，

角速度

比值为 2:1 ，向心力的比值为 4:1 ，因此

F 与

ω2

成正比 在学生思考、研究讨论的基础上，师生共同得出结论： 向心力的大小与物体的质量

m 、圆周半径

R 、转动角速度的平方

ω2

正比． 即：

F ＝

mRω2

三、向心加速度

1. 方向：由牛顿第二定律得出，沿半径方向指向圆心． 2. 大小：

＝ Rω2 根据第一节的内容得出

a 的其他表达式． 交流与思考： 从看，似乎a

跟R 成正比；从看，似乎 a

跟成

R

反比．这两个结论矛盾吗？ 四、课堂练习

1．自主思考——判一判

(1)向心力既可以改变速度的大小，也可以改变速度的方向。(×)

(2)物体做圆周运动的速度越大，向心力一定越大。(×)

(3)向心力和重力、弹力一样，是性质力。(×)

(4)匀速圆周运动是加速度不变的曲线运动。(×)

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(5)匀速圆周运动的向心加速度的方向始终与速度方向垂直。(√)

(6)物体做匀速圆周运动时，速度变化量为零。(×)

2.如图2­2­3所示，物块P置于水平转盘上随转盘一起运动，图中c方向沿半径指向圆心，a方向与c方向垂直。当转盘逆时针匀速转动时，下列说法正确的是(

)

图2-2-3 A．P受的摩擦力方向为a B．P受的摩擦力方向为b C．P受的摩擦力方向为c D．P受的摩擦力方向可能为d

五、课堂小结

引导学生进行课堂小结： 1．本节你学到了哪些知识． 2．本节你学到了哪些研究问题的方法． 3．本节的学习，对你今后的学习、研究有什么启发． 六、课后作业

1. 完成“练习与评价”的作业； 2. 实践体验：完成发展空间的实验室操作和课本 29 页的两个活动体验，并在作业本上写出感受．

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