1、向心力向心力 课题 向心力 单元 6 学科 物理 年级 高一 教材分析教材分析 本节课是物理必修二第 6 章第 2 节内容，是在学生已经学习了匀速圆 周运动，对匀速圆周运动有了一定理解的基础上的进一步学习。学生知道 匀速圆周运动是一种变速运动，只是表面的知道，为什么线速度的方向时 刻在变？是什么力来改变物体的这种运动状态，这个力有何特点？学生带 着这些疑问来进入本节课的学习。本节课从学生的实际出发，结合学生前 面所学知识，注重创设物理背景，应用牛顿第二定律，初步得出向心力的 大小；引导学生对具体问题的分析，解决向心力来源问题；通过学生自己 动手实验，验证向心力公式，并分析得到影响向心力的因素。
2、这个过程中 加强学生的活动，使学生充分思考讨论、大胆猜想，敢于提出自己的想法， 逐渐提高科学素养。最后把分析圆周运动的方法推广到研究一般的曲线运 动，在此过程中引导学生分析得出匀速圆周运动的加速度特点。本节知识 在圆周运动部分处于核心地位，既有定性结论，又有定量计算，知识要求 较高。 教学目标教学目标 与核心素与核心素 养养 一、教学目标 1、理解向心力的概念及其表达式的确切含义。 2、知道向心力的大小与哪些因素有关，并能用来进行计算。 3、知道在变速圆周运动中，可用上述公式求质点在某一点的向心力。 二、核心素养 物理观念：建立向心力的物理观念，掌握向心力的确切含义。 科学思维：在实验中，培养
3、学生动手的习惯并提高分析问题、解决问 题的能力。 科学探究： .通过向心力概念的学习， 知道从不同角度研究问题的方法。 科学态度与责任：经历科学探究的过程，领略实验是解决物理问题的 一种基本途径，培养学生实事求是的科学态度。 教学重点教学重点 1、理解向心力的概念。 2、理解牛顿第二定律在圆周运动上的应用，会确定轨道平面、圆心 及向心力。 教学难点教学难点 向心力的确定和运用向心力、向心加速度的知识解释有关现象。 教学过程教学过程 教学环节 教师活动 学生活动 设计意图 导入新课 出示图片:勇敢者转盘;空中飞椅 勇敢者转盘，空中飞椅，它们与人一起 做匀速圆周运动。 你知道它们在运动过程中所受合
4、力的方 向有什么特点吗？ 这就是我们今天将要学习的问题。 观看图片， 思考物体能 够做匀速圆 周运动 的原因 通过学生熟悉 的物理情景， 便 于引发学生从 已有物理知识 出发思考， 引出 新知 讲授新课 一、向心力 做圆周运动的物体，其运动状态在不断 变化，说明物体一定受到了力的作用。 那么迫使物体做圆周运动的力的方向有 何特点呢？ 思考与讨论:一个小球在细线的牵引下， 绕光滑桌面上的图钉做匀速圆周运动。小球 受到哪几个力作用？用剪刀将细线剪断，观 察小球将做什么运动？你认为使小球做圆周 运动的力指向何方？ 研究小球所受合力的方向 FN与 G 相平衡，所以合力为 F 小球受到重力，桌面支持力和
5、细线的拉 学生思考讨 论 学生代表发 表自己的见 解。 激发学生的思 维， 充分调动学 习的积极性。 通 过学生发表见 解， 培养学生语 言表达能力和 分析问题的能 力。 力作用。 用剪刀将细线剪断，小球将沿切线方向 飞出，做匀速直线运动。 结论：物体做匀速圆周运动，合外力指 向圆心，且与线速度 V 垂直。 对于做匀速圆周运动的物体，物体的速 度大小不发生改变，因此，所受合力只改变 速度的方向。 1、向心力 做匀速圆周运动的物体所受的合力总指 向圆心，这个指向圆心的力就叫作向心力,用 符号：Fn 2、方向：始终指向圆心(与 v 垂直或与 半径垂直)，是变力。 3、向心力的作用只改变线速度的方向
6、。 4、向心力来源 向心力是根据力的作用效果命名的，它 不是具有确定性质的某种力，它可以是某一 个力或者几个力的合力提供的。 如图：拉力和重力的合力提供物体做匀 速圆周运动向心力。 出示图片：地球绕太阳的运动 学生分析物 体受力，说 出什么力提 供物体做圆 周运动的向 心力 学生掌握向心 力的来源 地球绕太阳的运动可近似看作匀速圆周 运动，太阳对地球的引力提供向心力。 飞椅与人一起做圆周运动的向心力Fn则 是由绳子斜向上方的拉力 F 和所受重力 G 的 合力提供的。 木块随转盘一起做匀速转动视频 出示图片：木块随转盘一起做匀速转动 静摩擦力提供物体做匀速圆周的向心 力。 二、向心力的大小 思考
7、:研究向心力的大小与哪些因素有 关？ 向心力的大小我们可以先通过实验感受 向心力大小与圆周运动的一些运动学量之间 的定性关系，再通过实验，进一步探究向心 力的大小与这些量的定量关系。 做一做感受向心力 实验器材实验器材：绳子、小沙袋 实验步骤： （1）在绳子的一端拴一个小沙袋，另一 端握在手中，将手举过头顶，使沙袋在水平 面内做圆周运动。沙袋所受的向心力近似等 学生观看木 块随转盘一 起做匀速转 动视频 学生动手操 作，亲历实 验验证的过 程，体验成 功的乐趣。 掌握向心力的 来源 培养动手能力 和团结协作的 团队精神。 于手通过绳对沙袋的拉力。 （2） 保持沙袋转动的速度和绳的长度不 变，改
8、变沙袋的质量，感受向心力的变化。 （3）保持绳的长度和沙袋的质量不变， 改变沙袋转动的速度，感受向心力的变化。 （4） 保持沙袋的质量和沙袋转动的速度 不变，改变绳的长度，感受向心力的变化。 实验结论：做圆周运动的物体所受向心 力的大小与物体的质量、速度、轨道半径等 因素有关系。 向心力的大小与物体的质量、速度、轨 道半径有什么样关系呢？ 出示图片：向心力演示器 我们可以通过向心力演示器对此进行更 深入的研究。 做一做：探究向心力大小的表达式 1、实验器材实验器材：向心力演示器、两个质 量相同的钢球和一个质量小的铝球。 向心力演示器 2、向心力演示器的构造 匀速转动手柄 1、变速塔轮 2 和
9、3、长槽 4 和短槽 5、横臂 6、弹簧测力套筒 7、标尺 8。 3、原理 匀速转动手柄，使变速塔轮以及长槽和 短槽和槽内的小球随之匀速转动，使小球做 匀速圆周运动的向心力由横臂的挡板对小球 学生观察向 心力演示 器，掌握向 心力演示器 的构造 为下面的实验 顺利进行打下 基础 的压力提供。球对挡板的反作用力，通过横 臂的杠杆作用使弹簧测力套筒下降，从而露 出标尺。根据标尺上露出的红白相间等分标 记，可以粗略计算出两个球所受向心力的比 值。 4、实验步骤 （1）向心力与质量关系 让钢球与铝球的质量之比为 2:1。 将钢球 和铝球分别放在相同半径处，摇动手柄。观 察套桶露出标度的格数， 比较向心
10、力的大小。 出示视频：向心力与质量关系 其他条件相同的条件下，质量越大，套 桶露出标度的格数越多，即向心力越大。 （2）向心力与角速度的关系 将两个质量相同的小钢球放在相同半径 处。皮带套在两个半径为 2:1 的塔轮上，转 动手柄观察套筒露出标度的格数，比较向心 力的大小。 出示视频：向心力与角速度的关系 其他条件相同的条件下，角速度越大， 套桶露出标度的格数越多，即向心力越大。 （3）向心力与半径的关系 将两个质量相同的钢球分别放在不同半 径处。摇动手柄观察套筒露出标度的格数， 比较向心力的大小。 出示视频：向心力与半径的关系 其他条件相同的条件下，半径越大，套 桶露出标度的格数越多，即向心
11、力越大。 精确的实验表明，向心力的大小可以表 示为：Fnm2r 由：v=r 得：Fn=mv2/r 三、变速圆周运动和一般曲线运动的受力特 学生动手实 验 并观看向心 力与质量关 系的视频， 向心力与角 速度的关系 的视频，向 心力与半径 的关系的视 频，并总结 实验结论。 锻炼学生的动 手总结能力 点 1、加速、减速、改变速度方向 （1）加速：速度方向与力的方向相同 （2）减速：速度方向与力的方向相反 （3）力的方向与速度方向垂直，只改变 速度方向，不改变速度的大小。 2、变速圆周运动的特点 如图： 做圆周运动的沙袋正在加速转动。 O 是沙袋运动轨迹的圆心，F 是绳对沙袋的 拉力。 根据 F
12、产生的效果，可以把 F 分解为两 个相互垂直的分力：跟圆周相切的分力 Ft和 指向圆心的分力 Fn。Ft与沙袋运动的速度同 向，使得沙袋的速度越来越大；Fn指向圆心， 提供沙袋做圆周运动所需的向心力，改变沙 袋速度的方向。 学生阅读课 文 说出变速圆 周运动的特 点 学生思考讨 论 并回答 锻炼学生的自 主学习能力 进一步理解变 速运动 Fn改变速度的方向 Ft改变速度的大小 思考与讨论:当物体做圆周运动的线速 度逐渐减小时，物体所受合力的方向与速度 方向的夹角是大于 90 还是小于 90 呢？ 大于 90 Ft与物体运动的速度反向， 使得 物体的速度越来越小；Fn指向圆心，提供物 体做圆周运
13、动所需的向心力，改变物体速度 的方向。 3、一般的曲线运动 （1）定义：运动轨迹既不是直线也不是 圆周的曲线运动， 可以称为一般的曲线运动。 （2）研究方法：采用圆周运动的分析方 法来处理 在研究时，可以把这条曲线分割为许多 很短的小段，质点在每小段的运动都可以看 作圆周运动的一部分。 这样，在分析质点经过曲线上某位置的 运动时，就可以采用圆周运动的分析方法来 处理了。 课堂练习 1、用细线拴住一球做匀速圆周运动，下 列说法中正确的是（ ） A.在线速度一定情况下，线越长越易断 阅读课文说 出一般的曲 线运动的定 义和研究方 法 学生练习 锻炼学生的自 主学习能力 巩固本节的知 识 B.在线速
14、度一定情况下，线越短越易断 C.在角速度一定情况下，线越长越易断 D.在角速度一定情况下，线越短越易断 答案:BC 2、如图所示，小物块 A 与圆柱保持相 对静止，跟着圆盘一起作匀速圆周运动，则 A 受力情况是受（ ） A重力、弹力 B重力、向心力 C重力、弹力和摩擦力 D重力、弹力、向心力和摩擦力 答案：C 3、关于向心力的下列说法正确的是 ( ) A物体由于做圆周运动而产生了一个 向心力。 B 向心力只能改变做圆周运动的物体的 速度方向，不能够改变速度的大小。 C 做匀速圆周运动的物体其向心力指向 圆心，所以是恒力。 D做匀速圆周运动的物体其向心力可 以改变线速度的大小。 答案：B 4、如
15、图所示，一辆轿车正在水平路面上 转弯，下列说法正确的是( ) A水平路面对轿车弹力的方向斜向上 B 轿车受到的静摩擦力提供转弯的向心 力 C 轿车受到的向心力是重力、 支持力和 牵引力的合力 D轿车所受的合力方向一定与运动路 线的切线方向垂直 答案：B 拓展提高 1、两个质量相同的小球，在同一水平面 内做匀速圆周运动，悬点相同，如图所示， A 运动的半径比 B 的大，则( ) AA 所需的向心力比 B 的大 BB 所需的向心力比 A 的大 CA 的角速度比 B 的大 DB 的角速度比 A 的大 答案：A 2、质量为 m 的小球在竖直平面内的圆 形轨道的内侧运动如图所示，经过最高点而 不脱离轨道
16、的速度临界值是 v，当小球以 2v 的速度经过最高点时，对轨道的压力值是 （ ） A、0 B、mg C、3mg D、5mg 答案：C 3、在水平地面上，用水平拉力拉着木箱 沿圆弧匀速转弯，O 点为圆心。能正确的表 示拉力 F 及木箱所受摩擦力 f 的图是 （ ） 答案：B 课堂小结 1、 做匀速圆周运动的物体所受的合力总 指向圆心，这个指向圆心的力就叫作向心力, 用符号：Fn 2、向心力来源 向心力是根据力的作用效果命名的，它 不是具有确定性质的某种力，它可以是某一 个力或者几个力的合力提供的。 3、 向心力的大小可以表示为： Fnm2r 梳理自己本 节所学知识 进行交流 根据学生表述， 查漏补缺， 并有 针对性地进行 讲解补充。 Fn=mv2/r 板书 一、向心力 1、向心力 做匀速圆周运动的物体所受的合力总指 向圆心，这个指向圆心的力就叫作向心力,用 符号：Fn 2、方向：始终指向圆心(与 v 垂直或与 半径垂直)，是变力。 3、向心力的作用只改变线速度的方向。 4、向心力来源 二、向心力的大小 向心力的大小可以表示为：Fnm2r 由：v=r 得：Fn=mv2/r 三、变速圆周运动和一般曲线运动的受力特 点 1、变速圆周运动 Fn改变速度的方向 Ft改变速度的大小 2、研究方法：采用圆周运动的分析方法 来处理。
