§5-5向心力、向心加速度.doc

5-5向心力、向心加速度课时计划：2节 累计课时： 授课时间： 月 日 授课类型：讲授课第一课时教学目标： 一、知识目标： 1、理解向心加速度和向心力的概念 2、知道匀速圆周运动中产生向心加速度的原因。 3、掌握向心力与向心加速度之间的关系。 二、能力目标： 1、学会用运动和力的关系分析分题 2、理解向心力和向心加速度公式的确切含义，并能用来进行计算。 三、德育目标： 通过a与r及、v之间的关系，使学生明确任何一个结论都有其成立的条件。 教学重点： 1、理解向心力和向心加速的概念。 2、知道向心力大小，向心加速的大小，并能用来进行计算。 教学难点： 匀速圆周运动的向心力和向心加速度都是大小不变，方向在时刻改变。 教学步骤： 一、引入新课 1：复习提问 （1）什么是匀速圆周运动 （2）描述匀速圆周运动快慢的物理量有哪几个？ （3）上述物理量间有什么关系？ 2、引入：由于匀速圆周运动的速度方向时刻在变，所以匀速圆周运动是变速曲线运动。而力是改变物体运动状态的原因。所以做匀速圆周运动的物体所受合外力有何特点？加速度又如何呢？本节课我们就来共同学习这个问题。 二、新课教学 （一）出示本节课的学习目标： 1、理解什么是向心力和向心加速度 2、知道向心力和向心加速度的求解公式 3、了解向心力的来源 （二）学习目标完成过程 1：向心力的概念及其方向 （1）在光滑水平桌面上， a：一个小球，拴住绳的一端，绳的另一端固定于桌上，原来细绳处于松驰状态 b：用手轻击小球，小球做匀速直线运动 c：当绳绷直时，小球做匀速圆周运动 （2）引导学生讨论、分析： a：绳绷紧前，小球为什么做匀速圆周运动？ b：绳绷紧后，小球为何做匀速圆周运动？小球此时受到哪些力的作用？合外力是哪个力？这个力的方向有什么特点？这个力起什么作用？ （3）通过讨论得到： a：做匀速圆周运动的物体受到一个指向圆心的合力的作用，这个力叫向心力。 b：向心力指向圆心，方向不断变化。 c：向心力的作用效果只改变运动物体的速度方向，不改变速度大小。 2、向心力的大小 （1）体验向心的大小 a：用细线联结的钢球、木球各一个，拉住绳的一端，让小球尽量做匀速圆周运动，改变转动的快慢、细线的长短多做几次。 b：引导学生猜想：向心力可能与物体的质量、角速度、半径有关。 c：过渡：刚才同学们已猜想大向心力可能与m、v、r有关，那么，我们的猜想是否正确呢？下边我们通过实验来检验一下。 （2）介绍向心力演示的构造和使用方法 构造：（略）主要介绍各部分的名称 使用方法：匀速转动手柄1，可以使塔轮2和3以及长槽4和短槽5随之匀速转动，槽内的小球就做匀速圆周运动。使小球做匀速圆周运动的向心力由横臂6的挡板对小球的压力提供，球对挡板的反作用力通过杠杆的作用使弹簧测力套筒7下降，从而露出标尺8，标尺8上露出的红白相间等方格可显示出两个球所受向心力的比值。 （3）操作方法： a：用质量不同的钢球和铝球，使他们运动的半径r和角速度相同观察得到：向心力的大小与质量有关，质量越大，向心力也越大。 b：用两个质量相同的小球，保持运动半径相同，观察向心力与角速度之间的关系 c：仍用两个质量相同的小球，保持小球运动的角速度相同，观察向心力的大小与运动半径之间的关系。 （4）总结得到：向心力的大小与物体质量m、圆周半径r和角速度都有关系，且给出公式：Fmr2（说明该公式的得到方法，空气变量法、定量测数据） （5）学生据推导向心力的另一表达式 3、向心加速度 （1）做圆周运动的物体，在向心力F的作用下必然要产生一个加速度，据牛顿运动定律得到：这个加速度的方向与向心力的方向相同，叫做向心加速度。 （2）结合牛顿运动定律推导得到 4、说明的几个问题： （1）由于a向的方向时刻在变，所以匀速圆周运动是瞬时加速度的方向不断改变的变加速运动。 （2）做匀速圆周运动的物体，向心力是一个效果力，方向总指向圆心，是一个变力。 （3）做匀速圆周运动的物体受到的合外力就是向心力。 三、巩固训练 1：向心加速度只改变速度的 ，而不改变速度的 。 2、一个做匀速圆周运动的物体，当它的转速度为原来的2倍时，它的线速度、向心力分别变为原来的几倍？如果线速度不变，当角速度变为原来的2倍时，它的轨道半径和所受的向心力分别为原来的几倍 3、思考与讨论: （1）分析木块受几个力的作用？各是什么性质的力？ （2）木块所受的向心力是由什么提供的？ 四、小结 1：什么是向心力和向心加速度？它们的大小和方向有什么特点？ 2：向心力的求解公式（1） （2） 3：向心加速度的求解公式（1） （2） 4、匀速圆周运动是一种什么性质的运动？ 五、作业 课后练习三六、板书设计第二课时典型例题关于光滑水平面上物体的圆周运动例1 如图所示，长0.40m的细绳，一端拴一质量为0.2kg的小球，在光滑水平面上绕绳的另一端做匀速圆周运动，若运动的角速度为5.0rad/s，求绳对小球需施多大拉力？【分析与解答】：小球沿半径等于绳长的圆周做匀速圆周运动，根据向心力公式，所需向心力的大小为：运动中，小球受到竖直向下的重力G，竖直向上的水平面支持力N和沿绳指向圆心的绳的拉力F，如图所示，这三个力的合力提供了小球做匀速圆周运动所需的向心力，由于其中重力G和支持力N为一对平衡力，因此实际由绳的拉力为小球做匀速圆周运动的向心力，为此绳对小球需施拉力的大小为 N关于静摩擦力提供向心力的问题例2 如图所示，小物体A与圆盘保持相对静止，跟着圆盘一起作匀速圆周运动，则A的受力情况是（ ）A、受重力、支持力B、受重力、支持力和指向圆心的摩擦力C、重力、支持力、向心力、摩擦力D、以上均不正确分析：物体A在水平转台上，其受重力G竖直向下，支持力F竖直向上，这两个力是一对平衡力至于物体A是否受摩擦力，方向如何，必须由运动状态才可确定假设A与转盘之间无摩擦力，A将沿切线方向飞出去，发生相对运动因而A与转盘间有相运动趋势，A必受静摩擦力的作用那么A所受的静摩擦力是不是沿切线方向跟物体飞出去的方向相反呢？这里就必须搞清参考系的问题我们说A沿切线飞出是相对于地球而言的，而现在是转盘给了A静摩擦力，因而必须以转盘为参考系来说明A相对运动趋势的方向如图所示，在A沿切线飞至C的同时，转盘上A原来所处的位置就转到了B点，可以看出，A相对于转盘是沿半径远离圆心的，这正是A相对于转盘运动趋势的方向，所以，物体A受到的静摩擦力的方向必然是沿着半径指向圆心的解：正确选项为B点评：摩擦力的方向也可由牛顿第二定律判断，由于A随圆台作圆周运动，具有指向圆心的向心加速度，故其必受向心力作用，由于重力和支持力均不能提供向心力，这样只有A受磨擦力充当向心力，因此A受摩擦力作用且一定指向圆心从本例再次可以看出，静摩擦力的方向可以和物体运动方向垂直，但一定和物体的相对运动趋势方向相反明确向心力的来源例3 如图所示，半径为R的半球形碗内，有一个具有一定质量的物体A，A与碗壁间的动摩擦因数为 ，当碗绕竖直轴 匀速转动时，物体A刚好能紧贴在碗口附近随碗一起匀速转动而不发生相对滑动，求碗转动的角速度分析：物体A随碗一起转动而不发生相对滑动，放物体做匀速圆周运动的角速度 就等于碗转动的角速度 。物体A做匀速圆周运动所需的向心力方向指向球心O，故此向心力不是重力而是由碗壁对物体的弹力提供，此时物体所受的摩擦力与重力平衡解：物体A做匀速圆周运动，向心力：而摩擦力与重力平衡，则有： 即： 由以上两式可得： 即碗匀速转动的角速度为： 点评：分析受力时一定要明确向心力的来源，即搞清楚什么力充当向心力关于绕同轴转动物体的圆周运动例4 如图所示，两个质量分别为 g和 g的光滑小球套在水平光滑杆上两球相距21cm，并用细线连接，欲使两球绕轴以600rmin的转速在水平面内转动而光滑动，两球离转动中心各为多少厘米？绳上拉力是多少？分析：两物体均做匀速圆周运动，向心力是细线上的张力放两物体向心力大小相同它们绕同轴转动，故角速度也相同解：设两球离中心的距离分别为 和 ，绳上的张力为F则由： 得： cm 由以上两式解得： cm； cm绳上的拉力： N点评：运用向心力公式时选择适当的表达式能使解法简单明快另外注意绕同轴转动的物体，只是向心力相同、周期相同、角速度相同，但线速度不一定相同向心加速度不一定相同扩展资料易误警示从公式 看，a与r成反比，从 ，看a与r成正比，这是否矛盾？【解析】 向心加速度与半径成正比还是成反比，要看条件才能确定，公式中的三个量，只有当其中一个量确定时，才能讨论另外两个量的关系，由公式 ，当线速度v一定时，a与r成反比；由公式 ，当角速度 一定时，a与r成正比，所以不矛盾。习题精选1、如图所示，一圆盘可以绕一个通过圆盘中心且垂直于盘面的竖直轴转动，在圆盘上放置一木块，当圆盘匀速转动时，木块随圆盘一起运动，那么（ ）A、木块受到圆盘对它的摩擦力，方向背离圆盘中心B、木块受到圆盘对它的摩擦力，方向指向圆盘中心C、因为木块与圆盘一起做匀速转动，所以它们之间没有摩擦力D、因为摩擦力总是阻碍物体运动的，所以木块受到圆盘对它的摩擦力的方向与木块运动方向相反2、一个2.0kg的物体在半径是1.6m的圆周上以4m/s的速率运动，向心加速度多大？所需向心力多大？3、太阳的质量是 kg，它离开银河系中心大约3万光年（1光年 km），它以250km/s的速率绕着银河系中心转动，计算太阳绕银河系中心转动的向心力？4、关于匀速圆周运动的周期大小，下列判断正确的是（ ）A、若线速度越大，则周期一定越小B、若角速度越大，则周期一定越小C、若半径越大，则周期一定越大D、若向心加速度越大，则周期一定越大5、线的一端系一个重物，手执线的另一端使重物在光滑水平面上做匀速圆周