人教版必修2 向心力与向心加速度 第1课时 教案.doc

4.2向心力与向心加速度第一课时（向心力）【整体设计】向心力是本节教学的重点，由向心加速度和牛顿第二定律引入向心力是教材所用的方法，这与以前的先学习向心力在学习向心加速度有所不同，学生对于向心力的理解不是很清楚，本节重点要让突出了向心力理解及向心力在圆周运动中的作用。而向心力概念的学习，应及时强调指出，向心力是根据力的效果命名的，而不是根据力的性质命名的，它不是重力、弹力、摩擦力等以外的特殊力，而是做匀速圆周运动的质点受到的合外力，沿着半径指向圆心，它的方向时刻改变。本节的难点是运用向心力、向心加速度知识解释有关现象，解释有关问题。在学习时可以让学生认识实例：细线系着的小球在水平面上做匀速圆周运动、或是一些生活中的一些实例让学生体验或观察，从而引入向心力概念。教材的实验很好，只是老师要提前让学生们准备大小不同的小物体、细绳，用生活物品做实验可以拉近科学与学生的距离。让学生们通过实验、思考和讨论进一步理解向心力。教学重点 向心力的来源教学难点 向心力概念的建立及计算公式的得出及应用时间安排 1课时【三维目标】 知识与技能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、 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和向心加速度。4、 会根据向心力和牛顿第二定律的知识分析和讨论与圆周运动相关的物理现象。过程与方法1、 通过向心力概念的学习，知道从不同角度研究问题的方法。 2、 体会物理规律在探索自然规律中的作用及其运用。情感态度与价值观1、 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。2、 通过探究活动，使学生获得成功的喜悦，提高他们学习物理的兴趣和自信心。3、 通过向心力和向心加速度概念的学习，认识实验对物理学研究的作用，体会物理规律与生活的联系。【课前准备】1、 细绳一端系一个小球2、 细杆、两根细绳、小球、直尺、秒表3、 一根细绳系着盛水的透明小桶【教学过程】 导入新课情景导入 前面两节课，我们学习、研究了圆周运动的运动学特征，知道了如何描述圆周运动。知道了什么是向心加速度和向心加速度的计算公式这节课我们再来学习物体做圆周运动的动力学特征。大家看下面这几副图片，并根据图做实验水流星实验，细绳系小球做圆周运动。让学生自己体验实验中力的变化考虑一下为什么做圆周运动的物体没有沿着直线飞出去而是沿着一个圆周运动？前三幅图可以看出物体只所以没有沿直线飞出去是因为有绳子在拉着物体，而第四幅图是太阳系各个行星绕太阳做圆周运动是由于太阳和行星之间有引力作用，是太阳和行星之间的引力是各个行星绕太阳在做圆周运动。如果没有绳的拉力和太阳与行星之间的引力那么这些物体行星就不可能做圆周运动，也就是说做匀速圆周运动的物体都会受到一个力，这个力在拉着物体使物体沿着圆形轨道在运动，我们把这个力叫做向心力。复习导入 复习旧知1、 向心加速度：做匀速圆周运动的物体，加速度指向圆心，这个加速度称为向心加速度。2、 表达式：an = = r23、 牛顿第二定律：物体加速度的大小跟作用力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟作用力的方向相同。表达式： f = ma实验导入两名学生手拉着手，其中一个绕另一个转动，改变两人的距离和转速，体会手的拉力。推进新课通过刚才的学习我们知道了向心力和向心加速度具有相同的方向，都指向圆心，而且物体是在向心力的作用下做圆周运动，因此我们根据牛顿第二定律可知向心力的大小为：fn = m an = m = m r2 = m实验探究演示实验(验证上面的推导式)：研究向心力跟物体质量m、轨道半径r、角速度的定量关系。提问：实验时能否让三个量同时变。保持两个量不变，使一个量变化。实验装置：向心力演示器演示：摇动手柄，小球随之做匀速圆周运动。向心力与质量的关系：、r一定，取两球使ma=2mb观察：(学生读数)fa=2fb结论：向心力fm向心力与半径的关系：m、一定，取两球使ra=2rb观察：(学生读数)fa=2fb结论：向心力fr向心力与角速度的关系：m、r一定，使a=2b观察：(学生读数)fa=4fb结论：向心力f2归纳总结：综合上述实验结果可知：物体做匀速圆周运动需要的向心力与物体的质量成正比，与半径成正比，与角速度的二次方成正比。但不能由一个实验、一个测量就得到一般结论，实际上要进行多次测量，大量实验，但我们不可能一一去做。同学们刚才所做的实验得出：m、r、越大，f越大；若将实验稍加改进，如课本中所介绍的小实验，加一弹簧秤测出f，可粗略得出结论(要求同学回去做)。我们还可以设计很多实验都能得出这一结论，说明这是一个带有共性的结论。测出m、r、的值，可知向心力大小为：f=mr2。活动探究下面我们用实验来验证向心力的表达式如图所示，让细绳转动带动小球做圆周运动，逐渐增大角速度直到绳ap刚好拉直，用秒表测出n转的时间t，计算出周期t，根据公式计算出小球的角速度。用刻度尺测出圆半径r和小球距悬点的竖直高度h,计算出角的正切值。向心力f=mgtan,测出数值验证公式mgtan=mr2。【课堂训练】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产生了一个向心力b做匀速圆周运动的物体，其向心力为其所受的合外力c做匀速圆周运动的物体，其向心力不变d向心加速度决定向心力的大小2有长短不同，材料相同的同样粗细的绳子，各拴着一个质量相同的小球在光滑水平面上做匀速圆周运动，那么a两个小球以相同的线速度运动时，长绳易断b两个小球以相同的角速度运动时，长绳易断c两个球以相同的周期运动时，短绳易断d不论如何，短绳易断3、a、b两质点均做匀速圆周运动，mamb=rarb=12，当a转60转时，b正好转45转，则两质点所受向心力之比为多少？图 1解：设在时间t内，na=60转，nb=45转质点所受的向心力f=m2r=m()2r ， t相同，fmn2r图 24、如图，线段oa=2ab，ab两球质量相等，当它们绕o点在光滑的水平桌面上以相同的角速度转动时，两线段拉力之比tba：tob为 a23b32c53d21答案：a【讨论交流】根据我们前面的学习大家讨论生活中你所遇到的圆周运动中是那些力在提供向心力。强调：向心力不是像重力，弹力，摩擦力那样作为某种性质的力来命名的。它是从力的作用效果来命名的，凡是产生向心加速度的力，不管是属于那种性质的力，都是向心力。【教师设疑】由物体做曲线运动的条件可知，物体必定受到一个与它的速度方向不在同一条直线上的合外力作用，匀速圆周运动是一种曲线运动，匀速圆周运动合外力的方向有何特点呢？匀速圆周运动速率不变，方向始终垂直半径，说明合外力不会使速度大小发生变化，只改变速度方向，匀速圆周运动合外力的方向始终指向圆心。变速圆周运动和一般曲线运动前面我们学习了加速度，做直线运动的物体其加速度可以改变物体运动的快慢，现在我们又学习了向心加速度，那么向心加速度是否也改变物体运动的速度的大小？根据刚才我们的实验（验证向心力表达式的实验）可知，向心加速度并不能改变物体运动速度的大小，而是在改变物体运动的方向。我们在这个实验中可以感受到，如果要使物体的速度不短增大，我们对物体施加的力就不能保持始终指向圆心，而是与向心力的方向有一个角度。根据力f产生的效果可以把力f分解成两个相互垂直的两个分力：一个是指向圆心的产生向心加速度的向心力，另一个是沿圆周的切线方向的分力，这个力沿圆周切线方向产生加速度，这个加速度使物体的速度不短变大。因此这个运动不能是匀速圆周运动，而是变速圆周运动。也就是说变速圆周运动既有指向圆心的向心加速度还有沿圆周切线方向的加速度。曲线运动：物体的运动轨迹不是直线也不是圆周的曲线运动。对于这样的运动尽管曲线的各个地方的弯曲程度不同，我们在研究时可以把这条曲线分成许多极短的小段，每一小段可以看作是一段圆弧。这些圆弧的弯曲程度不同，可以表示为有不同的半径，这样在分析质点运动时，就可以采用圆周运动的分析方法来处理问题了。课堂小结1.向心力来源2. 匀速圆周运动时，仅有向心加速度。同时具有向心加速度和切向加速度的圆周运动是变速圆周运动3. 匀速圆周运动向心加速度大小不变，方向指向圆心，时刻在变化，所以不是匀变速运动。布置作业课后完成下列题目1下列说法正确的是a匀速圆周运动是一种匀速运动b匀速圆周运动是一种匀变速运动c匀速圆周运动是一种变加速运动d物体做圆周运动时其向心力垂直于速度方向，不改变线速度的大小2如图所示为质点p、q做匀速圆周运动的向心加速度随半径变化的图线表示质点p图 的图线是双曲线，表示质点q的图线是过原点的一条直线由图线可知a质点p的线速度大小不变b质点p的角速度大小不变c质点q的角速度随半径变化d质点q的线速度大小不变图3如图所示，在匀速转动的圆筒内壁上紧靠着一个物体一起运动，物体所 受向心力是a重力b弹力c静摩擦力d滑动摩擦力4一个做匀速圆周运动的物体若其半径不变， 角速度增加为原来的2倍时，所需的向心力 比原来增加了60 n，物体原来所需的向心力是 n5甲乙两质点绕同一圆心做匀速圆周运动，甲的转动半径是乙的34，当甲转60周时，乙 转45周，甲乙两质点的向心加速度之比 6水平转盘上放一小木块，当转速为60r/min时，木块离轴8 cm，并恰好与转盘间无相对 滑动；当转速增加到120 r/min时，木块应放在离轴 cm处才能刚好与转盘保持 相对静止7图是用以说明向心力和质量、半径之间关系的仪器，球p和q可以在光滑杆上无摩擦 地滑动，两球之间用一条轻绳连接，2，当整个装置以匀速旋转时，两球离转 轴的距离保持不变，则此时a两球受到的向心力大小相等bp球受到的向心力大于q球受到的向心力c一定等于2 图 图d当增大时，p球将向外运动8质量相等的小球a、b分别固定在轻杆的中点及端点，当杆在光滑水平面上绕o点匀速转动时，如图所示，求杆的oa段及ab段对球的拉力之比参考答案：1cd 2a 3b 420 5 43 627ac 8 32【板书设计】. 向心力1、匀速圆周运动的物体都会受到一个力，这个力在拉着物体使物体沿着圆形轨道在运动，我们把这个力叫做向心力、 表达式：fn = m an = m = m r2 = m、 向心力的方向：指向圆心、 向心力由物体所受的合力提供【活动与探究】课题：讨论汽车在过弯道时为什么要减速，不减速会出现什么情况，如果让你设计弯道你应该怎么设计，设计