【教学设计】《向心力》（人教）

向心力 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。 教学目标（1）能结合实例分析，知道向心力是一种效果力以及方向；（2）能够用自己的语言归纳向心力公式的确切含义，并能用来进行简单的计算；（3）知道变速圆周运动中向心力是合外力的一个分力，能够描述合外力的作用效果。 教学重难点1.重点：向心力的概念、公式的建立，对公式理解以及相应的计算。2.难点：分析向心力的来源。 课前准备圆锥摆（20组）、秒表20个、DISLab向心力演示器等 教学过程1.引入 取一根细绳，一端系上一小球，另一端固定在一枚钉子上。将钉子定在光滑的板上，如图所示：师：给小球一个水平方向并垂直于绳的初速度，小球什么运动？生：圆周运动师：小球为什么会做圆周运动？生：受绳子拉力2.向心力概念的建立对上述模型进行理想化处理（水平面光滑），对小球受力分析，得出向心力的概念。向心力：物体受到的指向圆心的合力强调：向心力是按照力的实际作用效果命名的。3. 感受向心力与哪些因素有关师：你在生活中感受到过向心力吗？(1)体验：在一根结实的细绳的一端拴一个物体，抡动细绳，使小物体做圆周运动（如图），依次改变转动的角速度、半径和小物体的质量，拉力如何变化。(2)猜想：向心力可能与哪些因素有关有关。生：向心力可能与m、v(w)、r有关4.利根据牛顿第二定律和向心加速度表达式推导出向心力表达式5.分组实验：用圆锥摆粗略验证向心力表达式 验证： 只需验证： 记录数据：（利用EXCEL处理数据） T 两者比值12346.演示实验：用DIS向心力实验器研究向心力与半径、角速度、质量间的关系(1)介绍DISLab向心力实验器及其工作原理我们现在研究的是这个小砝码做圆周运动的向心力和半径r 、质量m 、角速度w的关系。把它穿在水平连杆上，这是一个悬臂，用手推动悬臂转动起来，砝码也就在水平面内做起了圆周运动。质量m是已知的，半径通过悬臂上的刻度读出，水平连杆对砝码的拉力的测量是通过力传感器测量的，垂直连杆的与力传感器相连，另一端挂在悬臂中心的等臂杠杆上，转动悬臂，水平连杆应牵拉等臂杠杆并将作用力传至垂直连杆通过力传感器测出其大小。光电门传感器来测量挡光杆的挡光时间，进而求出角速度。运用控制变量法研究F与m、r以及之间的关系。(2)实验演示：将光电门传感器和力传感器固定在朗威DISLab向心力实验器上，光电门传感器接入数据采集器第一通道，力传感器接入第二通道。点击教材专用软件主界面上的实验条目“向心力研究”，打开该软件。将挡光杆的直径（挡光宽度）、挡光杆到旋臂轴心的距离、第一次实验时砝码的运动半径（砝码重心到旋臂轴心的距离）和砝码质量输入表格相应位置。点击“开始记录”，保持旋臂静止不动，对传感器进行软件“调零”。拨动旋臂使之做圆周运动，挡光杆每次通过光电门传感器，系统自动记录下砝码的向心力值F并计算出此时的角速度。随着旋臂转速逐渐减慢，软件窗口上方的坐标系内将显示自右上方至左下方分布的一组F-数据点。点击“停止记录”，对数据点进行分析。分别点击“一次拟合”、“二次拟合”，得出两条拟合图线。观察可见，二次拟合图线与数据点的分布非常接近，可推断F-之间是二次方关系。点击“F-2图像”，对数据点进行“一次拟合”，得到拟合曲线，观察曲线后可推断F-2之间是正比例关系。保持砝码的质量不变，改变其运动半径，重复实验，得出几组F-数据点。对曲线进行“选择F值”，点击“F-r图像”得到拟合曲线。观察曲线后可推断F-r之间是正比例关系。保持砝码的运动半径不变，改变其质量，重复实验，得出几组F-数据点。对曲线进行“选择F值”，点击“F-m图像”得到拟合曲线。观察曲线后可推断F-m之间是正比例关系。根据实验结果，分析向心力F与半径r、角速度和质量m的关系。7.变速圆周运动和一般曲线运动对链球运动慢动作进行观察，链子对球的拉力不是指向圆心，而是与速度夹角小于90度，引导学生将力分解为Ft、Fn，总结各自作用。变速圆周运动不是合外力提供向心力，而是其中一部分提供向心力。这反过来恰好解释前面的匀速圆周运动为什么合外力提供向心力。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。尽管这时曲线各个位置的弯曲程度不一样，但在研究时，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做圆周运动的一部分。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。8.本节课小结本节课我们提出