向心力和向心加速度教案

向力向加度教分《向心力与向心加速度是南高中物理必修2第五的内容标要“知道向心加速度，能用牛顿第二定律分析匀速圆周运动的向心与向加度关标准要求学生认识什么是向心力知向力与向心加速度的关系此基础上能分析一些做匀速圆周运动的物体所受的向心力节知识是本章的重点也本章承上启下的重要内容学好这部分知识以为学习本章后面应用部分打下基础为来进一步探究万有引力定律和有关圆周运动相关知识作好必要的知识和能力准备。内与位《普通高中物理课程标准》共同必修模块“物理２”的内容标准中，涉及本节的内容有条目２描述匀速圆周运动知道向心加速度３用牛顿第二定律分析匀速圆周运动的向心力条目的点是在理解向心加速度、向心力概念的基础上，弄清向心力和向心加速度的关系，能分析一些做匀速圆周运动的物体所受的向心力。本节内容是继平抛运动后，又一个变速运动的典型实例，是学生普遍感到难学，但又非常重要的部分。在学习该内容前，学生对变速运动概念已有较为全面的理解，知道什么是变速运动，懂得变速运动的物体有加速度以及力是产生加速度的原因。同时已有应用控制变量法进行实验探究的经历。教学中可以尝试应用提出一些问题——设计实验——进行实验——分析实验——得出结论的科学探究教与学的方式，激发学习兴趣，培养学生发现问题，提出问题，分析问题和解决问题的能力，学习科学的思维方法，提升自主学习的能力。学分学生已经学习了抛体运动对变速运动曲运动有一定了解但对向心力与向心加速度的概念生是普遍感到比较难学且受错误前概念的影响以建立正确的新概念。因此可利用高中学生学习的主性象思维能力都比较强的特点置适当的问题情境激发学生的思考、讨论，学生需应用已有知识，积极思维，通过对问题的主动探究、获得概念、得出规律，以达到对知识深入理解和提高能力的目的。教设理向心力与向心加速度对学生来说虽然是新的概念概本身较难学已具备必要的知识基础，如：知道变速运动的物体有加速度力是产生加速度的原因，也会进行受力分析，并且多次经历了应用控制变量法进行实验探究。因此，教师可以依据思维的逻辑，通过不同类型的实验，设置循序渐进的问题情境，组织学生对一个个问题进行充分的分析、讨论后获得新的知识据题教学的有关理论展开教学个教学过程成为提出问题、讨论问题、解决问题的过程。从而培养学生自主学习能力、实验能力和交流、讨论的习惯。一教目知识技]1、知道向心力和向心加速度，过实验探究向心力的大小与质量、角速度、半径的定量关系。2、理解向心加速度和向心力公的含义。３运牛顿第二定律分析匀圆周运动的向心力和向心加速度过实例认识向心力的作用及来源。过程方]1、学有关圆周运动的分析方法，培养理论联系实际的能力。2、能日常生活中发现与物理学有关的问题能从物理学的角度比较明确地表述发现问题。

3、尝经过思考发表自己的见解试运用圆周运动的规律解决一些与生产和生活相关的实际问题。4、通实验，让学生体会从特殊到一般、具体到抽象、层层递进的科学思维方法，培养学生分析、推理和归纳能力。情感度价观1、领圆周运动的神奇和谐，发展对科学的好奇心与学习物理知识的求知欲。2、乐探究日常生活中的圆周运动所隐藏的物理规律将物理知识应用于生产和生活的意识。在学习的过程中体验解决问题成功的喜悦成善于交流合作的良好的习惯得用控制变量法解决问题。二、教重点重点：了解向心力的来源，建立向心力的概念。难点：理解向心力的概念和探究向心力大小的实验设计。三教方问题讨论法和实验探究的方法讲授法归纳法[教学用]投影仪、多媒体CAI课件向力演示器、钢球、铝球、细绳、印泥、白纸四媒和具多媒体课件、威士忌酒杯、乒乓球、自制环形挡板实验仪、自制水平转盘实验仪、自制向心力笔、向心力演示器。五教过一新引设置情景做“水流星”实,设下疑问：为什么盛水的杯子以一定的速度做圆周运动，水不从杯里洒出，甚至杯子在竖直面内运动到最高点时，杯口已经朝下，水也不会从杯里洒出来？a)复提问⑴物体分别做直线运动、曲线运动时，所受的合外力F与速度ν存在什么关系？当物体所受合外力为零时保静止或者做匀速直线运动物体所受合外力方向与运动方向位于同一条直线上时体变速直线运动物体所受的合外力方向与运动方向不在同一条直线上时，物体将做曲线运动。前面我们学习了匀速圆周运动，匀速圆周运动的速度有什么特点呢？生：速度大小不变，方向不断变化，也就是说匀速圆周运动是变速曲线运,它的速度方向不断发生改变。速度方向变了，就存在一个速度改变量，有速度改变量，就有一个加速度由顿第二定律有加速就有力那么做圆周运动的物体受力有何特点？加速度有如何呢？这节课我们先学习这些问题。二向力其向演示实验在滑的水平桌面上用一根细绳，一端系一小球，另一端固定在一枚图钉上。将图钉钉在光滑水平桌面上。（）用指沿小球与图钉线的垂直方向轻轻弹击小球，当绳子未伸直前，小球先做匀速直线运动。（）用指弹击小球，方同上，加大弹击力量，使小球运动时细绳伸直。细绳伸直后，小球做匀速圆周运动。问题讨论：、绷紧前，小球为什么做匀速直线运动？2绳紧后，小球什么做匀速圆运动？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？分析：小球在桌面上做圆周运动时，受到三个外力的作用，即重力、桌面支持力Ｎ和绳子的拉力Ｆ，合力就是绳子的拉力Ｆ。绳子的拉力的方向呢？很好小受到的拉力方向虽然刻在改变它始终沿着绳子的方向沿着半径指向圆心拉力是球拉绳子使绳子发形变产生的明做圆周运动的小球有远离圆心的运动趋势。显然，正是这个拉力使小球做圆周运动。结论匀速圆周运动的小球的绳的拉力就是它的合力个力方向始终指向圆心，方向不断变化，不改变速度的大小，只改变速度的方向。【该问题情境中包含当前要学习的知识发学生解决问题探究新知的动机同时教学游戏有效激发学生的学习兴趣和探究欲望为下面的教学提供实例入到了吸引学生学习的目的，又呼应之后教学，为向心力概念建立和向心力来源创设情境那是不是只有弹力能使物体做圆周运动呢？我们再来看一个实验一个蒙有毛巾的转盘毛上放一个木块现在我让木块随着转盘近似做匀速圆周运动大对木块受力分析。木块受到哪些力呢？很好木受到重力支持力和摩擦力那这个摩擦力是滑动摩擦力还是静摩擦力呢？对了是摩擦力其重力和持力是一对平衡力，作用效果相互抵消静摩擦力方向呢？对了，静摩擦力的方向沿着半径指向圆心。我们学过静摩擦力的方向与运动趋势相反，又从上面的实验得到启发圆运动的物体有远离圆心的运动趋势以静摩擦力的方向与这个运动趋势相反，总是沿着半径指向圆心。正是这个静摩擦力使木块做圆周运动。或：

那是不是只有弹力能使物体做圆周运动呢？我们再来看一个例子，如图４－１５。木块随着转盘近似做匀速圆周运动，我们以人为研究对象，请大家对人进行受力分析。人受到哪些力呢？很好，木块受到重力、支持力和摩擦力。那这个摩擦力是滑动摩擦力还是静摩擦力呢？对了，是静摩擦力。其中重力和支持力是一对平衡力，作用效果相互抵消。那静摩擦力方向呢？对了，静摩擦力的方向沿着半径指向圆心。我们学过静摩擦力的方向与运动趋势相反，又从上面的实验得到启发，做圆周运动的物体有远离圆心的运动趋势，所以静摩擦力的方向与这个运动趋势相反，总是沿着半径指向圆心。正是这个静摩擦力使木块做圆周运动。我们再来看图４－１６链球运动员用力轮着链球做圆周运动属与水平面并不平行，对链球进行受力分析，它受到哪些力呢？链球受到重力金属链对它的弹我们可以画出它的受力示意图是什么力使链球做圆周运动呢？很好，是重力与拉力的合力，还有没别的说法？我们将拉力和重力沿水平方向和竖直方向进行分解么样？哎了可说是拉力的水平分力向总是沿半径指向圆心，正是这个力使乒乓球做圆周运动。现在同学们讨论一下，前面三个例子中小球、人、链球，他们有什么共同点呢？1.都做圆周运动。2.都受到指向圆心的力的作用。很好，他们都做圆周运动，都受到一个始终指向圆心的力的作用。我们把这样的力就叫做向心力周动的物体要受到一个始终指向圆心的等效力的作用力叫向心力。板书：、义：做圆周运动的物体要受到一个始终指向圆心的等效力定义中提到了向心力的方向，大家能把它找出来吗？对了，向心力的方向始终指向圆心板书：、向：始终指向圆心

那向心力是由什么力提供的呢？第一个例子中是弹力，第二个例子中是静摩擦力，第三个例子中是重力和支持力的合力或者说是支持力的水平分力有，我们以后学习的其他性质的力如有引力电力、磁场力也能使物体做圆周运动见向心力是可以由这么多不同性质的力提供的，我们不能说向心力就是弹力是摩擦力是按效果来命名的以心力是一种等效力。那么向心力有什么作用效果呢？向心力的方向始终沿着半径指向圆心，速度方向沿切线方向，可见，向心力的方向与速度方向始终垂直，所以向心力只改变速度方向，不改变速度大小。向心力不做功。板书:、作用效果：只改变速度向，不改变速度大小，不做功同学们要注意了，做圆周运动的物体要受到向心力，而不是产生向心力。向心力是按效果来命名的，不是一种新的特殊性质的力。举个例子：刚才做圆周运动的木块受到重力、支持力、静摩擦力和一个向心力，这种说法对吗？很好不对因向力不是一种新的特殊性质的力就是静摩擦力提供向心力了。前面我们学习过了，做圆周运动的物体的线速度的方向沿着切线方向，而向心力总是指向圆心总与运动方向垂直所以向心力只改变速度的方向改变速度的大小如果物体做匀速圆周运动向心力就物体受到的合外力果物体做非匀速圆周运（线速度大小时刻改变心并非是体受到的合外力，我们以后会继续学到这种情况。讨论与交流设坐在一辆车周围没有其他乘客靠在车厢上车转弯时，你的向心里是从哪里来的？上述三个典型实例，符合学生的学习心理特点，既能启发学生思维，又能培养和提高学生分析问题和解决问题的能力过分析三个问题情境生很直观地总结出向心力的定义及方向教再以此总结归纳出知识框架但要学生注意做圆周运动的物体要受到向心力，不是会产生向心力。速度总是沿着切线方向，而向心力是指向圆心，它们总是垂直，即向心力只改变速度的方向而不改变速度的大小心是按力的作用效果命名的可是由弹力静擦力、重力和支力的合力至是某个力的分力来提供不把向心力当作一个特殊性质的力。过程分析突出了学生的主体地位，切实发挥了学生在课堂教学中应有的作用。学生不是被动的接受知识，而是参与知识的获得过程，体现了“自主学习”的新课程教学理念。三科探：心的小（）出问题：向心力的大小可能与哪些因素有关？（）学猜想引出学生探究实验：请每位学生用手牵着一个带绳的小球，使小球在水平方向旋转，体验手的拉力对小球运动的影响。说明：实验过程中注意引导学生体验绳的长短、球的大小、转速的快慢对手拉力的大小的影响。做圆周运动学生感受向心力的小先验得出定性的认识即出向心力的大小可能质量、半径、角速度、线速度、周期、转速等因素有关。教师引导分析线度周角度以及转速又有关系，都是描述圆周运动转动快慢的物理量，从而归结为：向心力的大小可能与质量、半径、角速度有关。影响向心力大小的可能因素比较多，应采用控制变量法进行研究。（）绍向心力演示器构造和使用方法因此教师先出示向心力演示器介绍面我们用向心力演示器来研究向心力与质量速度、半径的定量关系。大看，这是向心力演示器：匀速转动手柄，可以使塔伦、长槽

和短槽匀速转动槽内的小球也随之做匀速圆周运动时小球向外挤压挡板挡板对小球的反作用力提供了小球做匀速圆周运动的向心力小压挡板的力使挡板另一端压缩弹簧测力套筒里的弹簧，弹簧的压缩量可以从标尺上读出，该读书显示了向心力大小。（）验探究实验原理明了后师引导学如何利用仪器控制变量生发现可以通过质量不同的钢球和铝球改变质量将放在长槽和短槽的不同位置变半径通过调整塔伦上的皮带连接两个塔轮就以改变速度引导学生讨论实验方法——控制变量法而设计实验方案、步骤并进行实验操作。指导学生完成表2表2探究F与m的关系向F与r的关系向

控制一一

改变m不同r不同

结论Fm向Fr向F与的系向

一定

ω不同

F∝向

（）生分组进行实验a：质量不同的钢球和铝球，当们运动的半径和角速ω相时，比较向心力的大小b：两个质量相同的小球，保持动半径相同，观察向心力与角速度之间的关系c：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。实验表格123

二球相同的物理量r、ωm、ωm、

不同的物理量mrω

观察结果m越，越r越，越ω越，越实验结论：随r、、的增而增大（）结得到：向心力的大小与物体质量、圆周半径和速度ω都关系，且给出公式：F＝ω

（）验结论rF2学生通过分组实验，能发现，，。最后教师总结全班实验结果，得出结论：

Fmr

。科学家们用更精确的实验也得到相同的结果。精确的研究表明：

F

2当公式中个物理量的单位都用国际单位制的单位时，=1公式简化为

Fmr2

。从而可以推得向心力的表达式

Fmr2

m

vr【这部分教学采用教师引导下科学探究的方式，解决了向心力大小与质量、半径和角速度的关系，来突出教材的重点，突破教材的难。教师用“问题”的形式组织课堂，条理清晰，逻辑性强。通过有效的师生互动，培养学生科学的态度和提高学生实验设计能力、数据分析处理能力四理推：心速

力是产生加速度的原因做周运动的物体一定要受到一个始终指向圆心的等效力的作用，那么它必然存在一个由向心力产生的加速度，这个加速度就叫做向心加速度。板：、向心加速度那么，向心加速度的定义是什么呢？物理学中把做圆周运动物体的沿半径指向圆心的加速度，叫做向心加速度。板：、义：做圆周运动物体的沿半径指向圆心的加速度我们知道，加速度是矢量，既有大小，又有方向。我们先来研究向心加速度的方向。向心加速度的方向是怎样的呢？对了，向心加速度的方向要和向心力的方向一致，始终指向圆心。板：、向：始终指向圆心下面我来研究向心加速度的小同学们根据牛顿第二定律和向心力的公式导出向心加速度的公式。我们请这位同学来回答一下。回答得非常好，请坐。我们一起来分析一下根据牛顿二定律ma可得到

F

联向心力公式F

2

或

Fm

r

，可以得到向心加速度的大:arw或

vr板：、小：

2

或

v2r下面我来研究向心加速度的理意义们知道加速度的物理意义是描述物体速度变化快慢的物理量，速度是矢量有大小又有方向速度的变化既包括大小的变化，也包括方向的变化但是我们前面过向力的作用效果只改变物体速度的方向改变速度的大小可向心加速度是描述线速度方向变化快慢的物理量就向心加速度的物理意义。板：、理意义：描述线速度方向变化快慢的物理量。我们知道对于某一确定的匀速周运动心力和向心加速度的大小恒定不变方向呢？方向也是不变的吗？对了向力和向心加速度的方时刻在改变见匀速圆周运动是加速度不断改变的变加速曲线运动。大家要注意了心力和向心加速度的公式不仅适用于匀速圆周运动且用于一般的圆周运动一般圆周运动的线度角度大小会发生变化因向心力和向心加速度的大小也会发生变化用公式求解某时刻向心力和向心加速度的大小时度须用瞬时速度。下面，请大家看书本74页的例，我们一起来做一做。课堂总结：最后，我们来总结一下本节课的知识。大家说说，你们都学到了什么？作业布置：教案版：一、新引入演示实验：在光滑的水平桌面上，用一根细绳，一端系一小球，另一端固定在一枚图钉上。将图钉钉在光滑水平桌面上。（）用手指沿小球与图钉连线的垂直方向轻轻弹击小球绳未伸直前小球先做匀

速直线运动。（）用手指弹击小球向上大弹击力量小球运动时细绳伸直绳直后，小球做匀速圆周运动。问题讨论：、绷紧前，小球为什么做匀速直线运动？2绳紧后，小球什么做匀速圆运动？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？分析：小球在桌面上做圆周运动时，受到三个外力的作用，即重力、桌面支持力Ｎ和绳子的拉力Ｆ，合力就是绳子的拉力Ｆ。绳子的拉力的方向呢？很好球受到的拉力方向虽然时刻在改变始终沿着绳子的方向着半径指向圆心。拉力是球拉绳子使绳子发生形变产生的，说明做圆周运动的小球有远离圆心的运动趋势。显然，正是这个拉力使小球做圆周运动。结论匀速圆周运动的小球的绳的拉力就是