互联网搜索 物理：向心力

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1、向心力一、教案背景1、面向学生：高中 2、学科：物理3、学生课前准备：了解什么是向心力二、教学目标1、知识与技能（1）理解向心力的概念及其表达式的确切含义；（2）知道向心力大小与哪些因素有关，并能用来进行计算；（3）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， 可 用上述公式求质点在某一点的向心力。2、过程与方法（1）通过用圆锥摆粗略验证向心力表达式的实验来了解向心力的大小与哪些因素有关， 通过“做一做”来理解公式的含义。（2）进一步体会力是产生加速度的原因，并通过牛顿第二定律来理解匀速圆周运动、变 速圆周运动及一般曲线运动的各自特点。（3）体会物理规律在探索自然规律中

2、的作用及其运用.3、情感、态度与价值观（1）在实验中，培养学生动手的习惯并提高分析问题、解决问题的能力。（2）感受成功的快乐，体会实验的意义，使学生感到科学就在身边，从而 激发学生学 习物理的兴趣。三、教材分析向心力是普通高中课程标准实验教科书第五章第五节的内容。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 力再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。本节重点突出了向心力 的理解及向心力在圆周运动中的作用。对于向心力概念的学习，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

3、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，处理有关问题。在学习时可以让 学生认识实验：用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实例让学生 体验或观察，从而引入向心力概念.四、教学思路重点 向心力概念的建立及计算公式的得出和应用.难点 向心力的来源.教学方法：探究、讲授、讨论、练习教具准备：向心力演示器、圆锥摆等实验设备 （ 细杆、细绳（2）、小球、直尺、秒表 盛水的透明小桶等）。五、教学过程1、创设情境，揭示主题前面两节课，我们学习、研究了圆周运动的运动学特征，知道了如何描述

4、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 学特征向心力。百度搜索图片： htt p：/ ?tn 二baiduimage&ct二201326592&cl=2&lm=-l&st=T&f m二resu lt&f r=&sf让学生观察这几幅图片，并根据图做水流星实验，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。引导学生思考前三幅图可以看出物体之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 的引力使各个

5、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：v2=rw 2.（3）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.2、研究新知 质疑答辩 排难解惑 发展思维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

6、，因此我们根据牛顿第二定律可知向心力的大小为：F=m annv2=m =m rw 2二mrR)2。实验探究实验（1）： （验证上面的推导式）：研究向心力跟物体质量 定量关系。m、轨道半径r、角速度w的实验装置：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：w、r 一定，取两球使m =2m ,观察：（学生读数）F=2F,结论：A B A B向心力F*m. 向心力与半径的关系：m、w 一定，取两球使r=2r,观察：（学生读数）F=2F,结论：A B A B向心力F*r. 向心力与角速度的关系：m、r 一定，使w =2w，观察：（学生读数）F=4F,结论：向心ABAB力

7、F*w 2.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、一个测量就得到定论， 实际上要进行多次测量，大量实验，但我们不可能一一去做. 同学们由刚才所做的实验得出： m、r、w越大，F越大；若将实验稍加改进，如教材中所介绍的小实验，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、 w 的值，可知向心力大小为： F=mrw2.实验（2）：用圆锥摆粗略验证向心力表达式原理：如图所示，让细绳摆动带动小球做圆周运动，

8、逐渐增大角速度直到绳刚好拉直， 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w .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0的正切值.向心力F=mgtan8，测出数值验证公式 mgtan0 =mrw 2交流与讨论：实验的过程中，多项测量都是粗略的，存在较大的误差，用两个方法得到 的力并不严格相等。通过实验还体会到，向心力并不是像重力、弹力、摩擦力那样具有某种 性质的力来命名的，它是效果力，是按力的效果命名的，在圆锥摆实验中，向心力是小球重 力和细线拉力的合力，还可以理解为是细线拉力在水平面内的一个分力。百度搜索：赛车转弯，公园的转椅。教师提问：赛车的弯道为什么要

9、修成斜坡？转椅上的人做匀速圆周运动，什么力充当向 心力？学生在仔细观看图片并在教师引导下进行受力分析后发现：重力和斜坡对赛车的支持力 的合力充当向心力，人受到的重力和椅子对人的支持力的合力充当向心力。这些例子再次说明向心力只是一种效果力。只要是产生向心加速度的力，不管是重力、 弹力还是摩擦力，都可以是向心力。请同学们阅读教材“向心力”部分，思考并回答以下问题：（1）举出几个物体做圆周运动的实例，说明这些物体为什么不沿直线飞去。（2）用牛顿第二定律推导出匀速圆周运动的向心力表达式。交流与讨论请同学们交流各自的阅读心得并进行相互间的讨论。圆周运动是变速运动，有加速度，故做圆周运动的物体一定受到力的

10、作用，而我们知道 做匀速圆周运动的物体具有向心加速度，根据牛顿第二定律，这个加速度一定是由于它受到 了指向圆心的合力的作用，这个合力叫做向心力，下面请同学们把刚才由牛顿第二定律推出 的向心力的表达式展示出来。v2向心力表达式：F m,nrF 2 rn3、巩固深化 反馈矫正说明以下几个圆周运动的实例中向心力是由哪些力提供的？1 ）绳的一端拴一小球，手执 另一端使小球在光滑水平面上做匀速圆周运 动？（2）火星绕太阳运转的向心力是什么力提供的？（3）在圆盘上放一个小物块，使小物块随圆盘一起做匀速圆周运动，分析小物块受几个力，向心力由谁提供？参考答案（1）解析：小球受重力、支持力、绳的拉力而做匀速圆周

11、运动，由于竖直方向小球不运 动，故重力、支持力合力为零，那么水平方向上的匀速圆周运动由水平面上的绳的拉力来提 供。（2）解析：火星和太阳间的万有引力提供火星运转的向心力。（3）解析：小物块受重力、支持力和静摩擦力，静摩擦力提供向心力。变速圆周运动和一般曲线运动 在刚才“做一做”的实验中，我们可以通过抡绳子来调节沙袋速度的大小，这就给我们带来 一个疑问：难道向心力能改变速度的大小吗？为什么？（在变速圆周运动中，可以把力分解 为跟圆周相切的分力F和指向圆心的分力F。F产生圆周切线方向的加速度，叫做切向加速 tnt度。切向加速度与物体的运动方向在一条直线上，它改变了物体速度的大小。指向圆心的分 力

12、F 始终与速度方向垂直，改变的是物体运动的速度方向。现在我们可以从向心加速度和切 n向加速度的角度来理解匀速圆周运动和变速圆周运动了。仅有向心加速度的运动是匀速圆周 运动，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）。对于做一般曲线运动的物体，我们可以用怎样的分析方法进行简化处理？请同学们阅读教材 并结合课本图 5.6-4 的提示发表自己的见解，同时再与刚才研究的变速圆周运动去进行对比 （可以把曲线分割成很多小段圆弧。圆弧的弯曲程度不一样，说明它们具有不同的半径。然 后分析某点的运动时，就可以按圆周运动处理了）。4、课堂小结到此为止，请大家分析归纳向心力有怎样的特点？学生在教师引导

13、下分析、讨论并归纳向心力的特点：（1）向心力的方向永远指向圆心；（2）向心力的方向和速度方向垂直；（3）向心力是个变力；（4）向心力只改变速度的方向，不改变速度的大小。5、巩固深化 反馈矫正（1）如图6.72所示，在光滑的水平面上钉两个钉子A和B,相距20cm用一根长1 m 的细绳，一端系一个质量为 0.5 kg 的小球，另一端固定在钉子 A 上开始时球与钉子 A、B 在一条直线上，然后使小球以2 ms 的速率开始在水平面内做匀速圆周运动，若绳子能承受 的最大拉力为4 N,那么从开始到绳断所经历的时间是多少？20 cm图 6.7-2说明：需注意绳磋钉子的瞬间，绳的拉力和速度方向仍然垂直，球的速

14、度大小不变，而 绳的拉力随半径的突然减小而突然增大。I .1勺（2）如图6.73所示，水平转盘的中心有个竖直小圆筒，质量为m的物体A放在转盘 上, A到竖直筒中心的距离为r物体A通过轻绳、无摩擦的滑轮与物体月相连，月与A质量 相同。物体A与转盘问的最大静摩擦力是正压力的“倍，则转盘转动的角速度在什么范围内, 物体 A 才能随盘转动？说明：根据向心力公式，解题的关键是分析做匀速田用运动物体的受力情况；明确哪些 力提供了它需要的向心力。（3）如图6.74所示，在质量为M的电动机上，装有质量为m的偏心轮，飞轮转动的 角速度为e,当飞轮重心在转轴正上方时，电动机对地面的压力刚好为零，则飞轮重心离转 轴

15、的距离多大?在转动过程中，电动机对地面的最大压力多大？课外训练(1)一个 2.0kg 的物体在半径是1.6 m 的圆周上以4 ms 的速率运动，向心加速度为 多大?所需向心力为多大?(2) 太阳的质量是1. 98X103okg,它离开银河系中心大约3万光年(1光年：9. 46X10i2km), 它以 250kms 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？(3) 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(4) 线的一端系一个重物，手

16、执线的另一端使重物在光滑水平面上做匀速圆周运动，当 转速相同时，线长易断，还是线短易断？为什么？如果重物运动时系线被桌上的一个钉子挡 住，随后重物以不变的速率在系线的牵引下绕钉子做圆周运动，系线碰钉子时钉子离重物越 远线易断?还是离重物越近线易断？为什么？(5) 如图6.7-6所示，线段0A=2AB, A、B两球质量相等。当它们绕0点在光滑的水平 桌面上以相同的角速度转动时，两线段的拉力之比为多少？参考答案1. 10m/s2 20 N 2. 4.36X 102O N 3. B4.线长易断，因为转速相同时，由向心力公式知，半径越大，所需向心力越大.越近易 断，因为线速度相同时，由向心力公式知，半

17、径越小，所需向心力大. 5. 3:5六、【教学反思】该教学设计创建的物理情景、提供的实验方案，不仅使学生经历了建立概念、发现规律 的过程，也很好地落实了过程目标和情感目标。具体的说，有以下几方面：1 向心力是高中物理的一个难点内容，学生对于向心力一直很难理解，在对物体进行 受力分析时，往往还外加一个向心力。为了突破重点，难点，第一、在学习顺序上先讲向心 加速度，用矢量推导向心加速度这个难点，后讲向心力，通过实例给出向心力概念，再通过 探究性实验给出向心力公式F=mr(D 2或F=mv2/r。2情景教学，让学生主动参与探究的全过程，成为学习的主体，激发了学生的求知欲 望，加深了对知识的理解。在探

18、究过程中，教师要给学生提供必要的实验器材和多媒体资源， 引导学生去发现问题，使学生产生探究的动机，从而提出问题，解决问题，体验问题。整个 教学过程中，教师是一个引导者和参与者，组织者和帮助者，学生是学习的主人，课堂上教 师要组织引导学生交流讨论，充分重视学生在探究过程中的情感、态度与价值观的培养。学 生能在愉快的教学环境中获得知识和培养思维能力。3本教学设计是探究性学习模式在物理教学的应用,真正体现了“以学生为中心”、“教 师为主导、学生为主体”的教学原则。4按照教学手段是为教学目的服务的原则，恰当有效地将信息技术与物理课程相整合。5本节课中，还设计了不少巩固训练，有不少都来源于生活实际，理论联系实际。