高中物理新課標(biāo)人教版必修2優(yōu)秀教案向心力

1、7 向心力整體設(shè)計(jì) 向心力是本節(jié)教學(xué)的重點(diǎn)，由向心加速度和牛頓第二定律引入向心力是教材所用的方法，這與以前的先學(xué)習(xí)向心力再學(xué)習(xí)向心加速度有所不同.學(xué)生對(duì)于向心力的理解不是很清楚，本節(jié)重點(diǎn)突出了向心力的理解及向心力在圓周運(yùn)動(dòng)中的作用.而向心力概念的學(xué)習(xí)，應(yīng)及時(shí)強(qiáng)調(diào)指出，向心力是根據(jù)力的效果命名的，而不是根據(jù)力的性質(zhì)命名的，它不是重力、彈力、摩擦力等以外的特殊力，而是做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)受到的合外力，沿著半徑指向圓心，它的方向時(shí)刻改變.本節(jié)的難點(diǎn)是運(yùn)用向心力、向心加速度知識(shí)解釋有關(guān)現(xiàn)象，處理有關(guān)問(wèn)題.在學(xué)習(xí)時(shí)可以讓學(xué)生認(rèn)識(shí)實(shí)例：用細(xì)線系著的小球在水平面上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)或是一些生活中的實(shí)例讓學(xué)生體驗(yàn)

2、或觀察，從而引入向心力概念.教學(xué)重點(diǎn) 向心力概念的建立及計(jì)算公式的得出及應(yīng)用.教學(xué)難點(diǎn) 向心力的來(lái)源.時(shí)間安排 1課時(shí)三維目標(biāo)知識(shí)與技能1.理解向心力的概念.2.知道向心力大小與哪些因素有關(guān).理解公式的確切含義，并能用來(lái)計(jì)算.3.會(huì)根據(jù)向心力和牛頓第二定律的知識(shí)分析和討論與圓周運(yùn)動(dòng)相關(guān)的物理現(xiàn)象.過(guò)程與方法1.通過(guò)向心力概念的學(xué)習(xí)，知道從不同角度研究問(wèn)題的方法.2.體會(huì)物理規(guī)律在探索自然規(guī)律中的作用及其運(yùn)用.情感態(tài)度與價(jià)值觀1.經(jīng)歷科學(xué)探究的過(guò)程，領(lǐng)略實(shí)驗(yàn)是解決物理問(wèn)題的一種基本途徑，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度.2.通過(guò)探究活動(dòng)，使學(xué)生獲得成功的喜悅，提高他們學(xué)習(xí)物理的興趣和自信心.3.通過(guò)向

3、心力和向心加速度概念的學(xué)習(xí)，認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)對(duì)物理學(xué)研究的作用，體會(huì)物理規(guī)律與生活的聯(lián)系.課前準(zhǔn)備 細(xì)桿、細(xì)繩（2）、小球、直尺、秒表、盛水的透明小桶.教學(xué)過(guò)程導(dǎo)入新課情景導(dǎo)入 前面兩節(jié)課，我們學(xué)習(xí)、研究了圓周運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征，知道了如何描述圓周運(yùn)動(dòng).知道了什么是向心加速度和向心加速度的計(jì)算公式，這節(jié)課我們?cè)賮?lái)學(xué)習(xí)物體做圓周運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)特征. 觀察下面幾幅圖片，并根據(jù)圖做水流星實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生自己體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)中力的變化，考慮一下為什么做圓周運(yùn)動(dòng)的物體沒(méi)有沿著直線飛出去而是沿著一個(gè)圓周運(yùn)動(dòng). 前三幅圖可以看出物體之所以沒(méi)有沿直線飛出去是因?yàn)橛欣K子在拉著物體，而第四幅圖是太陽(yáng)系各個(gè)行星繞太陽(yáng)做圓周運(yùn)動(dòng)是由于太陽(yáng)和

4、行星之間有引力作用，是太陽(yáng)和行星之間的引力使各個(gè)行星繞太陽(yáng)在做圓周運(yùn)動(dòng).如果沒(méi)有繩的拉力和太陽(yáng)與行星之間的引力，那么這些物體就不可能做圓周運(yùn)動(dòng)，也就是說(shuō)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體都會(huì)受到一個(gè)力，這個(gè)力拉著物體使物體沿著圓形軌道在運(yùn)動(dòng)，我們把這個(gè)力叫做向心力.復(fù)習(xí)導(dǎo)入 復(fù)習(xí)舊知1.向心加速度：做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體，加速度指向圓心，這個(gè)加速度稱為向心加速度.2.表達(dá)式：an=r2.3.牛頓第二定律：物體加速度的大小跟作用力成正比，跟物體的質(zhì)量成反比，加速度的方向跟作用力的方向相同.表達(dá)式：F=ma.推進(jìn)新課一、向心力 通過(guò)剛才的學(xué)習(xí)我們知道了向心力和向心加速度具有相同的方向，都指向圓心，而且物體是在向心

5、力的作用下做圓周運(yùn)動(dòng)，因此我們根據(jù)牛頓第二定律可知向心力的大小為：Fn=m an=m=m r2=mr()2.實(shí)驗(yàn)探究演示實(shí)驗(yàn)(驗(yàn)證上面的推導(dǎo)式)：研究向心力跟物體質(zhì)量m、軌道半徑r、角速度的定量關(guān)系.實(shí)驗(yàn)裝置：向心力演示器演示：搖動(dòng)手柄，小球隨之做勻速圓周運(yùn)動(dòng).向心力與質(zhì)量的關(guān)系：、r一定，取兩球使mA=2mB,觀察：(學(xué)生讀數(shù))FA=2FB,結(jié)論：向心力Fm.向心力與半徑的關(guān)系：m、一定，取兩球使rA=2rB,觀察：(學(xué)生讀數(shù))FA=2FB,結(jié)論：向心力Fr.向心力與角速度的關(guān)系：m、r一定，使A=2B,觀察：(學(xué)生讀數(shù))FA=4FB,結(jié)論：向心力F2.歸納總結(jié)：綜合上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知：物體做

6、勻速圓周運(yùn)動(dòng)需要的向心力與物體的質(zhì)量成正比，與半徑成正比，與角速度的二次方成正比.但不能由一個(gè)實(shí)驗(yàn)、一個(gè)測(cè)量就得到定論，實(shí)際上要進(jìn)行多次測(cè)量，大量實(shí)驗(yàn)，但我們不可能一一去做.同學(xué)們由剛才所做的實(shí)驗(yàn)得出：m、r、越大，F(xiàn)越大；若將實(shí)驗(yàn)稍加改進(jìn)，如教材中所介紹的小實(shí)驗(yàn)，加一彈簧秤測(cè)出F，可粗略得出結(jié)論(要求同學(xué)回去做).我們還可以設(shè)計(jì)很多實(shí)驗(yàn)都能得出這一結(jié)論，說(shuō)明這是一個(gè)帶有共性的結(jié)論.測(cè)出m、r、的值，可知向心力大小為：F=mr2.二、實(shí)驗(yàn)：用圓錐擺粗略驗(yàn)證向心力表達(dá)式原理：如圖所示，讓細(xì)繩擺動(dòng)帶動(dòng)小球做圓周運(yùn)動(dòng)，逐漸增大角速度直到繩剛好拉直，用秒表測(cè)出n轉(zhuǎn)的時(shí)間t，計(jì)算出周期T，根據(jù)公式計(jì)算出

7、小球的角速度.用刻度尺測(cè)出圓半徑r和小球距懸點(diǎn)的豎直高度h,計(jì)算出角的正切值.向心力F=mgtan,測(cè)出數(shù)值驗(yàn)證公式mgtan=mr2.課堂訓(xùn)練1.下列關(guān)于向心力的說(shuō)法中，正確的是（ ）A.物體由于做圓周運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生了一個(gè)向心力B.做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體，其向心力為其所受的合外力C.做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體，其向心力不變D.向心加速度決定向心力的大小2.有長(zhǎng)短不同、材料相同的同樣粗細(xì)的繩子，各拴著一個(gè)質(zhì)量相同的小球在光滑水平面上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，那么（ ）A.兩個(gè)小球以相同的線速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，長(zhǎng)繩易斷B.兩個(gè)小球以相同的角速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，長(zhǎng)繩易斷C.兩個(gè)球以相同的周期運(yùn)動(dòng)時(shí)，短繩易斷D.不論如何，短繩易斷3.A、

8、B兩質(zhì)點(diǎn)均做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，mAmB=RARB=12，當(dāng)A轉(zhuǎn)60轉(zhuǎn)時(shí)，B正好轉(zhuǎn)45轉(zhuǎn)，則兩質(zhì)點(diǎn)所受向心力之比為多少？參考答案：1.B 2.B3.解答：設(shè)在時(shí)間t內(nèi)，nA=60轉(zhuǎn)，nB=45轉(zhuǎn),質(zhì)點(diǎn)所受的向心力F=m2R=m()2·R ，t相同，F(xiàn)mn2R所以.討論交流1.根據(jù)我們前面的學(xué)習(xí)，大家討論生活中你所遇到的圓周運(yùn)動(dòng)中是哪些力在提供向心力.強(qiáng)調(diào)：向心力不是像重力、彈力、摩擦力那樣作為某種性質(zhì)的力來(lái)命名的.它是從力的作用效果來(lái)命名的，凡是產(chǎn)生向心加速度的力，不管是屬于哪種性質(zhì)的力，都是向心力.2.由物體做曲線運(yùn)動(dòng)的條件可知，物體必定受到一個(gè)與它的速度方向不在同一條直線上的合外力作用

9、，勻速圓周運(yùn)動(dòng)是一種曲線運(yùn)動(dòng)，勻速圓周運(yùn)動(dòng)合外力的方向有何特點(diǎn)呢？勻速圓周運(yùn)動(dòng)速率不變，方向始終垂直半徑，說(shuō)明合外力不會(huì)使速度大小發(fā)生變化，只改變速度方向，勻速圓周運(yùn)動(dòng)合外力的方向始終指向圓心.三、變速圓周運(yùn)動(dòng)和一般曲線運(yùn)動(dòng)問(wèn)題：前面我們學(xué)習(xí)了加速度，做直線運(yùn)動(dòng)的物體其加速度可以改變物體運(yùn)動(dòng)的快慢，現(xiàn)在我們又學(xué)習(xí)了向心加速度，那么向心加速度是否也改變物體運(yùn)動(dòng)速度的大??？討論交流 根據(jù)剛才我們的實(shí)驗(yàn)（驗(yàn)證向心力表達(dá)式的實(shí)驗(yàn)）可知，向心加速度并不能改變物體運(yùn)動(dòng)速度的大小，而是在改變物體運(yùn)動(dòng)的方向.我們?cè)谶@個(gè)實(shí)驗(yàn)中可以感受到，如果要使物體的速度不斷增大，我們對(duì)物體施加的力就不能保持始終指向圓心，而是

10、與向心力的方向有一個(gè)角度.根據(jù)力F產(chǎn)生的效果可以把力F分解成兩個(gè)相互垂直的兩個(gè)分力：一個(gè)是指向圓心的產(chǎn)生向心加速度的向心力;另一個(gè)是沿圓周的切線方向的分力，這個(gè)力沿圓周切線方向產(chǎn)生加速度，這個(gè)加速度使物體的速度不斷變大.因此這個(gè)運(yùn)動(dòng)不能是勻速圓周運(yùn)動(dòng)，而是變速圓周運(yùn)動(dòng).也就是說(shuō)變速圓周運(yùn)動(dòng)既有指向圓心的向心加速度，還有沿圓周切線方向的加速度，稱為切向加速度.做變速圓周運(yùn)動(dòng)的物體所受的力 曲線運(yùn)動(dòng)：物體的運(yùn)動(dòng)軌跡不是直線也不是圓周的曲線運(yùn)動(dòng).對(duì)于這樣的運(yùn)動(dòng)盡管曲線的各個(gè)地方的彎曲程度不同，我們?cè)谘芯繒r(shí)可以把這條曲線分成許多極短的小段，每一小段可以看作是一段圓弧.這些圓弧的彎曲程度不同，可以表示為

11、有不同的半徑，這樣在分析質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，就可以采用圓周運(yùn)動(dòng)的分析方法來(lái)處理問(wèn)題了.一般的曲線可以分為很多小段，每段都可以看作一小段圓弧，各段圓弧的半徑不一樣課堂訓(xùn)練1.如圖所示，在光滑的水平面上釘兩個(gè)釘子A和B，相距20 cm.用一根長(zhǎng)1 m的細(xì)繩，一端系一個(gè)質(zhì)量為0.5 kg的小球，另一端固定在釘子A上.開(kāi)始時(shí)球與釘子A、B在一條直線上，然后使小球以2 m/s的速率開(kāi)始在水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng).若繩子能承受的最大拉力為4 N，那么從開(kāi)始到繩斷所經(jīng)歷的時(shí)間是多少?解析：球每轉(zhuǎn)半圈，繩子就碰到不作為圓心的另一個(gè)釘子，然后再以這個(gè)釘子為圓心做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)的半徑就減小0.2 m，但速度大小不變（因

12、為繩對(duì)球的拉力只改變球的速度方向）.根據(jù)F=mv2/r知，繩每一次碰釘子后，繩的拉力（向心力）都要增大，當(dāng)繩的拉力增大到Fmax=4 N時(shí)，球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為rmin，則有Fmax=mv2/rminrmin=mv2/Fmax=（0.5×22/4）m=0.5 m.繩第二次碰釘子后半徑減為0.6 m，第三次碰釘子后半徑減為0.4 m.所以繩子在第三次碰到釘子后被拉斷，在這之前球運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為：t=t1+t2+t3=l/v+（l-0.2）/v+（l-0.4）/v=（3l-0.6）·/v=（3×1-0.6）×3.14/2 s=3.768 s.答案：3.768

13、 s說(shuō)明：需注意繩碰釘子的瞬間，繩的拉力和速度方向仍然垂直，球的速度大小不變，而繩的拉力隨半徑的突然減小而突然增大.2.如圖所示，水平轉(zhuǎn)盤的中心有個(gè)豎直小圓筒，質(zhì)量為m的物體A放在轉(zhuǎn)盤上，A到豎直筒中心的距離為r.物體A通過(guò)輕繩、無(wú)摩擦的滑輪與物體B相連，B與A質(zhì)量相同.物體A與轉(zhuǎn)盤間的最大靜摩擦力是正壓力的倍，則轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度在什么范圍內(nèi)，物體A才能隨盤轉(zhuǎn)動(dòng)?解析：由于A在圓盤上隨盤做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，所以它所受的合外力必然指向圓心，而其中重力、支持力平衡，繩的拉力指向圓心，所以A所受的摩擦力的方向一定沿著半徑或指向圓心或背離圓心. 當(dāng)A將要沿盤向外滑時(shí)，A所受的最大靜摩擦力指向圓心，A的向心

14、力為繩的拉力與最大靜摩擦力的合力，即F+Fm=m12r 由于B靜止，故F=mg 由于最大靜摩擦力是壓力的倍，即Fm=FN=mg 由解得1=當(dāng)A將要沿盤向圓心滑時(shí)，A所受的最大靜摩擦力沿半徑向外，這時(shí)向心力為：F-Fm=m22r 由得2=.故A隨盤一起轉(zhuǎn)動(dòng)，其角速度應(yīng)滿足.答案：課堂小結(jié)1.向心力來(lái)源.2.勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，僅有向心加速度.同時(shí)具有向心加速度和切向加速度的圓周運(yùn)動(dòng)是變速圓周運(yùn)動(dòng).3.勻速圓周運(yùn)動(dòng)向心加速度大小不變，方向指向圓心，時(shí)刻在變化，所以不是勻變速運(yùn)動(dòng).布置作業(yè) 教材“問(wèn)題與練習(xí)”第1、3題.板書(shū)設(shè)計(jì)7.向心力1.做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體具有向心加速度，根據(jù)牛頓第二定律，這個(gè)加速

15、度一定是由于它受到了指向圓心的合力.這個(gè)合力叫做向心力2.表達(dá)式：Fn=m an= m=m r2=mr()23.向心力的方向：指向圓心4.向心力由物體所受的合力提供活動(dòng)與探究課題：討論汽車在過(guò)彎道時(shí)為什么要減速，不減速會(huì)出現(xiàn)什么情況，如果讓你設(shè)計(jì)彎道你應(yīng)該怎么設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的依據(jù)是什么.過(guò)程：用汽車模型（最好用遙控小汽車，以便于方向的改變）或其他工具模擬汽車在過(guò)彎道時(shí)，為何要減速.若不減速應(yīng)該怎么辦.通過(guò)實(shí)際操作，找到合適的方法，并進(jìn)行理論分析.習(xí)題詳解1.解答：地球繞太陽(yáng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心加速度為a=2r=×1.5×1011 m/s2=5.95×10-5 m/s2

16、所以太陽(yáng)對(duì)地球的引力是F=ma=6.0×1024×5.95×10-5N=3.57×1020 N.2.解答:小球的受力分析如圖所示，因此小球的向心力是由重力和支持力的合力提供的.3.解答：（1）向心力F=m2r=0.10×42×0.10 N=0.16 N.（2）我同意甲的觀點(diǎn)，因?yàn)槲矬w的受力為重力、支持力和靜摩擦力，其中重力和支持力的合力為零,所以合外力即為靜摩擦力.另外，物體相對(duì)于圓盤的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)是沿半徑方向向外，而不是向后，故乙的觀點(diǎn)是錯(cuò)誤的.4.解答：根據(jù)機(jī)械能守恒有不論釘子釘在何處，小球到達(dá)最低點(diǎn)的速度都是相等的，而在碰釘子前和碰釘子后的區(qū)別就是做圓周運(yùn)動(dòng)的圓心由O點(diǎn)移到A點(diǎn)，即圓周運(yùn)動(dòng)的半徑不一樣.設(shè)碰釘子后細(xì)繩的拉力為T，則據(jù)牛頓第二定律有T-mg=.可