高中物理人教版第五章曲線運動向心力 公開課

安圖一中物理教案時間：2023年3月課題向心力課型新授課（2課時）教學(xué)目標(biāo)知識與技能1．理解向心力的概念及其表達(dá)式的確切含義．2．知道向心力大小與哪些因素有關(guān)，并能用來進(jìn)行計算．3．知道在變速圓周運動中，可用上述公式求質(zhì)點在某一點的向心力和向心加速度．過程與方法1．通過用圓錐擺粗略驗證向心力的表達(dá)式的實驗來了解向心力的大小與哪些因素有關(guān)，并具體“做一做”來理解公式的含義．2．進(jìn)一步體會力是產(chǎn)生加速度的原因，并通過牛頓第二定律來理解勻速圓周運動、變速圓周運動及一般曲線運動的各自特點．情感、態(tài)度與價值觀1．在實驗中，培養(yǎng)學(xué)生動手的習(xí)慣并提高分析問題、解決問題的能力．2．感受成功的快樂．體會實驗的意義，激發(fā)學(xué)習(xí)物理的興趣．教學(xué)重點、難點教學(xué)重點1．體會牛頓第二定律在向心力上的應(yīng)用．2．明確向心力的意義、作用、公式及其變形．教學(xué)難點1．圓錐擺實驗及有關(guān)物理量的測量．2．如何運用向心力、向心加速度的知識解釋有關(guān)現(xiàn)象．教學(xué)方法探究、講授、討論、練習(xí)教學(xué)手段教具準(zhǔn)備多媒體課件、圓錐擺等實驗設(shè)備教學(xué)活動[新課導(dǎo)入]師：前面兩節(jié)課，我們學(xué)習(xí)、研究了圓周運動的運動學(xué)特征，知道了如何描述圓周運動．這節(jié)課我們再來學(xué)習(xí)物體做圓周運動的動力學(xué)特征——向心力．[新課教學(xué)]一、向心力[自主閱讀]師：請同學(xué)們閱讀教材“向心力”部分，思考并回答以下問題，1．舉出幾個物體做圓周運動的實例，說明這些物體為什么不沿直線飛去．2．用牛頓第二定律推導(dǎo)出勻速圓周運動的向心力表達(dá)式．學(xué)生認(rèn)真閱讀教材，列舉并分析實例，體會向心力的作用效果，并根據(jù)牛頓第二定律推導(dǎo)出勻速圓周運動的向心力表達(dá)式．[交流與討論]師：請同學(xué)們交流各自的閱讀心得并進(jìn)行相互間的討論．生：用手槍一個被繩子系著的物體，使它做圓周運動，是因為繩子的力在拉著它．一旦繩子斷了，小球就會飛出去．生：月球之所以繞地球做圓周運動，是地球?qū)υ虑虻囊υ凇袄敝畮煟和瑢W(xué)們有沒有發(fā)現(xiàn)過，做圓周運動的物體由于突然不受力了，結(jié)果物體沿直線飛出去的現(xiàn)象?生：我自己做過這個實驗：用手掄一個被繩子系著的物體，使它做圓周運動，一旦繩子斷了，小球就會飛出去．生：本章第一節(jié)中，砂輪上的砂粒被刀具碰掉后，沿切線方向飛出去的現(xiàn)象．師：剛才同學(xué)們說得很好，圓周運動是變速運動，有加速度，故做圓周運動的物體一定受到力的作用．而我們知道做勻速圓周運動的物體具有向心加速度，根據(jù)牛頓第二定律，這個加速度一定是由于它受到了指向圓心的合力的作用．這個合力叫做向心力．下面請同學(xué)們把剛才由牛頓第二定律推出的向心力的表達(dá)式展示出來．投影學(xué)生推出的向心力表達(dá)式：FN=mv2/r,FN=mrω2點評：學(xué)生的思維在于老師的激發(fā)，學(xué)習(xí)的積極性在于老師的調(diào)動．通過讓學(xué)生發(fā)表見解，提出疑問，培養(yǎng)學(xué)生的語言表達(dá)能力和分析問題的能力．二、實驗：用圓錐擺粗略驗證向心力的表達(dá)式[實驗與探究]師：請同學(xué)們閱讀教材“實驗”部分，思考下面的問題：1．實驗器材有哪些?2．簡述實驗原理(怎樣達(dá)到驗證的目的)．3．實驗過程中要注意什么?如何保證小球在水平面內(nèi)做穩(wěn)定的圓周運動，測量哪些物理量(記錄哪些數(shù)據(jù))?4．實驗過程中產(chǎn)生誤差的原因主要有哪些?學(xué)生認(rèn)真閱讀教材，思考問題，找學(xué)生代表發(fā)言．教師聽取學(xué)生的見解，點評、總結(jié)．教師巡視并指導(dǎo)學(xué)生完成實驗，及時發(fā)現(xiàn)并記錄學(xué)生實驗過程中存在的問題．點評：讓學(xué)生親歷實驗驗證的過程．體驗成功的樂趣．培養(yǎng)動手能力和團(tuán)結(jié)協(xié)作的團(tuán)隊精神．教師聽取學(xué)生匯報驗證的結(jié)果，引導(dǎo)學(xué)生對實驗的可靠性作出評估．[交流與討論]生：實驗的過程中，多項測量都是粗略的，存在較大的誤差，用兩個方法得到的力并不嚴(yán)格相等．生：通過實驗我們還體會到．向心力并不是像重力、彈力、摩擦力那樣具有某種性質(zhì)的力來命名的．它是效果力，是按力的效果命名的．在圓錐擺實驗中，向心力是小球重力和細(xì)線拉力的合力，還可以理解為是細(xì)線拉力在水平面內(nèi)的一個分力．生：數(shù)圈數(shù)測時間時，要從零開始數(shù)起．生：我有一個改進(jìn)的實驗，不知是否可行，其裝置如圖6．7—1所示，讓小球在剛好要離開錐面的情況下做勻速圓周運動，我認(rèn)為利用該裝置可以使測量值減少誤差．師：同學(xué)們能積極思維，勇于發(fā)表自己的見解，這很好．至于該方案效果如何，老師沒有做過，這里也不敢妄下結(jié)論，還請同學(xué)們課后進(jìn)一步進(jìn)行比較性的研究，老師期待著你們的實驗結(jié)論．點評：新課程理念強(qiáng)調(diào)，老師不一定要能回答學(xué)生提出的所有問題，但老師要起到一個引導(dǎo)者、一個領(lǐng)路人的作用．[課堂訓(xùn)練]說明以下幾個圓周運動的實例中向心力是由哪些力提供的．(師生互動)1．繩的一端拴一小球，手執(zhí)另一端使小球在光滑水平面上做勻速圓周運動．2．火星繞太陽運轉(zhuǎn)的向心力是什么力提供的?3．在圓盤上放一個小物塊，使小物塊隨圓盤一起做勻速圓周運動，分析小物塊受幾個力，向心力由誰提供．參考答案1．解析：小球受重力、支持力、繩的拉力而做勻速圓周運動．由于豎直方向小球不運動，故重力、支持力合力為零，那么水平方向上的勻速圓周運動由水平面上的繩的拉力來提供．2．解析：火星和太陽間的萬有引力提供火星運轉(zhuǎn)的向心力．3．解析：小物塊受重力、支持力和靜摩擦力，靜摩擦力提供向心力．點評：通過實例分析，達(dá)到鞏固所學(xué)知識的目的．[課堂分組實驗]師：請同學(xué)們兩人一組，完成課本第54頁“做一做”欄目中的實驗，自己感受向心力的大小．學(xué)生按照“做一做”欄目中的實驗介紹，獨立操作，在實驗中去體驗．點評：通過實驗，增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識，同時激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理學(xué)的興趣．三、變速圓周運動和一般曲線運動師：在剛才“做一做”的實驗中，我們可以通過掄繩子來調(diào)節(jié)沙袋速度的大小，這就給我們帶來一個疑問：難道向心力能改變速度的大小嗎?為什么?生：不能．因為我剛才做實驗時發(fā)現(xiàn)，當(dāng)我的手保持不動時，沙袋的速度并不能改變，只有當(dāng)我的手在動時，沙袋的速度才能改變，所以不能．但具體細(xì)節(jié)我還沒有搞清．生：剛才XXX同學(xué)的發(fā)現(xiàn)我也體會到了，我認(rèn)為手不動時，繩子的拉力和沙袋運動的速度方向垂直，故沙袋的速度不變．而當(dāng)手動時，繩子的拉力和沙袋運動的速度方向不垂直，此時可以把拉力分解為沿速度方向和垂直于速度方向的兩個分力，其垂直于速度方向的分力提供沙袋所需的向心力，并不改變沙袋的速度大?。欢厮俣确较虻姆至Ξa(chǎn)生的加速度使沙袋的速度發(fā)生了改變．師：剛才同學(xué)們交流、討論得很好，實際上這些現(xiàn)象，我們都可以通過運用牛頓第二定律來解決，希望同學(xué)們課后能進(jìn)一步地認(rèn)真總結(jié)，細(xì)細(xì)體會。點評：老師及時對學(xué)生進(jìn)行恰當(dāng)?shù)脑u價，是使學(xué)生能獲得成功培的保證．同時要善于培養(yǎng)學(xué)生閱讀教材并從中獲取信息的能力，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題解決問題的主動求知的意識．師：對于做一般曲線運動的物體，我們可以用怎樣的分析方法進(jìn)行簡化處理?請同學(xué)們閱讀教材并結(jié)合課本圖—4的提示發(fā)表自己的見解．同時再與剛才研究的變速圓周運動去進(jìn)行對比．點評：對學(xué)生注重物理學(xué)方法的教育．[課堂訓(xùn)練]1．如圖6．7—2所示，在光滑的水平面上釘兩個釘子A和B，相距20cm用一根長1m的細(xì)繩，一端系一個質(zhì)量為0.5kg的小球，另一端固定在釘子A上．開始時球與釘子A、B在一條直線上，然后使小球以2m／s的速率開始在水平面內(nèi)做勻速圓周運動．若繩子能承受的最大拉力為4N，那么從開始到繩斷所經(jīng)歷的時間是多少?說明：需注意繩磋釘子的瞬間，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—3所示，水平轉(zhuǎn)盤的中心有個豎直小圓筒，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通過輕繩、無摩擦的滑輪與物體月相連，月與A質(zhì)量相同．物體A與轉(zhuǎn)盤問的最大靜摩擦力是正壓力的μ倍，則轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動的角速度在什么范圍內(nèi)，物體A才能隨盤轉(zhuǎn)動?說明：根據(jù)向心力公式，解題的關(guān)鍵是分析做勻速田用運動物體的受力情況；明確哪些力提供了它需要的向心力．3．如圖—4所示，在質(zhì)量為M的電動機(jī)上，裝有質(zhì)量為m的偏心輪，飛輪轉(zhuǎn)動的角速度為ω，當(dāng)飛輪重心在轉(zhuǎn)軸正上方時，電動機(jī)對地面的壓力剛好為零．則飛輪重心離轉(zhuǎn)軸的距離多大?在轉(zhuǎn)動過程中，電動機(jī)對地面的最大壓力多大?[小結(jié)]師：請同學(xué)們概括總結(jié)本節(jié)課的內(nèi)容．投影展示出幾個學(xué)生的課堂小結(jié)，同時引導(dǎo)同學(xué)們分析，討論，并與各自的小結(jié)進(jìn)行對比，看看誰總結(jié)得好，并把自己的體會寫下來．點評：總結(jié)課堂內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生概括總結(jié)能力．教師要放開，讓學(xué)生自己總結(jié)所學(xué)內(nèi)容，允許內(nèi)容的順序不同，從而構(gòu)建他們自己的知識框架．[課外訓(xùn)練]1．如圖—5所示，一圓盤可以繞一個通過圓盤中心且垂直于盤面的豎直軸轉(zhuǎn)動，在圓盤上放置一木塊，當(dāng)圓盤勻速轉(zhuǎn)動時，木塊隨圓盤一起運動，那么…()A.木塊受到圓盤對它的摩擦力，方向背離圓盤中心B.木塊受到圓盤對它的摩擦力．方向指向圓盤中心C.因為木塊與圓盤一起做勻速轉(zhuǎn)動，所以它們之間沒有摩擦力D.因為摩擦力總是阻礙物體運動的，所以木塊受到圓盤對它的摩擦力的方向與木塊運動方向相反2．一個2.0kg的物體在半徑是1.6m的圓周上以4m／s的速率運動，向心加速度為多大?所需向心力為多大?3．太陽的質(zhì)量是1．98X1030kg，它離開銀河系中心大約3萬光年(1光年：9．46X10124．關(guān)于勻速圓周運動的周期大小，下列判斷正確的是…()A．若線速度越大，則周期一定越小B．若角速度越大，則周期一定越小C．若半徑越大，則周期一定越大D．若向心加速度越大，則周期一定越大5．線的一端系一個重物，手執(zhí)線的另一端使重物在光滑水平面上做勻速圓周運動，當(dāng)轉(zhuǎn)速相同時．線長易斷，還是線短易斷?為什么?如果重物運動時系線被桌上的一個釘子擋住，隨后重物以不變的速率在系線的牽引下繞釘子做圓周運動，系線碰釘子時釘子離重物越遠(yuǎn)線易斷?還是離重物越近線易斷?為什么?6．如圖6．7-6所示，線段OA＝2AB．A、B兩球質(zhì)量相等．當(dāng)它們繞O點在光滑的水平桌面上以相同的角速度轉(zhuǎn)動時，兩線段的拉力之比為多少?參考答案1．B2．10m／s220N3．×1020N4．B5．線長易斷，因為轉(zhuǎn)速相同時，由向心力公式知，半徑越大，所需向心力越大．越近易斷，因為線速度相同時，由向心力公式知，半徑越小，所需向心力大．6．3:5學(xué)生活動作業(yè)[布置作業(yè)]完成P55“問題與練習(xí)”中的l～5題．板書設(shè)計7．向心力一、向心力1．通過實例進(jìn)一步感受做圓周運動的物體必須受到力的作用．2．向心力的概念3．向心力的表達(dá)式二、向心力的實驗驗證1．圓錐擺的實驗．2．向心力公式的實驗討論(“做一做”)．三、變速圓周運動和一般曲線運動的研究教學(xué)后記課后習(xí)題1．下列關(guān)于做勻速圓周運動的物體所受的向心力的說法中。正確的是()A．物體除其他的力外還要受到—個向心力的作用B．物體所受的合外力提供向心力C．向心力是一個恒力D．向心力的大小—直在變化2．下列關(guān)于向心加速度的說法中，正確的是（）A．向心加速度的方向始終與速度的方向垂直B．向心加速度的方向保持不變C．在勻速圓周運動中，向心加速度是恒定的D．在勻速圓周運動中，向心加速度的大小不斷變化3．一根長為L=1.0m的細(xì)繩系一質(zhì)量為M=0.5kg的小球，在光滑水平面上勻速圓周運動，如圖5－6－1所示，小球轉(zhuǎn)動的角速度為（1）小球的向心加速度（2）繩中的拉力4，如圖5—6—2所示，在勻速轉(zhuǎn)動的水平轉(zhuǎn)盤上，有一個相對于盤靜止的物體，隨盤一起轉(zhuǎn)動，關(guān)于它的受力情況，下列說法中正確的是（）A．只受到重力和盤面的支持力的作用B．只受到重力、支持力和靜摩擦力的作用C．除受到重力和支持力外，還受到向心力的作用D．受到重力、支持力、靜摩擦力和向心力的作用5．在勻速圓周運動中，下列物理量不變的是（）A．向心加速度B．線速度C．向心力D．角速度6．A、B兩小球都在水平面上做勻速圓周運動，A球的軌道半徑是B球軌道半徑的2倍，A的轉(zhuǎn)速為30r/min，B的轉(zhuǎn)速為15r/min。則兩球的向心加速度之比為（）A．1：1B．2：1C．4：1D．8：17．如圖5-6-3所示，一質(zhì)點在水平面上