向心力和向心加速度教案

向心力和向心加速度教材分析《向心力與向心加速度》是司南版高中物理必修2第五章的內(nèi)容.標(biāo)準(zhǔn)要求“知道向心加速度，能用牛頓其次定律分析勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力與向心加速度的關(guān)系“。該標(biāo)準(zhǔn)要求學(xué)生生疏什么是向心力,知道向心力與向心加速度的關(guān)系，在此根底上，能分析一些做勻速好這局部學(xué)問，可以為學(xué)習(xí)本章后面應(yīng)用局部打下根底,也為將來進(jìn)一步探究萬有引力定律和有關(guān)圓周運(yùn)動(dòng)相關(guān)學(xué)問作好必要的學(xué)問和力量預(yù)備。內(nèi)容與地位《一般高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》共同必修模塊“物理２”的內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)中,涉及本節(jié)的內(nèi)容有力和向心加速度的關(guān)系,能分析一些做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體所受的向心力。本節(jié)內(nèi)容是繼平拋運(yùn)動(dòng)后，又一個(gè)變速運(yùn)動(dòng)的典型實(shí)例，是學(xué)生普遍感到難學(xué)，但又格外重要的局部。在學(xué)習(xí)該內(nèi)容前,學(xué)生對(duì)變速運(yùn)動(dòng)概念已有較為全面的理解,知道什么是量法進(jìn)展試驗(yàn)探究的經(jīng)受。教學(xué)中可以嘗試應(yīng)用提出一些問題——設(shè)計(jì)試驗(yàn)——進(jìn)展試驗(yàn)——分析試驗(yàn)--得出結(jié)論的科學(xué)探究教與學(xué)的方式,激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，培育學(xué)生覺察問題,提出問題，分析問題和解決問題的力量,學(xué)習(xí)科學(xué)的思維方法，提升自主學(xué)習(xí)的力量。學(xué)情分析因此，可以利用高中學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性、抽象思維力量都比較強(qiáng)的特點(diǎn),設(shè)置適當(dāng)?shù)膯栴}情境激發(fā)學(xué)生的思考、爭(zhēng)論,學(xué)生需應(yīng)用已有學(xué)問，樂觀思維，通過對(duì)問題的主動(dòng)探究、獲得概念、得出規(guī)律，以到達(dá)對(duì)學(xué)問深入理解和提高力量的目的。教學(xué)設(shè)計(jì)理念向心力與向心加速度對(duì)學(xué)生來說雖然是的概念,且概念本身較難，但學(xué)生已具備必要力分析，并且屢次經(jīng)受了應(yīng)用掌握變量法進(jìn)展試驗(yàn)探究。因此，教師可以依據(jù)思維的規(guī)律，通過不同類型的試驗(yàn),設(shè)置循序漸進(jìn)的問題情境，組織學(xué)生對(duì)一個(gè)個(gè)問題進(jìn)展充分的分析、爭(zhēng)論問題、解決問題的過程。從而培育學(xué)生自主學(xué)習(xí)力量、試驗(yàn)力量和溝通、爭(zhēng)論的習(xí)慣。一、教學(xué)目標(biāo)［學(xué)問與技能]12、理解向心加速度和向心力公式的含義。作用及來源。［過程與方法]12題。3、嘗試經(jīng)過思考發(fā)表自己的見解,嘗試運(yùn)用圓周運(yùn)動(dòng)的規(guī)律解決一些與生產(chǎn)和生活相關(guān)的實(shí)際問題。4、通過試驗(yàn),讓學(xué)生體會(huì)從特別到一般、具體到抽象、層層遞進(jìn)的科學(xué)思維方法，培育學(xué)生分析、推理和歸納力量。［情感態(tài)度與價(jià)值觀］12、樂于探究日常生活中的圓周運(yùn)動(dòng)所隱蔽的物理規(guī)律,有將物理學(xué)問應(yīng)用于生產(chǎn)和生活的意識(shí).在學(xué)習(xí)的過程中體驗(yàn)解決問題成功的喜悅,養(yǎng)成擅長(zhǎng)溝通合作的良好的習(xí)慣，懂得應(yīng)用掌握變量法解決問題。二、教學(xué)重難點(diǎn)重點(diǎn):了解向心力的來源，建立向心力的概念。難點(diǎn):理解向心力的概念和探究向心力大小的試驗(yàn)設(shè)計(jì)。三、教學(xué)方法問題爭(zhēng)論法和試驗(yàn)探究的方法講授法歸納法［教學(xué)用具：投影儀、多媒體、CAI課件、向心力演示器、鋼球、鋁球、細(xì)繩、印泥、白紙四、媒體和教具多媒體課件、威士忌酒杯、乒乓球、自制環(huán)形擋板試驗(yàn)儀、自制水平轉(zhuǎn)盤試驗(yàn)儀、自制向心力筆、向心力演示器。五、教學(xué)過程設(shè)置情景杯子在豎直面內(nèi)運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí)，杯口已經(jīng)朝下，水也不會(huì)從杯里灑出來?復(fù)習(xí)提問⑴物體分別做直線運(yùn)動(dòng)、曲線運(yùn)動(dòng)時(shí)，所受的合外力F合與速度ν0存在什么關(guān)系?不在同一條直線上時(shí)，物體將做曲線運(yùn)動(dòng)。前面我們學(xué)習(xí)了勻速圓周運(yùn)動(dòng)，勻速圓周運(yùn)動(dòng)的速度有什么特點(diǎn)呢？生：速度大小不變，方向不斷變化,也就是說勻速圓周運(yùn)動(dòng)是變速曲線運(yùn)動(dòng)，它的速度方向不斷發(fā)生轉(zhuǎn)變。速度方向變了，就存在一個(gè)速度轉(zhuǎn)變量，有速度轉(zhuǎn)變量，就有一個(gè)加速度。由牛頓其次定律，有加速度就有力。那么做圓周運(yùn)動(dòng)的物體受力有何特點(diǎn)?加速度有如何呢？這節(jié)課我們先學(xué)習(xí)這些問題。二、向心力及其方向?qū)D釘釘在光滑水平桌面上.先做勻速直線運(yùn)動(dòng)。伸直后，小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng).問題爭(zhēng)論：1、繩繃緊前，小球?yàn)槭裁醋鰟蛩僦本€運(yùn)動(dòng)？2個(gè)力？這個(gè)力的方向有什么特點(diǎn)？這個(gè)力起什么作用？分析：小球在桌面上做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，受到三個(gè)外力的作用，即重力G、桌面支持力Ｎ和繩子的拉力Ｆ，合力就是繩子的拉力Ｆ。繩子的拉力的方向呢？明顯，正是這個(gè)拉力使小球做圓周運(yùn)動(dòng).方向不斷變化，不轉(zhuǎn)變速度的大小，只轉(zhuǎn)變速度的方向。學(xué)玩耍有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探究欲望，也為下面的教學(xué)供給實(shí)例.引入起到了吸引學(xué)生學(xué)習(xí)的目的，又照應(yīng)之后教學(xué),為向心力概念建立和向心力來源創(chuàng)設(shè)情境.】那是不是只有彈力能使物體做圓周運(yùn)動(dòng)呢？我們?cè)賮砜匆粋€(gè)試驗(yàn)轉(zhuǎn)盤，毛巾上放一個(gè)木塊,現(xiàn)在我讓木塊隨著轉(zhuǎn)盤近似做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。請(qǐng)大家對(duì)木塊受力分析。木塊受到哪些力呢？方向呢?對(duì)了，靜摩擦力的方向沿著半徑指向圓心.我們學(xué)過靜摩擦力的方向與運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)相反,又從上面的試驗(yàn)得到啟發(fā),做圓周運(yùn)動(dòng)的物體有遠(yuǎn)離圓心的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，所以靜摩擦力的方向與這個(gè)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)相反，總是沿著半徑指向圓心。正是這個(gè)靜摩擦力使木塊做圓周運(yùn)動(dòng)?；颍罕P近似做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，我們以人為爭(zhēng)論對(duì)象，請(qǐng)大家對(duì)人進(jìn)展受力分析。人受到哪些力呢？很好,木塊受到重力、支持力和摩擦力.那這個(gè)摩擦力是滑動(dòng)摩擦力還是靜摩擦力呢？對(duì)了，是靜摩擦力.其中重力和支持力是一對(duì)平衡力，作用效果相互抵消。那靜摩擦力方向呢？對(duì)了，靜摩擦力的方向沿著半徑指向圓心.我們學(xué)過靜摩擦力的方向與運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)相反,又從上面的試驗(yàn)得到啟發(fā)，做圓周運(yùn)動(dòng)的物體有遠(yuǎn)離圓心的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，所以靜摩擦力的方向與這個(gè)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)相反，總是沿著半徑指向圓心。正是這個(gè)靜摩擦力使木塊做圓周運(yùn)動(dòng)。我們?cè)賮砜磮D４－１６，鏈球運(yùn)發(fā)動(dòng)用力輪著鏈球做圓周運(yùn)動(dòng),金屬鏈與水平面并不平行,對(duì)鏈球進(jìn)展受力分析，它受到哪些力呢？做圓周運(yùn)動(dòng)呢？很好,是重力與拉力的合力，還有沒別的說法?我們將拉力和重力沿水平方向和豎直方向進(jìn)展分解，怎么樣？哎，對(duì)了，也可以說是拉力的水平分力，方向總是沿半徑指向圓心，正是這個(gè)力使乒乓球做圓周運(yùn)動(dòng).現(xiàn)在同學(xué)們爭(zhēng)論一下,前面三個(gè)例子中小球、人、鏈球，他們有什么共同點(diǎn)呢?1。都做圓周運(yùn)動(dòng).2。都受到指向圓心的力的作用。做向心力。做圓周運(yùn)動(dòng)的物體要受到一個(gè)始終指向圓心的等效力的作用，這個(gè)力叫向心力。板書：1、定義:做圓周運(yùn)動(dòng)的物體要受到一個(gè)始終指向圓心的等效力定義中提到了向心力的方向，大家能把它找出來嗎？對(duì)了，向心力的方向始終指向圓心板書：2、方向：始終指向圓心那向心力是由什么力供給的呢？第一個(gè)例子中是彈力，其次個(gè)例子中是靜摩擦力，第三個(gè)例子中是重力和支持力的合那么向心力有什么作用效果呢?度方向始終垂直，所以向心力只轉(zhuǎn)變速度方向,不轉(zhuǎn)變速度大小。向心力不做功。板書：3、作用效果：只轉(zhuǎn)變速度方向,不轉(zhuǎn)變速度大小，不做功果來命名的，不是一種的特別性質(zhì)的力。舉個(gè)例子：剛剛做圓周運(yùn)動(dòng)的木塊受到重力、支持力、靜摩擦力和一個(gè)向心力，這種說法對(duì)嗎？很好,不對(duì)，由于向心力不是一種的特別性質(zhì)的力,就是靜摩擦力供給向心力了。前面我們學(xué)習(xí)過了，做圓周運(yùn)動(dòng)的物體的線速度的方向沿著切線方向，而向心力總是〔線速度大小時(shí)刻轉(zhuǎn)變，向心力并非是物體受到的合外力，我們以后會(huì)連續(xù)學(xué)到這種狀況。你的向心里是從哪里來的？上述三個(gè)典型實(shí)例，符合學(xué)生的學(xué)習(xí)心理特點(diǎn)，既能啟發(fā)學(xué)生思維，又能培育和提高學(xué)生分析問題和解決問題的力量。通過分析三個(gè)問題情境,學(xué)生很直觀地總結(jié)出向心力的定心力，不是會(huì)產(chǎn)生向心力。速度總是沿著切線方向，而向心力是指向圓心，它們總是垂直,是由彈力、靜摩擦力、重力和支持力的合力，甚至是某個(gè)力的分力來供給,不要把向心力當(dāng)作一個(gè)特別性質(zhì)的力.過程分析突出了學(xué)生的主體地位，切實(shí)發(fā)揮了學(xué)生在課堂教學(xué)中應(yīng)有的作用。學(xué)生不是被動(dòng)的承受學(xué)問，而是參與學(xué)問的獲得過程，表達(dá)了“自主學(xué)習(xí)”的課程教學(xué)理念。三、科學(xué)探究：向心力的大小〔1)提出問題：向心力的大小可能與哪些因素有關(guān)？〔2〕科學(xué)猜測(cè)驗(yàn)手的拉力對(duì)小球運(yùn)動(dòng)的影響。說明：試驗(yàn)過程中留意引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)繩的長(zhǎng)短、球的大小、轉(zhuǎn)速的快慢對(duì)手拉力的大小的影響.做圓周運(yùn)動(dòng),學(xué)生感受向心力的大小.先體驗(yàn)得出定性的生疏，即得出向心力的大小可能質(zhì)量、半徑、角速度、線速度、周期、轉(zhuǎn)速等因素有關(guān)。教師引導(dǎo)分析，線速度、周期、角速度以及轉(zhuǎn)速又有關(guān)系,都是描述圓周運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)快慢的物理量，從而歸結(jié)為：向心力的大小可能與質(zhì)量、半徑、角速度有關(guān).影響向心力大小的可能因素比較多，應(yīng)承受掌握變量法進(jìn)展?fàn)幷摗?3〕介紹向心力演示器構(gòu)造和使用方法速度、半徑的定量關(guān)系.大家看，這是向心力演示器：勻速轉(zhuǎn)動(dòng)手柄,可以使塔倫、長(zhǎng)槽和短槽勻速轉(zhuǎn)動(dòng),槽內(nèi)的小球也就隨之做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，這時(shí)小球向外擠壓擋板，擋板對(duì)小球的反作用力供給了小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力簧測(cè)力套筒里的彈簧，彈簧的壓縮量可以從標(biāo)尺上讀出，該讀書顯示了向心力大小。〔4〕試驗(yàn)探究的鋼球和鋁球轉(zhuǎn)變質(zhì)量.將球放置在長(zhǎng)槽和短槽的不同位置，轉(zhuǎn)變半徑。通過調(diào)整塔倫上的皮帶連接兩個(gè)塔輪,就可以轉(zhuǎn)變角速度。引導(dǎo)學(xué)生爭(zhēng)論試驗(yàn)方法-—掌握變量法,從而設(shè)計(jì)試驗(yàn)2。2探究探究FFF向與m的關(guān)系向與r的關(guān)系向與ω的關(guān)系掌握轉(zhuǎn)變m不同r不同結(jié)論F∝m向F∝r向F∝向2〔3〕學(xué)生分組進(jìn)展試驗(yàn)a：質(zhì)量不同的鋼球和鋁球，當(dāng)它們運(yùn)動(dòng)的半徑r和角速度ω一樣時(shí)，比較向心力的大小b：兩個(gè)質(zhì)量一樣的小球，保持運(yùn)動(dòng)半徑一樣，觀看向心力與角速度之間的關(guān)系c：兩個(gè)質(zhì)量一樣的小球，保持小球運(yùn)動(dòng)的角速度一樣，觀看向心力的大小與運(yùn)動(dòng)半徑之間的關(guān)系.試驗(yàn)表格1二球一樣的物理量r、ω不同的物理量m觀看結(jié)果mF越大向2m、ωrrF越大向3m、rωω越大，F(xiàn)越大向試驗(yàn)結(jié)論:F隨r、w、m向〔4〕mrω都有關(guān)系,且給出公式：F＝mrω2向(5〕試驗(yàn)結(jié)論F m學(xué)生通過分組試驗(yàn)，能覺察向Fmr2。

F r F，向 ，向

2

。最終教師總結(jié)全班試驗(yàn)結(jié)科學(xué)家們用更準(zhǔn)確的試驗(yàn)也得到一樣的結(jié)果。準(zhǔn)確的爭(zhēng)論說明：Fkmr2當(dāng)公式中個(gè)物理量的單位都用國(guó)際單位制的單位時(shí)，k=1Fmr2。從而可以推得向心力的表達(dá)式

Fmr2

v2mr出教材的重點(diǎn)，突破教材的難點(diǎn)四、理論推導(dǎo)：向心加速度的作用，那么它必定存在一個(gè)由向心力產(chǎn)生的加速度，這個(gè)加速度就叫做向心加速度。板書：三、向心加速度那么，向心加速度的定義是什么呢?物理學(xué)中把做圓周運(yùn)動(dòng)物體的沿半徑指向圓心的加速度，叫做向心加速度。板書：1、定義：做圓周運(yùn)動(dòng)物體的沿半徑指向圓心的加速度我們知道，加速度是矢量，既有大小，又有方向。我們先來爭(zhēng)論向心加速度的方向。向心加速度的方向是怎樣的呢?對(duì)了，向心加速度的方向要和向心力的方向全都，始終指向圓心。板書:2、方向：始終指向圓心導(dǎo)出向心加速度的公式。我們請(qǐng)這位同學(xué)來答復(fù)一下。答復(fù)得格外好,請(qǐng)坐。Fma，可以得到a

Fm；聯(lián)系向心力公式v2 v2Fmrw2Fmr

arw2或arv2板書:3arw2或ar度變化快慢的物理量，速度是矢量，既有大小又有方向，速度的變化既包括大小的變化,也包括方向的變化。但是我們前面學(xué)過,向心力的作用效果只轉(zhuǎn)變物體速度的方向，不轉(zhuǎn)變速度的大小?？梢?，向心加速度是描述線速度方向變化快慢的物理量.這就是向心加速度的物理意義。板書：4、物理意義:描述線速度方向變化快慢的物理量。我們知道,對(duì)于某一確定的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，向心力和向心加速度的大小恒定不變，那方向呢？方向也是不變的嗎？對(duì)了，向心力和向心加速度的方向時(shí)刻在轉(zhuǎn)變?？梢?勻速圓周運(yùn)動(dòng)是加速度不斷轉(zhuǎn)變的變加速曲線運(yùn)動(dòng)。大小也會(huì)發(fā)生變化。利用公式求解某時(shí)刻向心力和向心加速度的大小時(shí),速度必需用瞬時(shí)速度。74課堂總結(jié)：最終，我們來總結(jié)一下本節(jié)課的學(xué)問。大家說說,你們都學(xué)到了什么?作業(yè)布置：教案版：一、 課引入演示試驗(yàn)：在光滑的水平桌面上，用一根細(xì)繩，一端系一小球，另一端固定在一枚圖釘上。將圖釘釘在光滑水平桌面上。〔1〕 速直線運(yùn)動(dòng)。(2〕 小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng).問題爭(zhēng)論：1、繩繃緊前,小球?yàn)槭裁醋鰟蛩僦本€運(yùn)動(dòng)？2力的方向有什么特點(diǎn)？這個(gè)力起什么作用？分析：小球在桌面上做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，受到三個(gè)外力的作用,即重力G、桌面支持力Ｎ和繩子的拉力Ｆ,合力就是繩子的拉力Ｆ.繩子的拉力的方向呢？很好.小球受到的拉力方向雖然時(shí)刻在轉(zhuǎn)變,但它始終沿著繩子的方向，沿著半徑指向圓心。拉力是球拉繩子使繩子發(fā)生形變產(chǎn)生的，說明做圓周運(yùn)動(dòng)的小球有遠(yuǎn)離圓心的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)。明顯，正是這個(gè)拉力使小球做圓周運(yùn)動(dòng)。方向不斷變化，不轉(zhuǎn)變速度的大小,只轉(zhuǎn)變速度的方向.【實(shí)例2：木塊在蒙有毛巾的轉(zhuǎn)盤上隨著轉(zhuǎn)盤近似做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，要求學(xué)生對(duì)其進(jìn)展受力分析。學(xué)生分析木塊受到的重力和支持力的作用。教師歸納:這兩個(gè)力相互抵消，合力為零，靜摩擦力方向呢？啟發(fā)學(xué)生：1、依據(jù)已學(xué)學(xué)問：靜摩擦力與運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)相反；2、上面試驗(yàn)啟發(fā)：做圓周運(yùn)動(dòng)的物體有遠(yuǎn)離圓心的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)。教師歸納:靜摩擦力的方向是指向圓心，正是這個(gè)靜摩擦力使木塊近似做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。不平行，對(duì)鏈球進(jìn)展受力分析，它受到哪些力呢？啟發(fā)學(xué)生：鏈球受到重力，金屬鏈對(duì)它的彈力，我們可以畫出它的受力示意圖。那是什么力使鏈球做圓周運(yùn)動(dòng)呢？教師歸納:是重力與拉力的合力，或是拉力的水平分力，方向總是沿半徑指向圓