2023學(xué)年完整公開(kāi)課版《2向心力》教學(xué)

向心力這就是我們今天將要學(xué)習(xí)的問(wèn)題。

勇敢者轉(zhuǎn)盤，空中飛椅，它們與人一起做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。你知道它們?cè)谶\(yùn)動(dòng)過(guò)程中所受合力的方向有什么特點(diǎn)嗎？一、向心力

做圓周運(yùn)動(dòng)的物體，其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)在不斷變化，說(shuō)明物體一定受到了力的作用。V那么迫使物體做圓周運(yùn)動(dòng)的力的方向有何特點(diǎn)呢？

一個(gè)小球在細(xì)線的牽引下，繞光滑桌面上的圖釘做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。小球受到哪幾個(gè)力作用？用剪刀將細(xì)線剪斷，觀察小球?qū)⒆鍪裁催\(yùn)動(dòng)？你認(rèn)為使小球做圓周運(yùn)動(dòng)的力指向何方？研究小球所受合力的方向思考與討論OGFNF小球受到重力，桌面支持力和細(xì)線的拉力作用。OFN與G相平衡，所以合力為F用剪刀將細(xì)線剪斷，小球?qū)⒀厍芯€方向飛出，做勻速直線運(yùn)動(dòng)。FFFVVO結(jié)論：物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，合外力指向圓心，且與線速度V垂直。

對(duì)于做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體，物體的速度大小不發(fā)生改變，因此，所受合力只改變速度的方向。V1.向心力做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體所受的合力總指向圓心，這個(gè)指向圓心的力就叫作向心力，符號(hào)：Fn3.向心力的作用只改變線速度的方向2.方向：始終指向圓心（與v垂直或與半徑垂直），是變力。

向心力是根據(jù)力的作用效果命名的，它不是具有確定性質(zhì)的某種力，它可以是某一個(gè)力或者幾個(gè)力的合力提供的。如圖：拉力和重力的合力提供物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)向心力。O'ωOθlmmgF合FT4.向心力來(lái)源

地球繞太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)可近似看作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，太陽(yáng)對(duì)地球的引力提供向心力。F引

飛椅與人一起做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力Fn則是由繩子斜向上方的拉力F和所受重力G的合力提供的。FnGF靜摩擦力提供物體做勻速圓周的向心力。ωA二、向心力的大小思考：研究向心力的大小與哪些因素有關(guān)？向心力的大小我們可以先通過(guò)實(shí)驗(yàn)感受向心力大小與圓周運(yùn)動(dòng)的一些運(yùn)動(dòng)學(xué)量之間的定性關(guān)系，再通過(guò)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步探究向心力的大小與這些量的定量關(guān)系。感受向心力做一做實(shí)驗(yàn)器材r繩子、小沙袋（2）保持沙袋轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和繩的長(zhǎng)度不變，改變沙袋的質(zhì)量，感受向心力的變化。（4）保持沙袋的質(zhì)量和沙袋轉(zhuǎn)動(dòng)的速度不變，改變繩的長(zhǎng)度，感受向心力的變化。（3）保持繩的長(zhǎng)度和沙袋的質(zhì)量不變，改變沙袋轉(zhuǎn)動(dòng)的速度，感受向心力的變化。（1）在繩子的一端拴一個(gè)小沙袋，另一端握在手中，將手舉過(guò)頭頂，使沙袋在水平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)。沙袋所受的向心力近似等于手通過(guò)繩對(duì)沙袋的拉力。實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)結(jié)論向心力的大小與物體的質(zhì)量、速度、軌道半徑有什么樣關(guān)系呢？我們可以通過(guò)向心力演示器對(duì)此進(jìn)行更深入的研究。做圓周運(yùn)動(dòng)的物體所受向心力的大小與物體的質(zhì)量、速度、軌道半徑等因素有關(guān)系。做一做探究向心力大小的表達(dá)式實(shí)驗(yàn)器材向心力演示器12435876勻速轉(zhuǎn)動(dòng)手柄1、變速塔輪2和3、長(zhǎng)槽4和短槽5、橫臂6、彈簧測(cè)力套筒7、標(biāo)尺8。向心力演示器、兩個(gè)質(zhì)量相同的鋼球和一個(gè)質(zhì)量小的鋁球。向心力演示器的構(gòu)造原理

勻速轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，使變速塔輪以及長(zhǎng)槽和短槽和槽內(nèi)的小球隨之勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，使小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由橫臂的擋板對(duì)小球的壓力提供。球?qū)醢宓姆醋饔昧Γㄟ^(guò)橫臂的杠桿作用使彈簧測(cè)力套筒下降，從而露出標(biāo)尺。根據(jù)標(biāo)尺上露出的紅白相間等分標(biāo)記，可以粗略計(jì)算出兩個(gè)球所受向心力的比值。（1）向心力與質(zhì)量關(guān)系

讓鋼球與鋁球的質(zhì)量之比為2:1。將鋼球和鋁球分別放在相同半徑處，搖動(dòng)手柄。觀察套桶露出標(biāo)度的格數(shù)，比較向心力的大小。實(shí)驗(yàn)步驟其他條件相同的條件下，質(zhì)量越大，套桶露出標(biāo)度的格數(shù)越多，即向心力越大。（2）向心力與角速度的關(guān)系

將兩個(gè)質(zhì)量相同的小鋼球放在相同半徑處。皮帶套在兩個(gè)半徑為2:1的塔輪上，轉(zhuǎn)動(dòng)手柄觀察套筒露出標(biāo)度的格數(shù)，比較向心力的大小。其他條件相同的條件下，角速度越大，套桶露出標(biāo)度的格數(shù)越多，即向心力越大。將兩個(gè)質(zhì)量相同的鋼球分別放在不同半徑處。搖動(dòng)手柄觀察套筒露出標(biāo)度的格數(shù)，比較向心力的大小。（3）向心力與半徑的關(guān)系其他條件相同的條件下，半徑越大，套桶露出標(biāo)度的格數(shù)越多，即向心力越大。精確的實(shí)驗(yàn)表明，向心力的大小可以表示為：Fn＝mω2r由：v=ωr得v2Fn＝m——r1.加速、減速、改變速度方向（1）加速：速度方向與力的方向相同（2）減速：速度方向與力的方向相反vFvF三、變速圓周運(yùn)動(dòng)和一般曲線運(yùn)動(dòng)的受力特點(diǎn)Fn（3）力的方向與速度方向垂直，只改變速度方向，不改變速度的大小。2.變速圓周運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)如圖：做圓周運(yùn)動(dòng)的沙袋正在加速轉(zhuǎn)動(dòng)。O是沙袋運(yùn)動(dòng)軌跡的圓心，F(xiàn)是繩對(duì)沙袋的拉力。FO

根據(jù)F產(chǎn)生的效果，可以把F分解為兩個(gè)相互垂直的分力：跟圓周相切的分力Ft和指向圓心的分力Fn。Ft與沙袋運(yùn)動(dòng)的速度同向，使得沙袋的速度越來(lái)越大；Fn指向圓心，提供沙袋做圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力，改變沙袋速度的方向。FFnFtFn改變速度的方向Ft改變速度的大小v0思考與討論：當(dāng)物體做圓周運(yùn)動(dòng)的線速度逐漸減小時(shí)，物體所受合力的方向與速度方向的夾角是大于90°還是小于90°呢？大于90°FFnFtv0Ft與物體運(yùn)動(dòng)的速度反向，使得物體的速度越來(lái)越小；Fn指向圓心，提供物體做圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力，改變物體速度的方向。r2r13.一般的曲線運(yùn)動(dòng)（1）定義：運(yùn)動(dòng)軌跡既不是直線也不是圓周的曲線運(yùn)動(dòng)，可以稱為一般的曲