6.向心力公开课教案

6.向心力　 高中物理       人教2003课标版

    （一）知识与技能

1、理解向心力的概念、公式及物理意义。

2、了解变速圆周运动的概念及受力情况。

3、了解向心力概念，知道向心力是根据力的效果命名的一种力。

4、知道向心力大小与哪些因素有关，并能用来进行简单的情景计算。

5、知道在变速圆周运动中，合外力的法向分力提供了向心力，切向分力用于加速。

6、知道一般曲线运动的处理方法。

　　（二）过程与方法

1、通过对向心力概念的探究体验，让学生理解其概念的内涵。并熟悉处理问题的一般方法：提出问题、分析问题、解决问题。

2、在验证向心力表达式的过程中，体会物理实验在处理问题中的作用。

3、经历从匀速圆周运动到变速圆周运动再到一般曲线运动的研究过程，让学生领会解决问题从特殊到一般的思维方法。并学会用力和运动的观点来分析、解决问题。

　　（三）情感态度价值观

1、经历从自己提出问题到自己解决问题的过程，培养学生的问题意识及思维能力。

2、经历从特殊到一般的研究过程，培养学生分析问题、解决问题的能力。

 3、实例、实验紧密联系生活，拉近科学与学生的距离，使学生感到科学就在身边，调动学生学习的积极性，培养学生的学习兴趣。

        学生通过前面的学习，理解了质量、力与加速度的关系，了解了描述圆周运动的各个物理量及其关系，认识了匀速圆周运动指向圆心的向心加速度，并且学生已经经历了同学之间相互协作、相互讨论、相互交流及最后的成果展示的学习过程，具备了处理问题的一般思路方法：提出问题—分析问题—解决问题。同时，学生经过前面的学习，已经学会对物体进行受力分析，能正确利用正交分解法对力进行分解求合力，牛顿第二定律也为本节的学习提供了基础。

      1．教学重点

　　理解向心力的概念、公式及匀速圆周运动中供求关系，并能用来进行简单的判断计算。会分析向心力的来源。

　　2．教学难点

　　理解向心力是一个效果力，会分析向心力的来源，理解匀速圆周运动中供求关系。

以电动玩具赛车作为研究对象，如图所示，在地上画出一圆周作为赛车的轨道。将绳子穿过一个空心笔杆，绳子的一端系玩具赛车，另一端系一个弹簧测力计。注意观察弹簧测力计的示数。

1．感知向心力

       问题1：在课前实验活动中你观察到了什么现象？

       学生：小赛车做匀速圆周运动时弹簧测力计上有示数且大小不变。

       问题2：现在请同学们拿起准备好的一端系着小橡皮的绳子，让它在光滑的桌面上做匀速圆周运动（注意安全），说出你感觉到了什么？

       感觉到绳子对手有力的作用

       小结：由此可看出做匀速圆周运动的物体在指向圆心方向上存在力的作用。本节课我们就一起来探究这个力。

一、向心力

（一）寻找向心力

       问题1：请同学们观看视频，回答：（1）、地球绕太阳近似做什么运动？（2）、为什么地球绕太阳做这种运动？

       学生独立思考，得出答案：（1）、地球绕太阳近似做圆周运动并且是匀速圆周运动。（2）太阳对地球有引力作用。

       问题2：对上面的问题2中做匀速圆周运动的物体受力分析且求出合力？

       学生：完成受力分析图。

       问题3：通过上面例子，总结归纳匀速圆周运动的受力特点

      匀速圆周运动的受力特点：

      1．可受一个力或多个力

      2．合力指向圆心

      3．合力可以是弹力、引力、摩擦力等性质力，也可以是这些性质力的合力或分力

      结论：前面我们学习了匀速圆周运动中方向始终指向圆心的加速度──向心加速度，根据牛顿第二定律，产生向心加速度的原因一定是物体受到了指向圆心的合力。这个合力叫做向心力。

（二）认识向心力

        问题1：请同学们在总结归纳上面问题的基础上，给出向心力的定义、方向、大小、特点及作用效果。

       学生：总结归纳，交流评价，记录笔记：

      定义：把做匀速圆周运动的物体始终指向圆心的合力叫做向心力

     方向：始终指向圆心。

     大小：F=F=ma_n=mv²r =mw‍²r 

    特点：1．向心力是变力（方向时刻变化）；

              2．向心力可以是弹力、引力、摩擦力等性质力，也可以是这些性质力的合力或分力 ；

              3．向心力是一个效果力；

       作用效果：只改变运动（速度）方向，不改变运动（速度）大小。

       问题2：对于向心力大小的表达，有的同学认为是：F=mv²r =mw‍²r =；而有的同学根据牛顿第二定律又认为是：F_合=F‍_n

两个式子你认为哪个正确？如果都正确请说出它们分别是从什么角度来建立？

       答案：两个式子都正确。式子： F_合=Fn 是从做匀速圆周运动的物体的受力角度分析了物体能提供的向心力。

                式子：F=mv²r =mw‍²r   是用描述匀速圆周运动的物理量描述了需要的向心力

      结论：对于这两个式子是否能够相等？提供的合力是否就等于所需要的向心力？需要实验来验证。

(三) 实验探究：

       实验一：用圆锥摆粗略验证向心力的表达式：

实验目的：

验证：F=ma_n=mv²r =mw‍²r 

实验原理：构造一个圆锥摆。一方面由小球所受的重力与绳拉力的合力计算提供的向心力

（F=mgtanα  ）；

另一方面由小球运动的速率及旋转半径计算需要的向心力

（F=ma_n=mv²r =mw‍²r  ）

实验器材：铁架台、小钢球、细线、白纸、刻度尺、天平、秒表。

1. 实验过程：1．组装仪器

                 2．圆锥摆摆动

                 3．物理量测量

                 4．数据记录

                 5．数据分析

学生实验：

数据记录

   数据分析：

   实验结论：

         F=ma_n=mv²r =mw‍²r 

    实验二：探究影响向心力大小的因素

          实验仪器：向心力演示仪、小钢球，小塑料球

       问题1：在前面我们让同学们利用系绳子的橡皮快演示匀速圆周运动，可是有部分同学让橡皮快在竖直平面内做圆周运动。老师当时说，这时橡皮快不做匀速圆周运动，为什么？那它做什么运动？这种运动的受力特点？请同学们再举一些类似的例子。

答案：因为它的速度大小发生了变化，在最高点最小，在最低点最大。

      变速圆周运动

       过山车，水流星

        结论：对于一般的圆周运动，研究方法和匀速圆周运动的研究方法一样，把合理分解在切线方向和半径方向。

      问题2：对于本章我们研究的对象是曲线运动，而到目前为止我们已经研究了两种特殊的曲线运动──平抛运动和圆周运动，那对于一般的曲线运动，我们怎么去研究呢？

    如图所示

       处理一般曲线运动方法：

       一般曲线 → 小段圆弧→ 圆周运动

学生实验：

    实验一：用圆锥摆粗略验证向心力的表达式

    实验二：探究影响向心力大小的因素

数据记录：

       表格见课件

数据分析：

      例题：如图所示，在游乐场中，小明和同学小新坐在大转盘上玩。小明发现当转盘转动起来时自己有向外被甩的感觉，小明想不通这是为什么？请同学们帮助小明分析一下原因。（希望能画图分析）

分析：当转盘转动起来时，小明和小新各自绕中轴做匀速圆周运动。由于做圆周运动需要向心力，所以他们的合力要分别指向圆心。对小明和小新各自受力分析，如图所示，这个向外的运动趋势产生了静摩擦力。

例题：

质量为m的物体,放在水平转盘上, 随转盘一起以角速度ω匀速转动,物体到圆盘中心距离为r.

(1)物体受到的力是

A.重力,支持力

B.重力,支持力,向心力

C.重力,支持力,摩擦力                                                       

D.重力,支持力,向心力,摩擦力

(2)求物体受到的摩擦力大小和方向

       f=mω²r                 指向圆心

（其他例题见课件）

1．在匀速圆周运动中，下列物理量不变的是（ D  ）

A．向心加速度         B．线速度        C．向心力             D．角速度

2．下列关于做匀速圆周运动的物体所受的向心力的说法

中正确的是   (   B )

A．物体除其他的力外还要受到—个向心力的作用

B．物体所受的合外力提供向心力

C．向心力是一个恒力

D．向心力的大小—直在变化 

必做：课本P24页问题与练习：1、3题。

　　辅导书学案6。

6.向心力　

6.向心力　

以电动玩具赛车作为研究对象，如图所示，在地上画出一圆周作为赛车的轨道。将绳子穿过一个空心笔杆，绳子的一端系玩具赛车，另一端系一个弹簧测力计。注意观察弹簧测力计的示数。

1．感知向心力

       问题1：在课前实验活动中你观察到了什么现象？

       学生：小赛车做匀速圆周运动时弹簧测力计上有示数且大小不变。

       问题2：现在请同学们拿起准备好的一端系着小橡皮的绳子，让它在光滑的桌面上做匀速圆周运动（注意安全），说出你感觉到了什么？

       感觉到绳子对手有力的作用

       小结：由此可看出做匀速圆周运动的物体在指向圆心方向上存在力的作用。本节课我们就一起来探究这个力。

一、向心力

（一）寻找向心力

       问题1：请同学们观看视频，回答：（1）、地球绕太阳近似做什么运动？（2）、为什么地球绕太阳做这种运动？

       学生独立思考，得出答案：（1）、地球绕太阳近似做圆周运动并且是匀速圆周运动。（2）太阳对地球有引力作用。

       问题2：对上面的问题2中做匀速圆周运动的物体受力分析且求出合力？

       学生：完成受力分析图。

       问题3：通过上面例子，总结归纳匀速圆周运动的受力特点

      匀速圆周运动的受力特点：

      1．可受一个力或多个力

      2．合力指向圆心

      3．合力可以是弹力、引力、摩擦力等性质力，也可以是这些性质力的合力或分力

      结论：前面我们学习了匀速圆周运动中方向始终指向圆心的加速度──向心加速度，根据牛顿第二定律，产生向心加速度的原因一定是物体受到了指向圆心的合力。这个合力叫做向心力。

（二）认识向心力

        问题1：请同学们在总结归纳上面问题的基础上，给出向心力的定义、方向、大小、特点及作用效果。

       学生：总结归纳，交流评价，记录笔记：

      定义：把做匀速圆周运动的物体始终指向圆心的合力叫做向心力

     方向：始终指向圆心。

     大小：F=F=ma_n=mv²r =mw‍²r 

    特点：1．向心力是变力（方向时刻变化）；

              2．向心力可以是弹力、引力、摩擦力等性质力，也可以是这些性质力的合力或分力 ；

              3．向心力是一个效果力；

       作用效果：只改变运动（速度）方向，不改变运动（速度）大小。

       问题2：对于向心力大小的表达，有的同学认为是：F=mv²r =mw‍²r =；而有的同学根据牛顿第二定律又认为是：F_合=F‍_n

两个式子你认为哪个正确？如果都正确请说出它们分别是从什么角度来建立？

       答案：两个式子都正确。式子： F_合=Fn 是从做匀速圆周运动的物体的受力角度分析了物体能提供的向心力。

                式子：F=mv²r =mw‍²r   是用描述匀速圆周运动的物理量描述了需要的向心力

      结论：对于这两个式子是否能够相等？提供的合力是否就等于所需要的向心力？需要实验来验证。

(三) 实验探究：

       实验一：用圆锥摆粗略验证向心力的表达式：

实验目的：

验证：F=ma_n=mv²r =mw‍²r 

实验原理：构造一个圆锥摆。一方面由小球所受的重力与绳拉力的合力计算提供的向心力

（F=mgtanα  ）；

另一方面由小球运动的速率及旋转半径计算需要的向心力

（F=ma_n=mv²r =mw‍²r  ）

实验器材：铁架台、小钢球、细线、白纸、刻度尺、天平、秒表。

1. 实验过程：1．组装仪器

                 2．圆锥摆摆动

                 3．物理量测量

                 4．数据记录

                 5．数据分析

学生实验：

数据记录

   数据分析：

   实验结论：

         F=ma_n=mv²r =mw‍²r 

    实验二：探究影响向心力大小的因素

          实验仪器：向心力演示仪、小钢球，小塑料球

       问题1：在前面我们让同学们利用系绳子的橡皮快演示匀速圆周运动，可是有部分同学让橡皮快在竖直平面内做圆周运动。老师当时说，这时橡皮快不做匀速圆周运动，为什么？那它做什么运动？这种运动的受力特点？请同学们再举一些类似的例子。

答案：因为它的速度大小发生了变化，在最高点最小，在最低点最大。

      变速圆周运动

       过山车，水流星

        结论：对于一般的圆周运动，研究方法和匀速圆周运动的研究方法一样，把合理分解在切线方向和半径方向。

      问题2：对于本章我们研究的对象是曲线运动，而到目前为止我们已经研究了两种特殊的曲线运动──平抛运动和圆周运动，那对于一般的曲线运动，我们怎么去研究呢？

    如图所示

       处理一般曲线运动方法：

       一般曲线 → 小段圆弧→ 圆周运动

学生实验：

    实验一：用圆锥摆粗略验证向心力的表达式

    实验二：探究影响向心力大小的因素

数据记录：

       表格见课件

数据分析：

      例题：如图所示，在游乐场中，小明和同学小新坐在大转盘上玩。小明发现当转盘转动起来时自己有向外被甩的感觉，小明想不通这是为什么？请同学们帮助小明分析一下原因。（希望能画图分析）

分析：当转盘转动起来时，小明和小新各自绕中轴做匀速圆周运动。由于做圆周运动需要向心力，所以他们的合力要分别指向圆心。对小明和小新各自受力分析，如图所示，这个向外的运动趋势产生了静摩擦力。

例题：

质量为m的物体,放在水平转盘上, 随转盘一起以角速度ω匀速转动,物体到圆盘中心距离为r.

(1)物体受到的力是

A.重力,支持力

B.重力,支持力,向心力

C.重力,支持力,摩擦力                                                       

D.重力,支持力,向心力,摩擦力

(2)求物体受到的摩擦力大小和方向

       f=mω²r                 指向圆心

（其他例题见课件）

1．在匀速圆周运动中，下列物理量不变的是（ D  ）

A．向心加速度         B．线速度        C．向心力             D．角速度

2．下列关于做匀速圆周运动的物体所受的向心力的说法

中正确的是   (   B )

A．物体除其他的力外还要受到—个向心力的作用

B．物体所受的合外力提供向心力

C．向心力是一个恒力

D．向心力的大小—直在变化 

必做：课本P24页问题与练习：1、3题。

　　辅导书学案6。

• 优点:

  讲授的过程多样，有演示、有学生体验、有现象分析。较好的让学生认识了向心力各种特性，并通过训练让学生较好的掌握了怎样去寻找向心力的难点问题。

• 缺点:

  导入实验可能不好控制，对学生的一些提问显得不清晰，学生难以回答。