人教版必修2 向心力與向心加速度 第1課時(shí) 教案.doc

4.2向心力與向心加速度第一課時(shí)（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)向心力在學(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)要讓突出了向心力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，解釋有關(guān)問題。在學(xué)習(xí)時(shí)可以讓學(xué)生認(rèn)識(shí)實(shí)例：細(xì)線系著的小球在水平面上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)、或是一些生活中的一些實(shí)例讓學(xué)生體驗(yàn)或觀察，從而引入向心力概念。教材的實(shí)驗(yàn)很好，只是老師要提前讓學(xué)生們準(zhǔn)備大小不同的小物體、細(xì)繩，用生活物品做實(shí)驗(yàn)可以拉近科學(xué)與學(xué)生的距離。讓學(xué)生們通過實(shí)驗(yàn)、思考和討論進(jìn)一步理解向心力。教學(xué)重點(diǎn) 向心力的來源教學(xué)難點(diǎn) 向心力概念的建立及計(jì)算公式的得出及應(yīng)用時(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，并能用來進(jìn)行計(jì)算。3、 知道在變速圓周運(yùn)動(dòng)中，可用上述公式求質(zhì)點(diǎn)在某一點(diǎn)的向心力和向心加速度。4、 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。過程與方法1、 通過向心力概念的學(xué)習(xí)，知道從不同角度研究問題的方法。 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)探究的過程，領(lǐng)略實(shí)驗(yàn)是解決物理問題的一種基本途徑，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、 通過向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?！菊n前準(zhǔn)備】1、 細(xì)繩一端系一個(gè)小球2、 細(xì)桿、兩根細(xì)繩、小球、直尺、秒表3、 一根細(xì)繩系著盛水的透明小桶【教學(xué)過程】 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)賮韺W(xué)習(xí)物體做圓周運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)特征。大家看下面這幾副圖片，并根據(jù)圖做實(shí)驗(yàn)水流星實(shí)驗(yàn)，細(xì)繩系小球做圓周運(yùn)動(dòng)。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只所以沒有沿直線飛出去是因?yàn)橛欣K子在拉著物體，而第四幅圖是太陽系各個(gè)行星繞太陽做圓周運(yùn)動(dòng)是由于太陽和行星之間有引力作用，是太陽和行星之間的引力是各個(gè)行星繞太陽在做圓周運(yùn)動(dòng)。如果沒有繩的拉力和太陽與行星之間的引力那么這些物體行星就不可能做圓周運(yùn)動(dòng)，也就是說做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體都會(huì)受到一個(gè)力，這個(gè)力在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 = = r23、 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實(shí)驗(yàn)導(dǎo)入兩名學(xué)生手拉著手，其中一個(gè)繞另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)，改變兩人的距離和轉(zhuǎn)速，體會(huì)手的拉力。推進(jìn)新課通過剛才的學(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 = m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。提問：實(shí)驗(yàn)時(shí)能否讓三個(gè)量同時(shí)變。保持兩個(gè)量不變，使一個(gè)量變化。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)量就得到一般結(jié)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)們剛才所做的實(shí)驗(yàn)得出：m、r、越大，f越大；若將實(shí)驗(yàn)稍加改進(jìn)，如課本中所介紹的小實(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?；顒?dòng)探究下面我們用實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證向心力的表達(dá)式如圖所示，讓細(xì)繩轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)小球做圓周運(yùn)動(dòng)，逐漸增大角速度直到繩ap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?！菊n堂訓(xùn)練】1下列關(guān)于向心力的說法中，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)，長繩易斷b兩個(gè)小球以相同的角速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，長繩易斷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、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？圖 1解：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()2r ， t相同，fmn2r圖 24、如圖，線段oa=2ab，ab兩球質(zhì)量相等，當(dāng)它們繞o點(diǎn)在光滑的水平桌面上以相同的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，兩線段拉力之比tba：tob為 a23b32c53d21答案：a【討論交流】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)中是那些力在提供向心力。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)的力來命名的。它是從力的作用效果來命名的，凡是產(chǎn)生向心加速度的力，不管是屬于那種性質(zhì)的力，都是向心力?！窘處熢O(shè)疑】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，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。變速圓周運(yùn)動(dòng)和一般曲線運(yùn)動(dòng)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)的速度的大小？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短增大，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短變大。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。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)的分析方法來處理問題了。課堂小結(jié)1.向心力來源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)課后完成下列題目1下列說法正確的是a勻速圓周運(yùn)動(dòng)是一種勻速運(yùn)動(dòng)b勻速圓周運(yùn)動(dòng)是一種勻變速運(yùn)動(dòng)c勻速圓周運(yùn)動(dòng)是一種變加速運(yùn)動(dòng)d物體做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)其向心力垂直于速度方向，不改變線速度的大小2如圖所示為質(zhì)點(diǎn)p、q做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心加速度隨半徑變化的圖線表示質(zhì)點(diǎn)p圖 的圖線是雙曲線，表示質(zhì)點(diǎn)q的圖線是過原點(diǎn)的一條直線由圖線可知a質(zhì)點(diǎn)p的線速度大小不變b質(zhì)點(diǎn)p的角速度大小不變c質(zhì)點(diǎn)q的角速度隨半徑變化d質(zhì)點(diǎn)q的線速度大小不變圖3如圖所示，在勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的圓筒內(nèi)壁上緊靠著一個(gè)物體一起運(yùn)動(dòng)，物體所 受向心力是a重力b彈力c靜摩擦力d滑動(dòng)摩擦力4一個(gè)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體若其半徑不變， 角速度增加為原來的2倍時(shí)，所需的向心力 比原來增加了60 n，物體原來所需的向心力是 n5甲乙兩質(zhì)點(diǎn)繞同一圓心做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，甲的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑是乙的34，當(dāng)甲轉(zhuǎn)60周時(shí)，乙 轉(zhuǎn)45周，甲乙兩質(zhì)點(diǎn)的向心加速度之比 6水平轉(zhuǎn)盤上放一小木塊，當(dāng)轉(zhuǎn)速為60r/min時(shí)，木塊離軸8 cm，并恰好與轉(zhuǎn)盤間無相對(duì) 滑動(dòng)；當(dāng)轉(zhuǎn)速增加到120 r/min時(shí)，木塊應(yīng)放在離軸 cm處才能剛好與轉(zhuǎn)盤保持 相對(duì)靜止7圖是用以說明向心力和質(zhì)量、半徑之間關(guān)系的儀器，球p和q可以在光滑桿上無摩擦 地滑動(dòng)，兩球之間用一條輕繩連接，2，當(dāng)整個(gè)裝置以勻速旋轉(zhuǎn)時(shí)，兩球離轉(zhuǎn) 軸的距離保持不變，則此時(shí)a兩球受到的向心力大小相等bp球受到的向心力大于q球受到的向心力c一定等于2 圖 圖d當(dāng)增大時(shí)，p球?qū)⑾蛲膺\(yùn)動(dòng)8質(zhì)量相等的小球a、b分別固定在輕桿的中點(diǎn)及端點(diǎn)，當(dāng)桿在光滑水平面上繞o點(diǎn)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，如圖所示，求桿的oa段及ab段對(duì)球的拉力之比參考答案：1cd 2a 3b 420 5 43 627ac 8 32【板書設(shè)計(jì)】. 向心力1、勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體都會(huì)受到一個(gè)力，這個(gè)力在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、 表達(dá)式：fn = m an = m = m r2 = m、 向心力的方向：指向圓心、 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)