教學(xué)設(shè)計(jì)向心力

1、【教學(xué)設(shè)計(jì) 】學(xué)校：臨清二中學(xué)科：物理編寫人：梁述敏審稿人：李延青5.7向心力一、教材分析教材首先從日常生活中感知?dú)怏w的壓強(qiáng)、體積、和溫度之間有一定的關(guān)系，而沒有從對氣體的三個(gè)狀態(tài)參量進(jìn)行逐一描述，嘗試用科學(xué)探究的方法研究物理問題的一個(gè)具體實(shí)施過程。教材試圖給學(xué)生留下必要的時(shí)間和空間（包括心理空間、思維空間） ，并讓學(xué)生利用這些“空白”式的自主活動，自己建構(gòu)、探索知識，逼近真實(shí)的探究結(jié)論。但是給出實(shí)驗(yàn)的基本思路，以使學(xué)生體會探究的基本要素。對于數(shù)據(jù)的處理也有提示，給學(xué)生一定的自由度但又不撒手不管，這是提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)和探究能力較好的途徑。二、教學(xué)目標(biāo)（一）、知識與技能1. 知道什么是向心力，理解它

2、是一種效果力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. 結(jié)合向心力理解向心加速度4. 理解變速圓周運(yùn)動中合外力與向心力的關(guān)系（二）、過程與方法1. 從受力分析來理解向心加速度，加深對牛頓定律的理解。2. 通過用圓錐擺粗略驗(yàn)證向心力的表達(dá)式的實(shí)驗(yàn)來了解向心力的大小與哪些因素有關(guān)，并理解公式的含義。3. 經(jīng)歷從勻速圓周運(yùn)動到變速圓周運(yùn)動再到一般曲線運(yùn)動的研究過程，讓學(xué)生領(lǐng)會解決問題從特殊到一般的思維方法。并學(xué)會用運(yùn)動和力的觀點(diǎn)分析、解決問題。（三）、情感態(tài)度價(jià)值觀1通.過親身的探究活動，使學(xué)生獲得成功的樂趣，培養(yǎng)學(xué)生參與物理活動的興趣。2. 經(jīng)歷從特殊到一般的研究

3、過程，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力。3. 實(shí)例、實(shí)驗(yàn)緊密聯(lián)系生活，拉近科學(xué)與學(xué)生的距離，使學(xué)生感到科學(xué)就在身邊，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣三、教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)理解向心力的概念和公式的建立。教學(xué)難點(diǎn)運(yùn)用向心力、向心加速度的知識解釋有關(guān)現(xiàn)象。四、學(xué)情分析根據(jù)學(xué)生的情況主要從三個(gè)方面考慮：1和諧寬松的課堂氣氛，師生平等的交流與學(xué)習(xí)，使學(xué)生帶著愉悅的心情探究學(xué)習(xí)，思維得到最大限度的綻放。 2是問題的創(chuàng)設(shè)，問題設(shè)置的越是具體表面上看來學(xué)生越是容易回答，但是學(xué)生總是在狹窄的思維胡同中去觀察和思考，- 1 -如井底之蛙。而過分的散亂會使學(xué)生很盲從，因此力爭做到形散而神不散。3、實(shí)驗(yàn)條

4、件的創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)條件創(chuàng)設(shè)的越是理想，實(shí)驗(yàn)結(jié)果越是理想。但是學(xué)生感受不到物理學(xué)家的探究歷程。感受不到模型與實(shí)際的差距。不利于誤差的分析和物理在實(shí)際應(yīng)用中模型的建立。五、教學(xué)方法討論、談話、練習(xí)、多媒體課件輔助六、課前準(zhǔn)備1學(xué)生的學(xué)習(xí)準(zhǔn)備：預(yù)習(xí)向心力2教師的教學(xué)準(zhǔn)備：多媒體課件制作，課前預(yù)習(xí)學(xué)案，準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)器材。七、課時(shí)安排：1課時(shí)八、教學(xué)過程引入avtv0師： 同學(xué)們，在上節(jié)課的學(xué)習(xí)中，我們單純從運(yùn)動學(xué)角度用公式t對勻速圓周運(yùn)動的 加 速 度 進(jìn) 行 了 研 究 ， 得 到 的 結(jié) 論 是 ： 勻 速 圓 周 運(yùn) 動 的 加 速 度 大 小 為2av 或 a2 r或 av ，方向總是與速度方向垂直，始

5、終指向圓心。于是我們把勻r速圓周運(yùn)動的加速度又稱作向心加速度。fa師： 今天我們將結(jié)合物體受力從動力學(xué)角度用公式m 來研究向心加速度。師：現(xiàn)在我們已知知道了勻速圓周運(yùn)動的加速度的特點(diǎn)，有哪位同學(xué)能告訴我：物體做勻速圓周運(yùn)動時(shí)所受的合外力有什么特點(diǎn)？af生 ： 根 據(jù) 公 式m ， 我 們 知 道 做 勻 速 圓 周 運(yùn) 動 的 物 體 所 受 的 合 外 力 應(yīng) 該 是f ma m v2或 m2 r或 m v ，方向總是與速度垂直指向圓心。r（一）、向心力師：由于做勻速圓周運(yùn)動的物體受到的合外力始終指向圓心，所以我們把勻速圓周運(yùn)動物體所受的合外力又稱作向心力?！径x】：做勻速圓周運(yùn)動的物體所受

6、的合外力由于指向圓心，所以該合外力又叫做向心力。師：做勻速圓周運(yùn)動的物體所受的合外力真的指向圓心嗎？下面我們結(jié)合幾個(gè)實(shí)例體會驗(yàn)證一下這個(gè)結(jié)論。畢竟理論只有結(jié)合實(shí)際才能被更透徹地理解。- 2 - 地球繞太陽的運(yùn)動可以近似看成勻速圓周運(yùn)動，試分析做勻速圓周運(yùn)動的物體（地球）所有受的合外力的特點(diǎn)。【解析】：地球只受到太陽對它的吸引力，合力即為吸引力。該吸引力指向地球做圓周運(yùn)動的圓心即日心。 光滑桌面上一個(gè)小球，由于細(xì)繩的牽引，繞桌面上的圖釘做勻速圓周運(yùn)動?！窘馕觥浚盒∏蚴苤亓?、支持力、繩子的拉力。合力是繩子的拉力，方向沿繩子指向圓心（圖釘）nfg 使轉(zhuǎn)臺勻速轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)臺上的物體也隨之做勻速圓周運(yùn)動，轉(zhuǎn)

7、臺與物體間沒有相對滑動【解析】：物體受重力、支持力、靜摩擦力。合外力為靜摩擦力，方向指向圓心。nfg師： 大家結(jié)合生活實(shí)驗(yàn)仔細(xì)體會向心力的定義，回答下面的問題。【問題】：向心力是不是像重力、彈力、摩擦力那樣按性質(zhì)來命名的？如果是，那么它的施力物體是什么？如果不是，那它是按什么來命名的？【解析】：向心力不是按性質(zhì)命名的，它只是做勻速圓周運(yùn)動的物體所受的合外力。是按效果命名的。本質(zhì)上它是做勻速圓周運(yùn)動的物體所受的合外力，只是因?yàn)槠涮厥庑裕菏冀K- 3 -指向圓心。所以才把勻速圓周運(yùn)動這種特殊運(yùn)動下的合外力又叫做向心力。按效果命名的力還有：動力、阻力、壓力、支持力等?！拘蜗蟊确健?: 打個(gè)形象的比方：

8、搬運(yùn)工是什么人？男人？女人？小孩？還是老人？不能這樣說。搬運(yùn)工是個(gè)角色名稱，只要做的是這個(gè)工作，它就可以冠以搬運(yùn)工的名。一個(gè)大人做這個(gè)工作，則這個(gè)大人可以叫做搬運(yùn)工；兩個(gè)小孩做這個(gè)工作，則這兩個(gè)小孩也可以叫做搬運(yùn)工?！纠斡洝浚合蛐牧κ切Ч?，不是按性質(zhì)命名的新的類型的力。例 1、分析下面各種勻速圓周運(yùn)動中向心力是由哪些力提供？玻璃球沿碗（透明）的內(nèi)壁在水平面內(nèi)運(yùn)動；或者漏斗里的運(yùn)動，如圖。（不計(jì)摩擦）【解析】：支持力、重力。向心力為重力與支持力的合力。由于這兩個(gè)力的合力必須指向圓心，將支持力沿水平和豎直方向分解后就有如圖所示的結(jié)論。n sinmgnn cosf向g圓錐擺運(yùn)動：細(xì)線下面懸掛一鋼球

9、，細(xì)線上端固定，設(shè)法使小球在水平面面上做圓周運(yùn)動。- 4 -【解析】：重力、繩子拉力。向心力為這兩個(gè)力的合力，指向圓心。受力分析如下圖f sinmgff cosf向g【公式】 : fm v2或 fm 2 r或 f m vr【單位】：n【方向】 : 總是與速度垂直，時(shí)刻指向圓心。觀看視頻文件：飛機(jī)拐彎；花樣滑冰；鏈球運(yùn)動；摩擦力提供向心力；圓錐擺應(yīng)用（二）、向心力的作用效果師：現(xiàn)在我們來討論向心力的作用效果。力的作用效果可以物體的運(yùn)動狀態(tài)發(fā)生變化，要討論力的作用效果，就是要討論在該力作用下物體的運(yùn)動狀態(tài)是如何變化的。師：我們都知道在向心力的作用下物體做的是勻速圓周運(yùn)動，那做勻速圓周運(yùn)動的物體的運(yùn)

10、動狀態(tài)是如何變化的？生： 速度大小不變，方向不斷變化。師：也就是說向心力的作用效果是只改變物體的運(yùn)動方向，不改變物體的速度的大小。上節(jié)課學(xué)習(xí)向心加速度的時(shí)候也說過， 向心力產(chǎn)生的向心加速度是用來描述物體速度方向變化快慢的物理量?！纠斡洝浚合蛐牧Φ淖饔眯Ч侵桓淖兯俣鹊姆较?，不改變速度的大小。師：既然力與速度垂直時(shí)的作用效果是只改變速度方向，不改變速度大小，那力與速度同一直線時(shí)的作用效果是什么呢？生：學(xué)面的學(xué)習(xí)中我們已經(jīng)了解到：合外力與速度同一直線時(shí)，物體做直線運(yùn)動，同向加速，反向減速。從這個(gè)結(jié)論我們可以看到：當(dāng)力與速度同一直線時(shí)，力只改變物體速度的大小，不改變速度的方向。- 5 -師：回答得很

11、好！那如果力與速度既然不在同一直線上，也不垂直，那這種情況下力的作用效果是什么？生： 我們可以利用力的分解合成把這個(gè)力分解到速度所在的直線上和與速度垂直的方向上，則速度方向上的分力改變速度大小，不改變方向；垂直速度方向上的分力只改變速度方向，不改變速度大小。綜合來看就是這個(gè)力既改變速度大小，也改變速度方向。師： 回答得非常好！到此，我們對力與運(yùn)動的理解更透徹了。【牢記】：力與速度同一直線，力只改變速度大小，不改變速度方向。力與速度垂直，力只改變速度方向，不改變速度大小。力與速度成其它任意角度， 根據(jù)力的分解合成將力分解到速度所在直線和與速度垂直的直線上，則有力既改變速度大小，同時(shí)也改變速度方向

12、。（三）、用圓錐擺粗略驗(yàn)證向心力的表達(dá)式指導(dǎo)學(xué)生閱讀教材“實(shí)驗(yàn)”部分，引導(dǎo)學(xué)生思考下面的問題：1、實(shí)驗(yàn)器材有哪些？2、簡述實(shí)驗(yàn)原理（怎樣達(dá)到驗(yàn)證的目的）3、實(shí)驗(yàn)過程中要注意什么？測量那些物理量（記錄哪些數(shù)據(jù)）？4、實(shí)驗(yàn)過程中差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，學(xué)生代表發(fā)言。教師點(diǎn)評、總結(jié)。學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，獨(dú)立驗(yàn)證。教師巡視，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并記錄學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程中存在的問題。教師聽取學(xué)生匯報(bào)驗(yàn)證的結(jié)果，引導(dǎo)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)的可靠性作出評估。m(kg)d1(m)d2(m)- 6 -d=d1-d2(m)t(s)r(m)fn=4m 2r/t2f 合 =mgtan注： d1 指懸掛點(diǎn)到紙面的距離,d2

13、指球心到紙面的距離，d 指懸掛點(diǎn)到球心的距離觀看動畫：圓錐擺師生互動，得出結(jié)論：1、實(shí)驗(yàn)的過程中，多項(xiàng)測量都是粗略的，存在較大的誤差，用兩個(gè)方法得到的力并不嚴(yán)格相等。2、通過實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(gè)分力。課后實(shí)驗(yàn)：“做一做”教師指導(dǎo)學(xué)生兩人一組，完成課本“做一做”欄目中的實(shí)驗(yàn)，自己感受向心力的大小。演示實(shí)驗(yàn)：向心力演示器觀看視頻文件：向心力演示器實(shí)驗(yàn)觀看動畫：向心力演示器（四）、變速圓周運(yùn)動師： 如果物體做的是變速圓周運(yùn)

14、動，那合外力還是指向圓心嗎？生：如果合外力還是指向圓心，即始終與速度垂直，則合外力只能改變速度的方向不能改變速度的大小，不可能能做變速圓周運(yùn)動。師： 那變速圓周運(yùn)動的合外力應(yīng)該是怎樣的呢？- 7 -生： 變速圓周運(yùn)動的合外力應(yīng)該既不指向圓心，也不與速度同一直線，而是成其它某一夾角，將其分解后切向與法向各分得一個(gè)分力，法向分力指向圓心，作用效果是改變速度方向，不改變速度大小， 使物體做圓周運(yùn)動； 切身分力與速度同一直線， 只改變速度大小，不改變方向。兩分力共同作用效果就是變速圓周運(yùn)動。師：回答得很好！因?yàn)榉ㄏ蚍至Φ淖饔眯Ч遣桓淖兯俣却笮?，只改變速度方向，是物體做圓周運(yùn)動的原因，我們把這個(gè)力也叫

15、做向心力，它產(chǎn)生的加速度也叫做向心加速度。切向分力產(chǎn)生的加速度叫做切向加速度。改變速度的大小ftffn 改變速度的方向o【牢記】：向心加速度和向心力概念公式雖然是從勻速圓周運(yùn)動得出的，它同樣適用于變速圓周運(yùn)動。做 圓 周 運(yùn) 動 的 物 體 法 向 分 力 的 合 力 就 是 向 心 力 ， 大 小 等 于f m v2 或 fm 2 r或 f m v 。r變速圓周運(yùn)動的合外力不等于向心力，不指向圓心。例 2、如圖，小球在關(guān)于o點(diǎn)對稱的 ab兩點(diǎn)間擺動，最高點(diǎn)時(shí)與豎直方向夾角為30，則（ 1）小球做圓周運(yùn)動的向心力由哪些力提供？（ 2）若擺線的長度l= 23 m，小球質(zhì)量為m，小球在最低點(diǎn)o的速

16、度為g m/ s, 求- 8 -小球在 o點(diǎn)時(shí)繩子拉力多大？小球在b 點(diǎn)時(shí)繩子拉力多大、abo【解析】： 向心力由繩子拉力與重力在法向的分力的合力提供。mv2gm(23) f (3 3) mg o 點(diǎn) f mgrb 點(diǎn) f mg sin 3001 mg2（五）、一般曲線運(yùn)動師：如果運(yùn)動軌跡既不是直線，也不是圓周運(yùn)動，可以稱為一般曲線運(yùn)動。盡管這時(shí)曲線各個(gè)位置的彎曲程度不一樣，但在研究時(shí)，可以把這條曲線分割為許多很短的小段，質(zhì)點(diǎn)在每小段的運(yùn)動都可以看成圓周運(yùn)動的一部分。這樣在分析質(zhì)點(diǎn)經(jīng)過曲線上某位置時(shí)，就可以采用圓周運(yùn)動的分析方法來處理了?！纠?記】：所有做曲線運(yùn)動的物體都需要向心力，其 向心力f m v2或 fm2 r或 fm v ，其中 r為物體所在曲線處的曲率半徑，對應(yīng)的向心r加速度av 2或a2 r avr或例 3、一輛汽車在