向心力（教案

1、5.7 向心力教案【教學(xué)目標(biāo)】1理解向心力的概念.知道向心力大小與哪些因素有關(guān)，通過用圓錐擺粗略驗(yàn)證向心力的表達(dá)式的實(shí)驗(yàn).理解公式的確切含義，并能用來進(jìn)行計(jì)算.2通過演示實(shí)驗(yàn)、學(xué)生實(shí)驗(yàn)、小實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手的習(xí)慣，并提高分析、解決問題的能力.同時(shí)體會(huì)實(shí)驗(yàn)的意義，激發(fā)學(xué)習(xí)物理的興趣.【教學(xué)重難點(diǎn)】1向心力概念的建立及計(jì)算公式的得出明確向心力的意義、作用、公式及其變形.2通過生活實(shí)例及實(shí)驗(yàn)加強(qiáng)感知，明確向心力的來源，運(yùn)用向心力的知識(shí)解釋有關(guān)現(xiàn)象.【教具準(zhǔn)備】圓錐擺實(shí)驗(yàn)裝置、向心力演示器、多媒體輔助教學(xué)設(shè)備等【課時(shí)分配】1課時(shí)【教學(xué)設(shè)計(jì)】課前預(yù)習(xí)1物體做曲線運(yùn)動(dòng)的條件是 ，合外力的方向總是指向曲線的

2、.2用一根細(xì)繩系住一個(gè)小球在光滑的水平桌面上沿圓周運(yùn)動(dòng)，試分析小球受幾個(gè)力的作用，這幾個(gè)力的合力大小等于 ，方向指向 .3下列關(guān)于向心加速度的說法中，正確的是 ( )A向心加速度的方向始終與速度的方向垂直 B向心加速度的方向保持不變C在勻速圓周運(yùn)動(dòng)中，向心加速度是恒定的D在勻速圓周運(yùn)動(dòng)中，向心加速度的大小不斷變化4. 做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體受到的始終指向 的合力，叫做向心力，向心力是不是物體實(shí)際受到的力？5向心力是如何改變物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的？6關(guān)于向心力，下列說法中正確的是（ ）A物體由于做圓周運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生一個(gè)向心力B向心力不改變做勻速圓周運(yùn)動(dòng)物體的速度大小C做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體的的向心力是個(gè)恒力D

3、做一般曲線運(yùn)動(dòng)的物體的合力即為向心力【預(yù)學(xué)疑難】 課堂互動(dòng)5.7 向心力一新課導(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).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)特征向心力.二進(jìn)行新課1向心力的概念及其方向（1）演示實(shí)驗(yàn)：在水平玻璃（近似光滑）桌面上，利用實(shí)物投影儀做演示實(shí)驗(yàn) 一個(gè)小球，拴住繩的一端，繩的另一端固定于桌上，原來細(xì)繩處于松馳狀態(tài) 用手（沿細(xì)線垂直方向）輕擊小球，小球做勻速直線運(yùn)動(dòng)當(dāng)繩繃直時(shí)，小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)（2）引導(dǎo)學(xué)生討論、分析： 繩繃緊前，小球?yàn)槭裁醋鰟蛩僦本€運(yùn)動(dòng)？ 繩繃緊后，小球?yàn)楹巫鰟蛩賵A周運(yùn)動(dòng)？小球此時(shí)受到哪些力的作用？合外力是哪個(gè)

4、力？這個(gè)力的方向有什么特點(diǎn)？這個(gè)力起什么作用？學(xué)生通過討論小結(jié)： 做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體受到一個(gè)指向圓心的合力的作用，這個(gè)力叫向心力. 向心力指向圓心，方向不斷變化. 向心力的作用效果只改變運(yùn)動(dòng)物體的速度方向，不改變速度大小.指導(dǎo)學(xué)生閱讀教材 “向心力”部分，列舉分析實(shí)例，簡(jiǎn)要分析向心力的作用效果.請(qǐng)學(xué)生交流各自的閱讀心得并進(jìn)行相互間的討論教師點(diǎn)評(píng)：圓周運(yùn)動(dòng)是變速運(yùn)動(dòng)，有加速度，故做圓周運(yùn)動(dòng)的物體一定受到力的作用而我們知道做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體具有向心加速度，根據(jù)牛頓第二定律，這個(gè)加速度一定是由于它受到了指向圓心的合力的作用，這個(gè)合力叫做向心力2向心力的大?。?）體驗(yàn)向心的大小指導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn)：每組學(xué)

5、生發(fā)用細(xì)線聯(lián)結(jié)的鋼球、木球各一個(gè)，讓學(xué)生拉住繩的一端，讓小球盡量做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，改變轉(zhuǎn)動(dòng)的快慢、細(xì)線的長(zhǎng)短多做幾次. 引導(dǎo)學(xué)生猜想：向心力可能與 、 、 、 等因素有關(guān)。要討論上述幾個(gè)物理量間的關(guān)系應(yīng)采用 物理方法.（2）實(shí)驗(yàn)探究向心力公式： 用實(shí)物投影儀，投影向心力演示器 簡(jiǎn)要介紹向心力演示的構(gòu)造和使用方法（3）實(shí)驗(yàn)步驟：用質(zhì)量不同的鋼球和鋁球，使他們運(yùn)動(dòng)的半徑r和角速度相同學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)得到結(jié)論：向心力的大小與 有關(guān)，關(guān)系式： . 用兩個(gè)質(zhì)量相同的小球，保持運(yùn)動(dòng)半徑相同，觀察向心力與角速度之間的關(guān)系學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)得到結(jié)論：向心力的大小與 有關(guān)，關(guān)系式： 仍用兩個(gè)質(zhì)量相同的小球，保持小球運(yùn)動(dòng)的角

6、速度相同，觀察向心力的大小與運(yùn)動(dòng)半徑之間的關(guān)系.學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)得到結(jié)論：向心力的大小與 有關(guān)，關(guān)系式： （4）總結(jié)得到：向心力的大小與物體質(zhì)量m、圓周半徑r和角速度都有關(guān)系，且給出公式：點(diǎn)評(píng)：該公式的得到方法：控制變量法、定量測(cè)數(shù)據(jù).3引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行理論推導(dǎo)：(1)牛頓第二定律:F=ma(2) 向心加速度公式：=（3）投影向心力表達(dá)式：或4實(shí)驗(yàn)：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(jiǎn)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(cè)量那些物理量（記錄哪些數(shù)據(jù)）？（4）實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生誤差的原因主要有哪些？學(xué)生分

7、成小組，指導(dǎo)學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)，獨(dú)立驗(yàn)證，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.點(diǎn)評(píng)：讓學(xué)生親歷實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的過程，體驗(yàn)成功的樂趣，培養(yǎng)動(dòng)手能力和團(tuán)結(jié)協(xié)作的團(tuán)隊(duì)精神.聽取學(xué)生匯報(bào)驗(yàn)證的結(jié)果，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的可靠性作出評(píng)估.師生共同分析得出結(jié)論：（1）實(shí)驗(yàn)的過程中，多項(xiàng)測(cè)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(huì)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.5.思考討論向心力的來源:說明以下幾個(gè)圓周運(yùn)動(dòng)的實(shí)例中向心力

8、是由哪些力提供的？（1）繩的一端拴一小球，手執(zhí)另一端使小球在光滑水平面上做勻速圓周運(yùn)動(dòng).（2）月球繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)的向心力是什么力提供的？（3）在圓盤上放一個(gè)小物塊，使小物塊隨圓盤一起做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，分析小物塊受幾個(gè)力？向心力由誰(shuí)提供？學(xué)生思考并回答問題：(1)小球受重力、支持力、繩的拉力而做勻速圓周運(yùn)動(dòng).因?yàn)樨Q直方向小球不運(yùn)動(dòng)，故重力、支持力合力為零，那么水平方向上的勻速圓周運(yùn)動(dòng)所需要的向心力則由水平面上的繩的拉力來提供.問題：在確定了做勻速圓周運(yùn)動(dòng)物體受到的各力（重力、彈力）后，認(rèn)為物體還受到一個(gè)大小等于m的向心力.這種說法對(duì)嗎？分析：向心力的本質(zhì)： 如果把向心力當(dāng)作除重力和支持力、繩的拉力外的

9、第四個(gè)力，則 與事實(shí)相矛盾.（2）月球和地球間的引力提供月球運(yùn)轉(zhuǎn)的向心力（3）小物塊受重力、支持力和靜摩擦力，靜摩擦力提供向心力. 點(diǎn)評(píng)：通過實(shí)例分析，弄清了向心力的本質(zhì)及作用效果. 6課堂分組實(shí)驗(yàn)教師指導(dǎo)學(xué)生兩人一組，完成課本22頁(yè)“做一做”中的實(shí)驗(yàn)，自己感受向心力的大小.閱讀課本中實(shí)驗(yàn)步驟思考下列問題：?jiǎn)栴}1：此實(shí)驗(yàn)采用的是什么物理研究方法？（控制變量法）問題2：分別手握繩結(jié)A、B，改變的是向心力公式中的哪一個(gè)物理量？（轉(zhuǎn)動(dòng)半徑r）問題3：沙袋在水平方向上每秒運(yùn)動(dòng)不同的圈數(shù)n，改變的是向心力公式中的哪一個(gè)物理量？（角速度,n）問題4：此實(shí)驗(yàn)中手所提供的力是否是向心力？（由于沙袋受到重力的作

10、用，它的運(yùn)動(dòng)很像圓錐擺的運(yùn)動(dòng)，手所提供的力不完全是向心力，但此實(shí)驗(yàn)主要要求學(xué)生體驗(yàn)與向心力相關(guān)的因素）點(diǎn)評(píng)：通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步增強(qiáng)學(xué)生的直接的感性認(rèn)識(shí)，同時(shí)讓學(xué)生獲得成功的喜悅.對(duì)學(xué)生正確的物理直觀思維的形成大有裨益.5變速圓周運(yùn)動(dòng)和一般曲線運(yùn)動(dòng)問題：向心力能改變速度的大小嗎？(1)利用flash動(dòng)畫展示鏈球運(yùn)動(dòng)員投擲的情況(2)上述“做一做”實(shí)驗(yàn)中，別人的操作.要求學(xué)生注意觀察鏈子牽引鏈球的方向與鏈球的運(yùn)動(dòng)方向,繩子牽引沙袋的方向與沙袋的運(yùn)動(dòng)方向是否完全垂直.(3)利用分解的思想將拉力沿運(yùn)動(dòng)方向和垂直與速度方向分解.師生共同小結(jié),得出結(jié)論:(1)與圓周相切的分力產(chǎn)生切向加速度,其作用是改變物體速

11、度的大小.(2) 指向圓心的力,即向心力產(chǎn)生向心加速度, 其作用是改變物體速度的方向.三典例導(dǎo)學(xué)【例題】如圖所示，在光滑的水平面上釘兩個(gè)釘子A和B，相距20 cm.用一根長(zhǎng)1 m的細(xì)繩，一端系一個(gè)質(zhì)量為0.5 kg的小球，另一端固定在釘子A上.開始時(shí)球與釘子A、B在一直線上，然后使小球以2 m/s的速率開始在水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng).若繩子能承受的最大拉力為4 N，那么從開始到繩斷所經(jīng)歷的時(shí)間是多少? 引導(dǎo)學(xué)生分析題意：（1）.小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，所需要的向心力由什么力提供？（2）.小球每經(jīng)過多長(zhǎng)時(shí)間就會(huì)碰到另一釘子？（球每轉(zhuǎn)半圈）（3）.碰到另一釘子時(shí)各物理量瞬間哪些量會(huì)變化？哪些量不變？分析

12、：繩碰釘子的瞬間(1)繩的拉力（向心力）和速度方向仍然垂直，則球的線速度v大小不變(2)球運(yùn)動(dòng)的半徑每經(jīng)半圈會(huì)減小0.2m(3)根據(jù)繩的拉力隨半徑的突然減小而突然增大.解析： 點(diǎn)評(píng)：此題的難點(diǎn)在于繩子碰到釘子的瞬間各物理量的變化情況分析，可見，一道綜合性較強(qiáng)的計(jì)算題的分析仍離不開最簡(jiǎn)單的物理概念（向心力的作用效果）的理解與運(yùn)用.隨堂檢測(cè)1如右圖，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2汽車在半徑為R的水平彎道上轉(zhuǎn)彎，車輪與地面的摩擦系數(shù)為，那么汽車行駛的最大速率為_.3一個(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

13、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 N【課堂總結(jié)】學(xué)生概括總結(jié)本節(jié)的內(nèi)容. 【板書設(shè)計(jì)】5.7 向心力（一）向心力1通過實(shí)例進(jìn)一步感受做圓周運(yùn)動(dòng)的物體必須受到力的作用.2向心力的概念3向心力的表達(dá)式 或（二）向心力的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證1圓錐擺的實(shí)驗(yàn).2向心力公式的實(shí)驗(yàn)討論（ “做一做”）（三）變速圓周運(yùn)動(dòng)和一般曲線運(yùn)動(dòng)的研究課外提升57 向心力班級(jí) 姓名 學(xué)號(hào) 1關(guān)于向心力，下列說法正確的是 ( )A向心力是按其效果來命名的，做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體需要外界提供一個(gè)向心力，誰(shuí)來提供這個(gè)向心力，可以是某一個(gè)力（如摩擦力、彈力等），也可以是某幾個(gè)力的合力，它并不是做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體

14、另受到的一種新的性質(zhì)力B向心力的特點(diǎn)是與速度垂直，它不改變速度的大小，只改變速度的方向，它是產(chǎn)生向心加速度的原因C向心力是變力，它的方向總是指向圓心，物體在圓周上不同位置向心力指向不同，因此，它的方向是時(shí)刻在變化D在勻速圓周運(yùn)動(dòng)中向心力是恒量2下列關(guān)于做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體所受的向心力的說法中.正確的是 ( ) A物體除其他的力外還要受到個(gè)向心力的作用B物體所受的合外力提供向心力C向心力是一個(gè)恒力D向心力的大小直在變化 3在用掄繩子來調(diào)節(jié)沙袋速度的大小的實(shí)驗(yàn)中 ( ) A說明了向心力能夠改變速度的大小 B不能說明向心力能夠改變速度的大小C此實(shí)驗(yàn)中繩子牽引沙袋的方向并不與沙袋運(yùn)動(dòng)的方向垂直 D此實(shí)

15、驗(yàn)中用手掄繩子的力就是沙袋所受的向心力 4繩子的一端拴一重物，用手握住另一端，使重物在光滑的水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，下列判斷正確的是 ( )A每秒轉(zhuǎn)數(shù)相同，繩短時(shí)易斷 B線速度大小一定，繩短時(shí)易斷C運(yùn)動(dòng)周期相同，繩短時(shí)易斷 D線速度大小一定，繩長(zhǎng)時(shí)易斷5做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體，如果軌道半徑不變，轉(zhuǎn)速變?yōu)樵瓉淼?倍，所需的向心力就比原來的向心力大40 N，物體原來的向心力大小為_ .6在一段半徑為R的圓弧形水平彎道上,已知彎道路面對(duì)汽車輪胎的最大靜摩擦力等于車重的倍,則汽車拐彎時(shí)的安全速度是 ( ) A. B. C. D.7如圖所示，質(zhì)量為m的滑塊從半徑為R的光滑固定的圓弧形軌道的A點(diǎn)滑到B點(diǎn)，下

16、列說法正確的是 （ ）A它所受的合外力的大小是恒定的B向心力大小逐漸增大C向心力逐漸減小 D向心力不變8如圖所示,在固定的圓錐形漏斗的光滑內(nèi)壁上,有兩個(gè)質(zhì)量相等的小物塊A和B,它們分別緊貼漏斗的內(nèi)壁.在不同的水平面上做勻速圓周運(yùn)動(dòng),則以下敘述正確的是 ( )A物塊A的線速度大于物塊B的線速度 B物塊A的角速度大于物塊B的角速度 C物塊A對(duì)漏斗內(nèi)壁的壓力大于物塊B對(duì)漏斗內(nèi)壁的壓力 D物塊A的周期小于物塊B的周期 9飛機(jī)在半徑為R的豎直平面內(nèi)翻斤斗，飛機(jī)飛至最高點(diǎn)時(shí)飛行員對(duì)座位的壓力是N，已知飛行員質(zhì)量為m，此時(shí)飛機(jī)的速度是多大？ 10如圖所示，半徑為R的洗衣筒，繞豎直中心軸OO 轉(zhuǎn)動(dòng)，小橡皮塊a

17、靠在圓筒內(nèi)壁上，它與圓筒的動(dòng)摩擦因數(shù)為.現(xiàn)要使a不下落，則圓筒轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度至少為多少？O11一根長(zhǎng)為L(zhǎng)=1.0m的細(xì)繩系一質(zhì)量為M=0.5kg的小球，在光滑水平面上勻速圓周運(yùn)動(dòng)，如圖所示，小球轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為2rad/s，試求（1）小球的向心加速度（2）繩中的拉力12如圖所示，兩質(zhì)量分別為的小球A與B套在水平桿CD上，且mA=mB=m，兩球之間用一輕細(xì)線連接，A和B距轉(zhuǎn)軸OO的距離分別為rA=R，rB=2R，且CD對(duì)AB的最大靜摩擦力都是f，問：(1)要使兩球繞軸在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)而無滑動(dòng)，角速度的最大值？(2)當(dāng)達(dá)到最大值時(shí)，繩子受張力為多大？13如圖所示，在光滑的水平面上有兩個(gè)質(zhì)量相同的球A和球

18、B，A、B之間以及球與固定點(diǎn)之間分別用兩段輕繩相連，以相同的角速度繞著O點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)ABO(1)畫出球A、B的受力圖(2)如果OB=2AB,求出兩段繩子拉力之比TAB：TOB 14活動(dòng)與探究主題：感受向心力在生活中的應(yīng)用蕩秋千時(shí)，你對(duì)秋千底座的壓力大小恒力嗎？請(qǐng)你想辦法實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證一下，并解釋為什么.請(qǐng)觀察一下建筑工地上用來砸實(shí)地面的“電動(dòng)夯”工作時(shí)的情況,什么時(shí)候底座離開地面？什么時(shí)候砸向地面？并解釋一下為什么？參考答案：課前預(yù)學(xué)1.合外力的方向與物體的運(yùn)動(dòng)方向不在一條直線上 內(nèi)側(cè)2. 3 繩子對(duì)小球的拉力 圓心3.A 4. 圓心 不是5.改變線速度的方向，不改變線速度的大小 6.B課堂互動(dòng)（1）體驗(yàn)向心的大小:與物體的質(zhì)量、角速度、半徑有關(guān); 控制變量法（2）實(shí)驗(yàn)探究向心力公式：質(zhì)量越大，向心力也越大例 球每轉(zhuǎn)半圈，繩子就碰到不作為圓心的另一顆釘子，然后再以這顆釘子為圓心做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)