2020-2021學年高中物理 第3章 圓周運動 第2節(jié) 科學探究向心力教案1 魯科版必修第二冊

1、2020-2021學年高中物理 第3章 圓周運動 第2節(jié) 科學探究向心力教案1 魯科版必修第二冊2020-2021學年高中物理 第3章 圓周運動 第2節(jié) 科學探究向心力教案1 魯科版必修第二冊年級：姓名：- 10 -第2節(jié)科學探究：向心力本節(jié)選自魯科版高中物理必修二第三章第二節(jié)，是在學生已經學習了勻速圓周運動，對勻速圓周運動有了一定理解的基礎上的進一步學習。學生知道勻速圓周運動是一種變速運動，只是表面的知道，為什么線速度的方向時刻在變？是什么力來改變物體的這種運動狀態(tài)，這個力有何特點？學生帶著這些疑問來進入本節(jié)課的學習。本節(jié)課從學生的實際出發(fā)，結合學生前面所學知識，注重創(chuàng)設物理背景，應用牛頓第

2、二定律，初步得出向心力的大小；引導學生對具體問題的分析，解決向心力來源問題；通過學生自己動手實驗，驗證向心力公式，并分析得到影響向心力的因素。這個過程中加強學生的活動，使學生充分思考討論、大膽猜想，敢于提出自己的想法，逐漸提高科學素養(yǎng)。最后由向心力引出向心加速度的概念以及公式，運用理論分析推導物理概念的過程，可進一步幫助學生理解向心加速度大小和方向的含義。 物理觀念：建立向心力、向心加速度的物理觀念，掌握向心力的確切含義，知道向心加速度的內涵?？茖W思維：能在熟悉情境中運用勻速圓周運動模型解決問題；能對常見的勻速圓周運動進行分析推理，獲得結論；能用與勻速圓周運動相關的證據(jù)說明結論并作出解釋；能從

3、不同角度分析解決勻速圓周運動問題。 科學探究：通過對向心力大小與哪些因素有關的探究，熟悉科學探究的一般過程：提出問題猜想與假設實驗驗證分析數(shù)據(jù)得出結論?？茖W態(tài)度與責任：通過觀察、實驗及探究、交流與討論等學習活動，培養(yǎng)學生尊重客觀事實、實事求是的科學態(tài)度。1、 教學重點：理解向心力、向心加速度的概念，掌握向心力公式并能進行相關計算。 2、教學難點：理解向心力是按作用效果命名的力，向心力的方向時刻在改變。 ppt、視頻片斷、向心力演示器【新課導入】這些物體為什么會做圓周運動？ 復習提問：(1)勻速圓周運動的實質是什么?勻速圓周運動是變速曲線運動變速曲線運動 運動狀態(tài)改變 一定受到外力 一定存在加速

4、度（2） 那么做勻速圓周運動的物體所受的合力有何特點？加速度又怎樣呢？【新課內容】1、 向心力：思考與討論:取一根細繩，一端系一小球，另一端固定在一枚圖釘上。將圖釘釘于水平光滑木板上，如圖所示。（1）用手指沿小球與圖釘連線的垂直方向輕輕彈擊小球，在細繩未伸直前，小球做什么運動？（2）用手指彈擊小球，方向同上，加大彈擊力量，使小球運動過程中細繩伸直。細繩伸直后，小球做什么運動？想一想：1、小球受哪幾個力的作用？2、合外力有何特點？3、若細線突然剪斷，將會看到什么現(xiàn)象？研究小球所受合力的方向fn與g相平衡，所以合力為f，小球受到重力，桌面支持力和細線的拉力作用。用剪刀將細線剪斷，小球將沿切線方向飛

5、出，做勻速直線運動。結論：物體做勻速圓周運動，合外力指向圓心，且與線速度v垂直。對于做勻速圓周運動的物體，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。1、向心力做勻速圓周運動的物體所受的合力總指向圓心，這個指向圓心的力就叫作向心力,用符號：fn2、方向：始終指向圓心(與v垂直或與半徑垂直)，是變力。3、向心力的作用只改變線速度的方向。4、向心力來源：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的某種力，它可以是某一個力或者幾個力的合力提供的。圓錐擺做勻速圓周運動：結論：拉力和重力的合力提供物體做勻速圓周運動向心力。地球繞太陽的運動結論：地球繞太陽的運動可近似看作勻速圓周運動

6、，太陽對地球的引力提供向心力。木塊相對轉盤靜止，隨盤做勻速圓周運動結論：靜摩擦力提供物體做勻速圓周的向心力。思考：某乘客坐在一輛車上，當車輛轉彎時，他受到的向心力來自何處？解答：人坐在座椅上，當車向左轉彎時，由于人自身具有慣性身體會向右傾斜，座椅會對人有一個向左的摩擦力，這個摩擦力提供了人的向心力。當車向其他方向轉彎時同理。例1.關于勻速圓周運動，下列說法正確的是（ cd ）a、勻速圓周運動是一種勻速運動b、勻速圓周運動是一種勻變速運動c、勻速圓周運動是一種變加速運動d、物體做圓周運動時其向心力不改變線速度的大小例2.分析下圖中物體a、b、c的受力情況，并說明這些物體做圓周運動時向心力的來源。

7、二.探究影響向心力大小的因素【做一做】感受向心力（1）在繩子的一端拴一個小沙袋，另一端握在手中，將手舉過頭頂，使沙袋在水平面內做圓周運動。沙袋所受的向心力近似等于手通過繩對沙袋的拉力。（2）保持沙袋轉動的速度和繩的長度不變，改變沙袋的質量，感受向心力的變化。（3）保持繩的長度和沙袋的質量不變，改變沙袋轉動的速度，感受向心力的變化。（4）保持沙袋的質量和沙袋轉動的速度不變，改變繩的長度，感受向心力的變化。通過上面的實驗，可以知道 ：做圓周運動的物體所受向心力的大小與物體的質量、轉動速度、軌道半徑等因素有關系。探究影響向心力大小的因素：1、實驗器材：向心力演示器2、向心力演示器的構造勻速轉動手柄1

8、、變速塔輪2和3、長槽4和短槽5、橫臂6、彈簧測力套筒7、標尺8。3、原理 勻速轉動手柄，可使塔輪、長槽和短槽勻速轉動，槽內的小球也就隨之做勻速圓周運動。擋板對小球的作用力提供了小球做勻速圓周運動的向心力。同時，小球擠壓擋板的力使擋板另一端壓縮測力套筒的彈簧，壓縮量可從標尺上讀出，該讀數(shù)即顯示了向心力的大小。4、實驗方法:控制變量法5、實驗步驟（1）向心力與質量關系讓鋼球與鋁球的質量之比為2:1。將鋼球和鋁球分別放在相同半徑處，搖動手柄。觀察套桶露出標度的格數(shù)，比較向心力的大小。出示視頻：向心力與質量關系其他條件相同的條件下，質量越大，套桶露出標度的格數(shù)越多，即向心力越大。（2）向心力與角速度

9、的關系將兩個質量相同的小鋼球放在相同半徑處。皮帶套在兩個半徑為2:1的塔輪上，轉動手柄觀察套筒露出標度的格數(shù)，比較向心力的大小。出示視頻：向心力與角速度的關系其他條件相同的條件下，角速度越大，套桶露出標度的格數(shù)越多，即向心力越大。（3）向心力與半徑的關系將兩個質量相同的鋼球分別放在不同半徑處。搖動手柄觀察套筒露出標度的格數(shù)，比較向心力的大小。出示視頻：向心力與半徑的關系其他條件相同的條件下，半徑越大，套桶露出標度的格數(shù)越多，即向心力越大。精確的實驗表明，向心力的大小可以表示為：fnm2r由：v=r得：3. 向心加速度:思考:（1）向心加速度方向如何？向心加速度由向心力產生，據(jù)牛頓運動定律知道，

10、這個加速度的方向與向心力的方向相同.（2）加速度是描述速度變化快慢的物理量，那么向心加速度是描述什么的物理量？向心加速度是描述速度方向變化快慢的物理量（3）怎樣推導向心加速度的公式？推導: 向心加速度的大小與方向:由向心力公式：根據(jù)牛頓第二定律: f合= m a 得：或1、定義：做勻速圓周運動的物體加速度指向圓心，這個加速度稱為向心加速度2、公式： 或 3、方向：始終指向圓心4、物理意義：描述速度方向變化的快慢5、說明：勻速圓周運動加速度的大小不變，方向時刻改變，所以勻速圓周運動不是勻變速運動，是變加速運動向心加速度的的理論推導： 設一質點沿著半徑為r的圓周做勻速圓周運動。在某時刻該質點位于a

11、點，經過很短一段時間t運動到b點。在此期間，質點的速度由va變?yōu)関b，速度改變量為 v。若把速度矢量vb的始端移到a點，其矢量關系如圖所示。速度矢量三角形與相應的oab是相似三角形，且va和vb的大小都等于線速度v。用 s表示ab弦長，有即：t趨于零時，ab弦長等于ab孤長，因此等于線速度的大小v。t趨于零時，表示的就是向心加速度a的大小，且有，因此再由t趨于零時，va和vb的夾角趨于零，v的方向趨于va垂直而指向圓心，即加速度的方向指向圓心。例3.一般飛行員能承受的最大向心加速度的大小約為6g。在飛行表演中，飛機某次水平轉彎時，可視為在水平面內做勻速圓周運動。若飛機以150m/s的速度飛行，

12、在該次水平轉彎過程中向心加速度為6g，取重力加速度g=9.8m/s2，飛機水平轉彎半徑至少為多少？答案：382.7m例4.向心加速度由向心力產生。下面請分析解決涉及圓周運動的一些動力學問題。如圖，若水平圓臺轉動的角速度=0.6rad/s，質量為30kg的小孩坐在距離軸心1m處隨圓臺一起轉動。小孩的向心加速度為多大？小孩受到的靜摩擦力為多大？答案：a=0.36m/s2，f=10.8n例5.如圖所示，兩個質量不同的小球用長度不等的細線拴在同一點，并在同一水平面內做勻速圓周運動，則它們的：（ a ）a周期相同 b線速度的大小相等c細線的拉力大小相等d向心加速度的大小相等例6.一個內壁光滑的圓錐筒的軸線是豎直的，圓錐固定，有質量相同的兩個小球a和b貼著筒的內壁在水平面內做勻速圓周運動，如圖所示，a的運動半徑較大，則（ ac ）aa球的角速度必小于b球的角速度ba球的線速度必小于b球的線速度c