向心力公開課教案教學設(shè)計

1、向心力教學案例 教學目標.知識與技能了解向心力的概念，知道向心力是根據(jù)力的效果命名的。(2)掌握向心力的表達式(3)會分析向心力的來源，計算簡單情景中的向心力(4)初步了解“用圓錐擺粗略驗證向心力的表達式”的原理(5)知道向心力的表達式也適用與變速圓周運動過程與方法(1)體驗向心力的存在(2)通過分組實驗，聯(lián)系測量、實驗數(shù)據(jù)分析的能力.情感、態(tài)度與價值觀(1)用生活實例以及演示實驗，激發(fā)學生的學習興趣(2)用常見的物品或儀器做實驗，讓學生感受到科學就在身邊(3)通過用“牛頓第二運動定律”推導向心力表達式，讓學生體會物理規(guī)律的普適性 教學重難點：(1)向心力概念的建立，向心力的表達式以及簡單應(yīng)用

2、(2)向心力來源的分析學情分析：向心力一節(jié)是曲線運動的重點、難點，具有承前啟后的作用。通過學習，可以讓 學生從對圓周運動的外表認識上升到理論分析，也為以后對天體運動及帶電粒子在電磁場中 的運動的分析打下基礎(chǔ)。學生通過前面的學習，從知識角度看，已經(jīng)掌握了牛頓第二運動定律，了解了描述圓周 運動的各個物理量及其關(guān)系，也認識了勻速圓周運動的向心加速度以及表達式；從思維能力 角度看，通過前面做的學生實驗以及加速度與力、質(zhì)量關(guān)系的分析，已經(jīng)初步具備了提出問 題、分析問題與解決問題的能力。教學過程一.引入L回顧描述圓周運動的幾個基本物理量及其關(guān)系(2)向心加速度的概念及其表達式.感受向心力讓學生甩動一段帶有

3、繩子的小球，說說自己感受到的力(2)視頻：地球繞太陽公轉(zhuǎn)(3)過渡語：可見做圓周運動的物理需要一個指向圓心方向的力的作用。本節(jié)課我們就來 研究這個力。二、向心力L概念：由于這個理指向圓心方向，所以稱為向心力。.向心力的來源：展示情景：(1)地球繞太陽轉(zhuǎn)：太陽對地球的引力提供向心力（2）帶繩子的小球在光滑水平面上做圓周運動：繩子的拉力提供向心力（3）小物塊隨圓盤一起做圓周運動：圓盤對小物塊的摩擦力提供向心力（4）飛椅：繩子與重力的合理提供向心力總結(jié)：向心力不是某個具體的力，它是由別的力來提供的。也不是像重力、彈力、摩擦力那 樣作為具有某種性質(zhì)的力來命名的，它是根據(jù)拉力的作用效果命名的。但凡指向圓

4、心，使物 理做圓周運動的力都是向心力。.向心力的表達式（1）回顧力與加速度的關(guān)系：牛頓第二運動定律（2）結(jié)合上面做勻速圓周運動的例子：a.做勻速圓周運動的物體所受的向心力是物理所受的合力。b. Fn= F 合=，7161C.做圓周運動的加速度就是向心加速度：=斯 TOC o 1-5 h z 、v2 947r 2總結(jié)： 所以 Fn=man=m rrT三、驗證向心力表達式過渡語：剛剛我們通過理論分析得到了向心力的計算表達式，任何理論都需要經(jīng)得起實 驗的檢驗。下面我們就用實驗來粗略的驗證一下:L實驗原理分析（1）請學生閱讀課本P2324 “實驗：用圓錐擺粗略驗證向心力的表 達式”閱讀時候思考幾個問題

5、：a.實驗的目的是什么？b.如何得到一個圓周用的c.需要測量那些物理量、怎么測量d.如何驗證（2）請學生回答，教師引導總結(jié)a.粗略驗證做勻速圓周運動的物體所受的合力與向心力表達式是否一 致b.細線下面懸掛一個鋼球，細線上端固定在鐵架臺上。 將畫著幾個同心圓的白紙置在水平桌上，使鋼球靜止時 正好位于圓心。用手捏住擺線靠近懸點的位置使小球轉(zhuǎn) 動，當鋼球比擬穩(wěn)定地做圓周運動后松手（如圖1所示） c.用向心力表達式計算向心力需要測量質(zhì)量、周期與半徑：用 秒表或者手表記錄鋼球運動假設(shè)干圈的時問，再通過紙上 的圓測出鋼球做勻速圓周運動的半徑，這樣就能算出鋼 球的線速度。鋼球的質(zhì)量可以由天平測出。用公式2吊

6、=2匕就能算出鋼球所受的向心力。r用小球所受合力計算向心力需要計算：質(zhì)量與擺角 的正切值。鋼球在水平面內(nèi)做勻速圓周運動時，受到重 力mg和繩子拉力Fr的作用（如圖2）,它們的合力為凡 由圖2中可看出，尸tan。tan。值能通過以下測量和計算得到：在圖1中, 測出圓半徑r和小球距懸掛點的豎直高度九兩者之比就是tan。用天平測得鋼 球質(zhì)量后，合力尸的值也就得到了。d.比擬兩個方法得到的向心力，驗證向心力表達式的正確性。(3)實驗驗證方案的設(shè)計優(yōu)化(雖然課本的設(shè)計可以讓學生體會向心力的計算過程，從而強化與向心力有 關(guān)的因素。但是測量數(shù)據(jù)太多，而且好幾個數(shù)據(jù)并不易測量，課堂時間不夠用。 為了方便實驗、

7、節(jié)省課堂時間，我們可以對實驗原理重新梳理一下)與學生重新梳理實驗原理：用向心力表達式計算向心力時我們測出小球轉(zhuǎn)動幾圈的總時間6算出周期T-,進而得到角速度 二也所以有：Fn= m =moj2r=m ( 2)2r；ntrt而用合力計算向心力為：F-mgtan0 =mg ；h只要比擬(包)2與&的數(shù)值是否相等就可以得出結(jié)論。t h所以我們不需要測出m和片只要測出h、和3 就可以比擬兩個方法 得到的向心力。說明：為了表達向心力及其相干因素，課本采用測量質(zhì)量與半徑是可取的。但今天我 們課堂時間有限，就采用我們剛剛得出的新方案。(4) t與h的測量小球受空氣阻力的影響，時間長了轉(zhuǎn)動半徑和速度會不斷減小，

8、所以小球轉(zhuǎn) 的圈數(shù)不宜過多，由于本實驗以估測為主，測出小球轉(zhuǎn)5圈左右的時間，為宜。的直接測量比擬困難，我們可以采取如下方案：先測出擺線的懸點到擺球 上端的長度/,然后用游標卡尺測出小球的直徑d,進而得到小球的半徑ro (高 一學生不會用游標卡尺，可以教師事先測好了告知學生)；在放白紙的木板一邊 的中點榜上固定一把刻度尺，使刻度尺的零刻度線與木板上外表平行(如圖6 所示)。實驗時，先讓小球自然懸掛，調(diào)整鐵架臺的高度，使小球正好觸到白紙 上同心圓的圓心，然后讓小球做圓錐擺，在轉(zhuǎn)動過程中一位同學數(shù)圈數(shù)記時間， 另一位同學視線與木板平行觀察小球中心經(jīng)過刻度尺時，擋住刻度值的讀數(shù)4九 /K么：h=l+r

9、o- Aho(5)實驗數(shù)據(jù)的處理由于在此實驗是在課堂完成，時間不宜過長，所以可以通過改變擺線長度與 小球做圓周運動的半徑重復3次左右。把數(shù)據(jù)按如下表格填好：理量 序nth（2萬。）2 tg I123.學生分組實驗，教師巡視指導.展示學生實驗結(jié)果，教師總結(jié)（1）請其中一組同學為代表，展示他們的時間數(shù)據(jù)，打入excel表中，讓軟件自動計算結(jié) 果，比擬實驗結(jié)果。（2）通過實驗我們發(fā)現(xiàn)在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，我們前面理論分析得到的向心力表達式 是正確的。以后我們可以求合理或者用上述向心力表達式來計算勻度圓周運動物理所所受的 向心力。四、變速圓周運動在前面我們研究的圓周運動都是勻速圓周運動為主,但其實生

10、活中很多圓周運動的線速 度大小是會變的一一變速圓周運動。比方，我們剛剛用手甩動繩子（演示），只要我們適當 的改變甩繩子的方式，就可以控制小球加速與減速。讓學生自己體會下。問題：向心力會改變速度的大小嗎？引導總結(jié)：其實仔細觀察當我們加速或者減速甩動小球時候，繩子已經(jīng)不與運動方向完 全垂直了（ppt展示視頻截圖）以加速運動時候為例：根據(jù)效果我們可以把繩子的拉力分解為指向圓心方向和與圓周相 切方向兩個分力，其中指向圓心方向的力Fn就是向心力，產(chǎn)生向心加速度，它只改變速度 的方向；而與圓周相切方向的分力R會產(chǎn)生切向加速度改變速度的大小。所以如果 合力指向圓心，E=0,物體就做勻速圓周運動，反之物體做變速圓周運動。 結(jié)論：物體所受的向心力是指向圓心方向的合力，向心力表達式不僅適用于勻速 圓周運動，也適用與變速圓周運動。五.小結(jié)與鞏固練習.總結(jié)：（1）物理所受的向心力是物理指向圓心方法的合力。、47r2(2)