高中物理人教版第五章曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)向心力 高質(zhì)作品

向心力教學(xué)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)思想本節(jié)知識(shí)在圓周運(yùn)動(dòng)部分處于核心地位，既有定性結(jié)論，又有定量計(jì)算，知識(shí)要求較高。本節(jié)教案從學(xué)生的實(shí)際出發(fā)，結(jié)合本章前2節(jié)圓周運(yùn)動(dòng)的知識(shí)，注重創(chuàng)設(shè)物理背景，應(yīng)用牛頓第二定律，初步得出向心力的大??；引導(dǎo)學(xué)生對(duì)具體問(wèn)題的分析，解決向心力來(lái)源問(wèn)題；通過(guò)學(xué)生自己動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證向心力公式，并分析得到影響向心力的因素。這個(gè)過(guò)程中加強(qiáng)學(xué)生的活動(dòng)，使學(xué)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(xué)素養(yǎng)。把分析圓周運(yùn)動(dòng)的方法推廣到研究一般的曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，在此過(guò)程中引導(dǎo)學(xué)生分析得出勻速圓周運(yùn)動(dòng)的加速度特點(diǎn)。教學(xué)目標(biāo)知識(shí)與技能：理解向心力的概念及其表達(dá)式的確切含義．知道向心力的大小與哪些因素有關(guān)，并能用來(lái)進(jìn)行計(jì)算．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．過(guò)程與方法：從牛頓第二定律和向心加速度公式推出向心力公式，并通過(guò)圓錐擺實(shí)驗(yàn)粗略驗(yàn)證向心力的表達(dá)式．通過(guò)教材上“做一做”中的實(shí)驗(yàn)，得到影響向心力大小的因素。進(jìn)一步體會(huì)力是產(chǎn)生加速度的原因，并通過(guò)牛頓第二定律來(lái)理解勻速圓周運(yùn)動(dòng)、變速圓周運(yùn)動(dòng)及一般曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的各自特點(diǎn)．情感態(tài)度與價(jià)值觀(guān)：在實(shí)驗(yàn)中，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手的習(xí)慣并提高分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力．感受成功的快樂(lè)．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)重點(diǎn)牛頓第二定律在圓周運(yùn)動(dòng)上的應(yīng)用．明確向心力的意義，會(huì)確定軌道平面、圓心及向心力．教學(xué)難點(diǎn)如何確定向心力以及影響向心力的因素．如何運(yùn)用向心力、向心加速度的知識(shí)解釋有關(guān)現(xiàn)象．教學(xué)資源多媒體展臺(tái)、圓錐擺、小球、細(xì)繩等實(shí)驗(yàn)儀器教法設(shè)計(jì)講授探究式、合作探究式、實(shí)驗(yàn)探究式教學(xué)過(guò)程教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)意圖[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，得到了勻速圓周運(yùn)動(dòng)向心加速度的表達(dá)式．根據(jù)牛頓第二定律，產(chǎn)生向心加速度的原因一定是物體受到了指向圓心的合力，這個(gè)合力就叫做向心力。這節(jié)課我們就來(lái)學(xué)習(xí)物體做圓周運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)特征——向心力．[新課教學(xué)]一、向心力A．向心力的大小問(wèn)：請(qǐng)同學(xué)們閱讀教材“向心力”部分，思考并回答以下問(wèn)題，1．舉出幾個(gè)物體做圓周運(yùn)動(dòng)的實(shí)例，并說(shuō)明這些物體為什么不沿直線(xiàn)飛去．2．用牛頓第二定律推導(dǎo)出勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力表達(dá)式．請(qǐng)同學(xué)們把剛才由牛頓第二定律推出的向心力的表達(dá)式展示出來(lái)．投影學(xué)生推出的向心力表達(dá)式：FN=mv2/rFN=mrω2[課堂訓(xùn)練]例題：長(zhǎng)為l=40cm的細(xì)繩，一端拴一個(gè)質(zhì)量m=0.20kg的小球，在光滑的水平桌面內(nèi)繞繩的另一端做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。若小球繞圓心轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度ω=rad/s，求繩對(duì)小球的拉力多大？ωωOB．向心力的方向問(wèn)：我們剛才在圓周運(yùn)動(dòng)中通過(guò)應(yīng)用牛頓第二定律得到了向心力的大小的表達(dá)式，而力是矢量，既有大小又有方向，那么現(xiàn)在請(qǐng)大家思考一下向心力的方向指向哪里？教師指引性地給出結(jié)論：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．C．向心力的作用效果問(wèn)：我們現(xiàn)在已經(jīng)知道向心力的大小和方向，那么這個(gè)向心力起到什么樣的作用呢？（引導(dǎo)）大家可以猜想一下，做圓周運(yùn)動(dòng)的物體如果突然不受力了，物體會(huì)怎么運(yùn)動(dòng)?（可以鼓勵(lì)同學(xué)用手邊的東西做小實(shí)驗(yàn)，例如轉(zhuǎn)動(dòng)鑰匙繩）對(duì)剛才同學(xué)們的答案進(jìn)行分析總結(jié)并做出評(píng)價(jià)，指出這樣的情況下，物體會(huì)遠(yuǎn)離圓心飛出去。也就是說(shuō)：物體在受到向心力作用時(shí)做圓周運(yùn)動(dòng)；如果向心力突然消失，物體會(huì)飛出去。這說(shuō)明向心力的作用效果就是使物體圍繞圓心做圓周運(yùn)動(dòng)。二、實(shí)驗(yàn)：用圓錐擺粗略驗(yàn)證向心力的表達(dá)式我們已經(jīng)知道了向心力的計(jì)算公式，下面來(lái)驗(yàn)證一下這個(gè)表達(dá)式。請(qǐng)同學(xué)們閱讀教材“實(shí)驗(yàn)”部分，思考下面的問(wèn)題：簡(jiǎn)述實(shí)驗(yàn)是如何達(dá)到驗(yàn)證的目的．實(shí)驗(yàn)過(guò)程中要注意什么?如何保證小球在水平面內(nèi)做穩(wěn)定的圓周運(yùn)動(dòng)？需要測(cè)量哪些物理量?實(shí)驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)生誤差的原因主要有哪些?請(qǐng)學(xué)生認(rèn)真閱讀教材，思考并回答問(wèn)題，教師聽(tīng)取學(xué)生的見(jiàn)解，點(diǎn)評(píng)、總結(jié)．教師巡視并指導(dǎo)學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并記錄學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程中存在的問(wèn)題．教師聽(tīng)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．[發(fā)展思維]前面同學(xué)們已經(jīng)舉出很多圓周運(yùn)動(dòng)的例子，那么大家想想這些圓周運(yùn)動(dòng)中向心力是由哪些力提供的？（給出幾個(gè)典型的圓周運(yùn)動(dòng)的例子：圓錐擺、馬戲團(tuán)中做“籠中飛車(chē)”的摩托車(chē)；用繩子系著的小球在光滑桌面上做圓周運(yùn)動(dòng)等等）參考答案：圓錐擺實(shí)驗(yàn)中向心力是由拉力和重力的合力提供的；摩托車(chē)的向心力由摩托車(chē)的重力和籠子對(duì)摩托車(chē)的支持力的合力提供；小球的向心力由繩子的拉力提供。從這幾個(gè)例子可以看出：向心力并不是像重力、彈力、摩擦力那樣作為具有某種性質(zhì)的力來(lái)命名的。它是根據(jù)力的作用效果命名的。向心力可以由某一個(gè)力來(lái)提供，也可以由幾個(gè)力的合力提供，或者也可以由某個(gè)力的分力提供。[課堂訓(xùn)練]說(shuō)明以下幾個(gè)圓周運(yùn)動(dòng)的實(shí)例中向心力是由哪些力提供的．(師生互動(dòng))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．火星繞太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)的向心力是什么力提供的?3．在圓盤(pán)上放一個(gè)小物塊，使小物塊隨圓盤(pán)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．參考答案1．解析：小球受重力、支持力、繩的拉力而做勻速圓周運(yùn)動(dòng)．由于豎直方向小球不運(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)由水平面上的繩的拉力來(lái)提供．2．解析：火星和太陽(yáng)間的萬(wàn)有引力提供火星運(yùn)轉(zhuǎn)的向心力．3．解析：小物塊受重力、支持力和靜摩擦力，靜摩擦力提供向心力．[實(shí)驗(yàn)探究]影響向心力的因素請(qǐng)同學(xué)們兩人一組，完成課本第54頁(yè)“做一做”欄目中的實(shí)驗(yàn)，自己感受向心力的大?。谠搶?shí)驗(yàn)中應(yīng)用控制變量法，分別做了以下情況：保持小球的線(xiàn)速度不變，感受不同運(yùn)動(dòng)半徑下繩子的拉力；保持小球的角速度不變，感受不同運(yùn)動(dòng)半徑下繩子的拉力。提出問(wèn)題：通過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)，請(qǐng)大家思考一下影響向心力大小的因素是什么？三、變速圓周運(yùn)動(dòng)和一般曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)1、變速圓周運(yùn)動(dòng)我們知道力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因，那么在圓周運(yùn)動(dòng)中向心力是如何改變物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的？把做變速圓周運(yùn)動(dòng)物體所受的合力沿切線(xiàn)方向和法向方向正交分解，得到一個(gè)切向的分力和一個(gè)法向的分力。切向分力產(chǎn)生圓周切線(xiàn)方向的加速度（切向加速度），法向分力產(chǎn)生向心加速度。向心加速度的特點(diǎn)：始終與速度方向垂直，其表現(xiàn)就是速度方向的改變。即向心加速度只負(fù)責(zé)速度的方向變化。切向加速度的特點(diǎn)：始終與速度方向平行，其表現(xiàn)就是速度大小的改變。即切向加速度只負(fù)責(zé)速度的大小變化。問(wèn)：請(qǐng)同學(xué)思考，勻速圓周運(yùn)動(dòng)的加速度和受力情況應(yīng)該具有什么樣的特點(diǎn)？答案：做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體只有向心力和向心加速度，且大小不變。2、一般曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)問(wèn)：對(duì)于做一般曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的物體，我們可以用怎樣的分析方法進(jìn)行簡(jiǎn)化處理?請(qǐng)同學(xué)們閱讀教材發(fā)表自己的見(jiàn)解．同時(shí)再與剛才研究的變速圓周運(yùn)動(dòng)去進(jìn)行對(duì)比．[課堂訓(xùn)練]例題：若最大靜摩擦力f0，物體質(zhì)量為m，距離軸的距離為R，為保證物體相對(duì)圓盤(pán)靜止，則圓盤(pán)的角速度是多少?ff0[課后思考]如下圖所示，水平轉(zhuǎn)盤(pán)的中心有個(gè)豎直小圓筒，質(zhì)量為m的物體A放在轉(zhuǎn)盤(pán)上，A到豎直筒中心的距離為r，物體A通過(guò)輕繩、無(wú)摩擦的滑輪與物體B相連，B與A質(zhì)量相同．物體A與轉(zhuǎn)盤(pán)間的最大靜摩擦力是正壓力的μ倍，則轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度在什么范圍內(nèi)，物體A才能隨盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)?說(shuō)明：根據(jù)向心力公式，解題的關(guān)鍵是分析做勻速圓周運(yùn)動(dòng)物體的受力情況；明確哪些力提供了它需要的向心力．[小結(jié)]請(qǐng)同學(xué)們概括總結(jié)本節(jié)課的內(nèi)容．投影展示出幾個(gè)學(xué)生的課堂小結(jié)，同時(shí)引導(dǎo)同學(xué)們分析，討論，并與各自的小結(jié)進(jìn)行對(duì)比，看看誰(shuí)總結(jié)得好，并把自己的體會(huì)寫(xiě)下來(lái)．最后老師給出總結(jié)。學(xué)生回答向心加速度的兩個(gè)表達(dá)式學(xué)生認(rèn)真閱讀教材，列舉并分析實(shí)例，體會(huì)向心力的作用效果，并根據(jù)牛頓第二定律推導(dǎo)出勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力表達(dá)式．學(xué)生根據(jù)自己的生活常識(shí)能給出正確答案，即物體會(huì)飛出去。甚至可能會(huì)有同學(xué)說(shuō)物體做離心運(yùn)動(dòng)。1）實(shí)驗(yàn)通過(guò)用秒表記錄鋼球運(yùn)動(dòng)若干圈的時(shí)間，可以得到鋼球的線(xiàn)速度；鋼球的質(zhì)量可以用天平稱(chēng)出；用直尺可以測(cè)出小球在平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑。把以上三個(gè)物理量代入向心力表達(dá)式就可以得出小球所受的向心力大小。另外通過(guò)對(duì)小球進(jìn)行受力分析可知小球受到的向心力是由小球的重力和繩子對(duì)小球的拉力的合力提供的。通過(guò)應(yīng)用三角形關(guān)系可以求出向心力大小。比較此向心力與上面求得的向心力，在誤差范圍內(nèi)是相等的。驗(yàn)證了向心力公式的正確性。學(xué)生按照“做一做”欄目中的實(shí)驗(yàn)介紹，獨(dú)立操作，在實(shí)驗(yàn)中去體驗(yàn)影響向心力的變化情況．復(fù)習(xí)引入新課通過(guò)課堂隨練，使學(xué)生掌握并能應(yīng)用向心力公式進(jìn)行計(jì)算。通過(guò)讓學(xué)生思考并發(fā)表見(jiàn)解，培養(yǎng)學(xué)生的語(yǔ)言表達(dá)能力和分析問(wèn)題的能力．使學(xué)生知道向心力的作用效果。讓學(xué)生親歷實(shí)驗(yàn)過(guò)程．體驗(yàn)成功樂(lè)趣．培養(yǎng)動(dòng)手能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神．同時(shí)又加深了對(duì)向心力表達(dá)式的理解。通過(guò)實(shí)例分析，達(dá)到鞏固所學(xué)知識(shí)的目的．通過(guò)實(shí)驗(yàn)，增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，同時(shí)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理學(xué)的興趣．對(duì)學(xué)生注重物理學(xué)方法的教育．總結(jié)課堂內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生概括總結(jié)能力．教師要放開(kāi)，讓學(xué)生自己總結(jié)所學(xué)內(nèi)容，允許內(nèi)容的順序不同，從而構(gòu)建他們自己的知識(shí)框架．板書(shū)設(shè)計(jì)第七節(jié)向心力一