高中物理人教版第五章曲線運動向心力 公開課

安圖一中物理教案時間：2023年3月課題向心力課型新授課（2課時）教學目標知識與技能1．理解向心力的概念及其表達式的確切含義．2．知道向心力大小與哪些因素有關，并能用來進行計算．3．知道在變速圓周運動中，可用上述公式求質點在某一點的向心力和向心加速度．過程與方法1．通過用圓錐擺粗略驗證向心力的表達式的實驗來了解向心力的大小與哪些因素有關，并具體“做一做”來理解公式的含義．2．進一步體會力是產生加速度的原因，并通過牛頓第二定律來理解勻速圓周運動、變速圓周運動及一般曲線運動的各自特點．情感、態(tài)度與價值觀1．在實驗中，培養(yǎng)學生動手的習慣并提高分析問題、解決問題的能力．2．感受成功的快樂．體會實驗的意義，激發(fā)學習物理的興趣．教學重點、難點教學重點1．體會牛頓第二定律在向心力上的應用．2．明確向心力的意義、作用、公式及其變形．教學難點1．圓錐擺實驗及有關物理量的測量．2．如何運用向心力、向心加速度的知識解釋有關現象．教學方法探究、講授、討論、練習教學手段教具準備多媒體課件、圓錐擺等實驗設備教學活動[新課導入]師：前面兩節(jié)課，我們學習、研究了圓周運動的運動學特征，知道了如何描述圓周運動．這節(jié)課我們再來學習物體做圓周運動的動力學特征——向心力．[新課教學]一、向心力[自主閱讀]師：請同學們閱讀教材“向心力”部分，思考并回答以下問題，1．舉出幾個物體做圓周運動的實例，說明這些物體為什么不沿直線飛去．2．用牛頓第二定律推導出勻速圓周運動的向心力表達式．學生認真閱讀教材，列舉并分析實例，體會向心力的作用效果，并根據牛頓第二定律推導出勻速圓周運動的向心力表達式．[交流與討論]師：請同學們交流各自的閱讀心得并進行相互間的討論．生：用手槍一個被繩子系著的物體，使它做圓周運動，是因為繩子的力在拉著它．一旦繩子斷了，小球就會飛出去．生：月球之所以繞地球做圓周運動，是地球對月球的引力在“拉”著它．師：同學們有沒有發(fā)現過，做圓周運動的物體由于突然不受力了，結果物體沿直線飛出去的現象?生：我自己做過這個實驗：用手掄一個被繩子系著的物體，使它做圓周運動，一旦繩子斷了，小球就會飛出去．生：本章第一節(jié)中，砂輪上的砂粒被刀具碰掉后，沿切線方向飛出去的現象．師：剛才同學們說得很好，圓周運動是變速運動，有加速度，故做圓周運動的物體一定受到力的作用．而我們知道做勻速圓周運動的物體具有向心加速度，根據牛頓第二定律，這個加速度一定是由于它受到了指向圓心的合力的作用．這個合力叫做向心力．下面請同學們把剛才由牛頓第二定律推出的向心力的表達式展示出來．投影學生推出的向心力表達式：FN=mv2/r,FN=mrω2點評：學生的思維在于老師的激發(fā)，學習的積極性在于老師的調動．通過讓學生發(fā)表見解，提出疑問，培養(yǎng)學生的語言表達能力和分析問題的能力．二、實驗：用圓錐擺粗略驗證向心力的表達式[實驗與探究]師：請同學們閱讀教材“實驗”部分，思考下面的問題：1．實驗器材有哪些?2．簡述實驗原理(怎樣達到驗證的目的)．3．實驗過程中要注意什么?如何保證小球在水平面內做穩(wěn)定的圓周運動，測量哪些物理量(記錄哪些數據)?4．實驗過程中產生誤差的原因主要有哪些?學生認真閱讀教材，思考問題，找學生代表發(fā)言．教師聽取學生的見解，點評、總結．教師巡視并指導學生完成實驗，及時發(fā)現并記錄學生實驗過程中存在的問題．點評：讓學生親歷實驗驗證的過程．體驗成功的樂趣．培養(yǎng)動手能力和團結協(xié)作的團隊精神．教師聽取學生匯報驗證的結果，引導學生對實驗的可靠性作出評估．[交流與討論]生：實驗的過程中，多項測量都是粗略的，存在較大的誤差，用兩個方法得到的力并不嚴格相等．生：通過實驗我們還體會到．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．在圓錐擺實驗中，向心力是小球重力和細線拉力的合力，還可以理解為是細線拉力在水平面內的一個分力．生：數圈數測時間時，要從零開始數起．生：我有一個改進的實驗，不知是否可行，其裝置如圖6．7—1所示，讓小球在剛好要離開錐面的情況下做勻速圓周運動，我認為利用該裝置可以使測量值減少誤差．師：同學們能積極思維，勇于發(fā)表自己的見解，這很好．至于該方案效果如何，老師沒有做過，這里也不敢妄下結論，還請同學們課后進一步進行比較性的研究，老師期待著你們的實驗結論．點評：新課程理念強調，老師不一定要能回答學生提出的所有問題，但老師要起到一個引導者、一個領路人的作用．[課堂訓練]說明以下幾個圓周運動的實例中向心力是由哪些力提供的．(師生互動)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動．2．火星繞太陽運轉的向心力是什么力提供的?3．在圓盤上放一個小物塊，使小物塊隨圓盤一起做勻速圓周運動，分析小物塊受幾個力，向心力由誰提供．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動．由于豎直方向小球不運動，故重力、支持力合力為零，那么水平方向上的勻速圓周運動由水平面上的繩的拉力來提供．2．解析：火星和太陽間的萬有引力提供火星運轉的向心力．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．點評：通過實例分析，達到鞏固所學知識的目的．[課堂分組實驗]師：請同學們兩人一組，完成課本第54頁“做一做”欄目中的實驗，自己感受向心力的大小．學生按照“做一做”欄目中的實驗介紹，獨立操作，在實驗中去體驗．點評：通過實驗，增強學生的感性認識，同時激發(fā)學生學習物理學的興趣．三、變速圓周運動和一般曲線運動師：在剛才“做一做”的實驗中，我們可以通過掄繩子來調節(jié)沙袋速度的大小，這就給我們帶來一個疑問：難道向心力能改變速度的大小嗎?為什么?生：不能．因為我剛才做實驗時發(fā)現，當我的手保持不動時，沙袋的速度并不能改變，只有當我的手在動時，沙袋的速度才能改變，所以不能．但具體細節(jié)我還沒有搞清．生：剛才XXX同學的發(fā)現我也體會到了，我認為手不動時，繩子的拉力和沙袋運動的速度方向垂直，故沙袋的速度不變．而當手動時，繩子的拉力和沙袋運動的速度方向不垂直，此時可以把拉力分解為沿速度方向和垂直于速度方向的兩個分力，其垂直于速度方向的分力提供沙袋所需的向心力，并不改變沙袋的速度大??；而沿速度方向的分力產生的加速度使沙袋的速度發(fā)生了改變．師：剛才同學們交流、討論得很好，實際上這些現象，我們都可以通過運用牛頓第二定律來解決，希望同學們課后能進一步地認真總結，細細體會。點評：老師及時對學生進行恰當的評價，是使學生能獲得成功培的保證．同時要善于培養(yǎng)學生閱讀教材并從中獲取信息的能力，培養(yǎng)學生發(fā)現問題解決問題的主動求知的意識．師：對于做一般曲線運動的物體，我們可以用怎樣的分析方法進行簡化處理?請同學們閱讀教材并結合課本圖—4的提示發(fā)表自己的見解．同時再與剛才研究的變速圓周運動去進行對比．點評：對學生注重物理學方法的教育．[課堂訓練]1．如圖6．7—2所示，在光滑的水平面上釘兩個釘子A和B，相距20cm用一根長1m的細繩，一端系一個質量為0.5kg的小球，另一端固定在釘子A上．開始時球與釘子A、B在一條直線上，然后使小球以2m／s的速率開始在水平面內做勻速圓周運動．若繩子能承受的最大拉力為4N，那么從開始到繩斷所經歷的時間是多少?說明：需注意繩磋釘子的瞬間，繩的拉力和速度方向仍然垂直，球的速度大小不變，而繩的拉力隨半徑的突然減小而突然增大．2．如圖—3所示，水平轉盤的中心有個豎直小圓筒，質量為m的物體A放在轉盤上，A到豎直筒中心的距離為r，物體A通過輕繩、無摩擦的滑輪與物體月相連，月與A質量相同．物體A與轉盤問的最大靜摩擦力是正壓力的μ倍，則轉盤轉動的角速度在什么范圍內，物體A才能隨盤轉動?說明：根據向心力公式，解題的關鍵是分析做勻速田用運動物體的受力情況；明確哪些力提供了它需要的向心力．3．如圖—4所示，在質量為M的電動機上，裝有質量為m的偏心輪，飛輪轉動的角速度為ω，當飛輪重心在轉軸正上方時，電動機對地面的壓力剛好為零．則飛輪重心離轉軸的距離多大?在轉動過程中，電動機對地面的最大壓力多大?[小結]師：請同學們概括總結本節(jié)課的內容．投影展示出幾個學生的課堂小結，同時引導同學們分析，討論，并與各自的小結進行對比，看看誰總結得好，并把自己的體會寫下來．點評：總結課堂內容，培養(yǎng)學生概括總結能力．教師要放開，讓學生自己總結所學內容，允許內容的順序不同，從而構建他們自己的知識框架．[課外訓練]1．如圖—5所示，一圓盤可以繞一個通過圓盤中心且垂直于盤面的豎直軸轉動，在圓盤上放置一木塊，當圓盤勻速轉動時，木塊隨圓盤一起運動，那么…()A.木塊受到圓盤對它的摩擦力，方向背離圓盤中心B.木塊受到圓盤對它的摩擦力．方向指向圓盤中心C.因為木塊與圓盤一起做勻速轉動，所以它們之間沒有摩擦力D.因為摩擦力總是阻礙物體運動的，所以木塊受到圓盤對它的摩擦力的方向與木塊運動方向相反2．一個2.0kg的物體在半徑是1.6m的圓周上以4m／s的速率運動，向心加速度為多大?所需向心力為多大?3．太陽的質量是1．98X1030kg，它離開銀河系中心大約3萬光年(1光年：9．46X10124．關于勻速圓周運動的周期大小，下列判斷正確的是…()A．若線速度越大，則周期一定越小B．若角速度越大，則周期一定越小C．若半徑越大，則周期一定越大D．若向心加速度越大，則周期一定越大5．線的一端系一個重物，手執(zhí)線的另一端使重物在光滑水平面上做勻速圓周運動，當轉速相同時．線長易斷，還是線短易斷?為什么?如果重物運動時系線被桌上的一個釘子擋住，隨后重物以不變的速率在系線的牽引下繞釘子做圓周運動，系線碰釘子時釘子離重物越遠線易斷?還是離重物越近線易斷?為什么?6．如圖6．7-6所示，線段OA＝2AB．A、B兩球質量相等．當它們繞O點在光滑的水平桌面上以相同的角速度轉動時，兩線段的拉力之比為多少?參考答案1．B2．10m／s220N3．×1020N4．B5．線長易斷，因為轉速相同時，由向心力公式知，半徑越大，所需向心力越大．越近易斷，因為線速度相同時，由向心力公式知，半徑越小，所需向心力大．6．3:5學生活動作業(yè)[布置作業(yè)]完成P55“問題與練習”中的l～5題．板書設計7．向心力一、向心力1．通過實例進一步感受做圓周運動的物體必須受到力的作用．2．向心力的概念3．向心力的表達式二、向心力的實驗驗證1．圓錐擺的實驗．2．向心力公式的實驗討論(“做一做”)．三、變速圓周運動和一般曲線運動的研究教學后記課后習題1．下列關于做勻速圓周運動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．向心力是一個恒力D．向心力的大小—直在變化2．下列關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．在勻速圓周運動中，向心加速度是恒定的D．在勻速圓周運動中，向心加速度的大小不斷變化3．一根長為L=1.0m的細繩系一質量為M=0.5kg的小球，在光滑水平面上勻速圓周運動，如圖5－6－1所示，小球轉動的角速度為（1）小球的向心加速度（2）繩中的拉力4，如圖5—6—2所示，在勻速轉動的水平轉盤上，有一個相對于盤靜止的物體，隨盤一起轉動，關于它的受力情況，下列說法中正確的是（）A．只受到重力和盤面的支持力的作用B．只受到重力、支持力和靜摩擦力的作用C．除受到重力和支持力外，還受到向心力的作用D．受到重力、支持力、靜摩擦力和向心力的作用5．在勻速圓周運動中，下列物理量不變的是（）A．向心加速度B．線速度C．向心力D．角速度6．A、B兩小球都在水平面上做勻速圓周運動，A球的軌道半徑是B球軌道半徑的2倍，A的轉速為30r/min，B的轉速為15r/min。則兩球的向心加速度之比為（）A．1：1B．2：1C．4：1D．8：17．如圖5-6-3所示，一質點在水平面上