高中物理2 5.7《向心力》教案人教版必修二

wordwordPAGEPAGE2/16第五章曲線運(yùn)動(dòng)5.7向心力★教學(xué)目標(biāo)(一)知識(shí)與技能知道什么是向心力，理解它是一種效果力知道向心力大小與哪些因素有關(guān)。理解公式的確切含義，并能用來(lái)進(jìn)行計(jì)算結(jié)合向心力理解向心加速度理解變速圓周運(yùn)動(dòng)中合外力與向心力的關(guān)系(二)過(guò)程與方法從受力分析來(lái)理解向心加速度，加深對(duì)牛頓定律的理解。并理解公式的含義。經(jīng)歷從勻速圓周運(yùn)動(dòng)到變速圓周運(yùn)動(dòng)再到一般曲線運(yùn)動(dòng)的研究過(guò)程問(wèn)題從特殊到一般的思維方法。并學(xué)會(huì)用運(yùn)動(dòng)和力的觀點(diǎn)分析、解決問(wèn)題。(三)情感態(tài)度與價(jià)值觀通過(guò)親身的探究活動(dòng)，使學(xué)生獲得成功的樂(lè)趣，培養(yǎng)學(xué)生參與物理活動(dòng)的興趣。經(jīng)歷從特殊到一般的研究過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣?！锝虒W(xué)重點(diǎn)理解向心力的概念和公式的建立。理解向心力只改變速度的方向，不改變速度的大小。運(yùn)用向心力、向心加速度的知識(shí)解釋有關(guān)現(xiàn)象?！锝虒W(xué)難點(diǎn)理解向心力的概念和公式的建立。運(yùn)用向心力、向心加速度的知識(shí)解釋有關(guān)現(xiàn)象?！锝虒W(xué)過(guò)程一、引入a師：同學(xué)們，在上節(jié)課的學(xué)習(xí)中，我們單純從運(yùn)動(dòng)學(xué)角度用公式

vvvtt0Rv2a 或a2R或aRv2

，方向總是與速度方向垂直，始終指向圓心。于是我們把勻速圓周運(yùn)動(dòng)的加速度又稱(chēng)作向心加速度。a師：今天我們將結(jié)合物體受力從動(dòng)力學(xué)角度用公式

Fm來(lái)研究向心加速度。mm動(dòng)時(shí)所受的合外力有什么特點(diǎn)？m根據(jù)公式

aF

，我們知道做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體所受的合外力應(yīng)該是Rv2Fmam 或m2R或Rv2

，方向總是與速度垂直指向圓心。二、向心力受的合外力又稱(chēng)作向心力。[定義]：做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體所受的合外力由于指向圓心，所以該合外力又叫做向心力。下這個(gè)結(jié)論。畢竟理論只有結(jié)合實(shí)際才能被更透徹地理解。①受的合外力的特點(diǎn)。心即日心。②光滑桌面上一個(gè)小球，由于細(xì)繩的牽引，繞桌面上的圖釘做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。[解析]：小球受重力、支持力、繩子的拉力。合力是繩子的拉力，方向沿繩子指向圓心〔圖釘〕NGF③[解析]：物體受重力、支持力、靜摩擦力。合外力為靜摩擦力，方向指向圓心。NGf師：大家結(jié)合生活實(shí)驗(yàn)仔細(xì)體會(huì)向心力的定義，回答下面的問(wèn)題。體是什么？如果不是，那它是按什么來(lái)命名的？動(dòng)力、阻力、壓力、支持力等。[形象比方]:搬運(yùn)工是個(gè)角色名稱(chēng)，只要做的是這個(gè)工作，它就可以冠以搬運(yùn)工的名。一個(gè)大人做這個(gè)工作，那么這個(gè)大人可以叫做搬運(yùn)工；兩個(gè)小孩做這個(gè)工作，那么這兩個(gè)小孩也可以叫做搬運(yùn)工。[牢記](méi)：向心力是效果力，不是按性質(zhì)命名的新的類(lèi)型的力。例1、分析下面各種勻速圓周運(yùn)動(dòng)中向心力是由哪些力提供？①玻璃球沿碗〔透明〕的內(nèi)壁在水平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)；或者漏斗里的運(yùn)動(dòng)，如圖?！膊挥?jì)摩擦〕wordNGθNsinmgNsinmgNcosF向

NcosF向[解析]：將支持力沿水平和豎直方向分解后就有如下圖的結(jié)論。②圓錐擺運(yùn)動(dòng)：細(xì)線下面懸掛一鋼球，細(xì)線上端固定，設(shè)法使小球在水平面面上做圓周運(yùn)動(dòng)。[解析]：重力、繩子拉力。向心力為這兩個(gè)力的合力，指向圓心。受力分析如以下圖FGθFsinmgFsinmg5/16wordFcosF向

FcosF向v2[公式]v2

Fm 或Fm2R或FR[單位]：N[方向]:總是與速度垂直，時(shí)刻指向圓心。觀看視頻文件：飛機(jī)拐彎；花樣滑冰；鏈球運(yùn)動(dòng)；摩擦力提供向心力；圓錐擺應(yīng)用例2 如下圖，小物A與圓盤(pán)保持相對(duì)靜止，跟著圓盤(pán)一起作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，那A的受力況是〔〕A、受重力、支持力B、受重力、支持力和指向圓心的摩擦力C、重力、支持力、向心力、摩擦力D、以上均不正確力分析知：物體A在水平轉(zhuǎn)臺(tái)上，其受重力GF6/16wordwordPAGEPAGE10/160且摩擦力的方向一定指向圓心。當(dāng)然我們也可以從靜摩擦力的定義來(lái)判斷靜摩擦力的方A將沿切線方AA所受的靜摩擦力是不是沿切線方向跟物體飛出去的方向相反呢？這里就必須搞清參考系靜摩擦力，因而必須以轉(zhuǎn)盤(pán)為參考系來(lái)說(shuō)明A沿切線飛至C的同時(shí)，轉(zhuǎn)盤(pán)上ABA相對(duì)于轉(zhuǎn)盤(pán)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向，所以，物體A受到的靜摩擦力的方向必然是沿著半徑指向圓心的．解：正確選項(xiàng)為B．三、向心力的作用效果力的作用效果，就是要討論在該力作用下物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是如何變化的。狀態(tài)是如何變化的？生：速度大小不變，方向不斷變化。慢的物理量。[牢記](méi)：向心力的作用效果是只改變速度的方向，不改變速度的大小。線時(shí)的作用效果是什么呢？生：果是什么？不改變速度大小。綜合來(lái)看就是這個(gè)力既改變速度大小，也改變速度方向。師：回答得非常好！到此，我們對(duì)力與運(yùn)動(dòng)的理解更透徹了。[牢記](méi)：①力與速度同一直線，力只改變速度大小，不改變速度方向。②力與速度垂直，力只改變速度方向，不改變速度大小。上，那么有力既改變速度大小，同時(shí)也改變速度方向。四、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(wèn)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(guò)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(guò)程中差生誤差的原因主要有哪些？學(xué)生認(rèn)真閱讀教材，思考問(wèn)題，學(xué)生代表發(fā)言。教師點(diǎn)評(píng)、總結(jié)。學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，獨(dú)立驗(yàn)證。教師巡視，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。m(kg)m(kg)d1(m)d2(m)d=d1-d2(m)T(s)r(m)Fn=4mπ2r/T2F合=mgtanθ注：d1指懸掛點(diǎn)到紙面的距離,d2指球心到紙面的距離，d指懸掛點(diǎn)到球心的距離觀看動(dòng)畫(huà)：圓錐擺師生互動(dòng)，得出結(jié)論：1、實(shí)驗(yàn)的過(guò)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(guò)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(lái)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。課后實(shí)驗(yàn)：做一做〞教師指導(dǎo)學(xué)生兩人一組，完成課本“做一做〞欄目中的實(shí)驗(yàn)，自己感受向心力的大小。五、演示實(shí)驗(yàn)：向心力演示器觀看視頻文件：向心力演示器實(shí)驗(yàn)觀看動(dòng)畫(huà)：向心力演示器六、變速圓周運(yùn)動(dòng)師：如果物體做的是變速圓周運(yùn)動(dòng)，那合外力還是指向圓心嗎？速度的大小，不可能能做變速圓周運(yùn)動(dòng)。師：那變速圓周運(yùn)動(dòng)的合外力應(yīng)該是怎樣的呢？生：將其分解后切向與法向各分得一個(gè)分力，法向分力指向圓心，作用效果是改變速度方向，不改變速度大小，使物體做圓周運(yùn)動(dòng)；切身分力與速度同一直線，只改變速度大小，不改變方向。兩分力共同作用效果就是變速圓周運(yùn)動(dòng)。F力產(chǎn)生的加速度叫做切向加速度。FOwordFnFt改變速度的大小改變速度的方向11/16wordwordPAGEPAGE12/16[牢記](méi)：①向心加速度和向心力概念公式雖然是從勻速圓周運(yùn)動(dòng)得出的，它同樣適用于變速圓周運(yùn)動(dòng)。Rv2Fm 或Fm2R或FRv2。③變速圓周運(yùn)動(dòng)的合外力不等于向心力，不指向圓心。例3、一輛汽車(chē)在水平公路上轉(zhuǎn)彎，沿曲線由M向N行駛，速度逐漸減小。圖甲、乙、丙、丁分別畫(huà)出了汽車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)所受合力F的四種方向，你認(rèn)為正確的選項(xiàng)是哪一個(gè)？FMN。甲N。M乙FMN。丙FMN。丁F[解析]：由題意知，向心力的作用效果有兩個(gè)，一方面改變物體的運(yùn)動(dòng)方向，一方面改變物體的運(yùn)動(dòng)快慢，且因汽車(chē)減速，切向加速度與運(yùn)動(dòng)方向相反。故正確答案是丙。例4、如下圖，長(zhǎng)0.40m的細(xì)繩，一端拴一質(zhì)量為0.2kg的小球，在光滑水平面上繞繩的另一端做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，假設(shè)運(yùn)動(dòng)的角速度為5.0rad/s，求繩對(duì)小球需施多大拉力？[解析]：小球沿半徑等于繩長(zhǎng)的圓周做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，根據(jù)向心力公式，所需向心力的大小為：NGF運(yùn)動(dòng)中，小球受到豎直向下的重力G，豎直向上的水平面支持力N和沿繩指向圓心的繩的拉力F，如下圖，這三個(gè)力的合力提供了小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力，由于其中重力GN繩對(duì)小球需施拉力的大小N．word例5、如圖，小球在關(guān)于O點(diǎn)對(duì)稱(chēng)的AB兩點(diǎn)間擺動(dòng)，最高點(diǎn)時(shí)與豎直方向夾角為30°，那么〔1〕小球做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由哪些力提供？〔〕假設(shè)擺線的長(zhǎng)L=2 3m，小球質(zhì)量小球在最低的速度球在點(diǎn)時(shí)繩子拉力多大？小球B點(diǎn)時(shí)繩子拉力多大、

gm/s,求小ABO[解析]：①向心力由繩子拉力與重力在法向的分力的合力提供。Fmg

mv2

gm(2 3)F(3 3)mg②O點(diǎn) RFmgsin3001mgB點(diǎn) 2mMαβ２l14/16wordwordPAGEPAGE15/16lcos2例6、質(zhì)量分別為M和m的兩個(gè)小球，分別用長(zhǎng)2l和l的輕繩拴在同一轉(zhuǎn)軸上，當(dāng)轉(zhuǎn)軸穩(wěn)定轉(zhuǎn)動(dòng)M和的懸線與豎直方向夾角分別為和cos2cosA．tan2tantan2C．

B．cos2costantan[解析]：分析任一小球的運(yùn)動(dòng)情況，如質(zhì)量為m的球被長(zhǎng)為l的輕繩拴著在水平面做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，細(xì)繩與豎直方向的夾角為。其受力分析如下圖，根據(jù)牛頓第二定律有：βmgl圖6－7－3mgtanm2lsingtanlsinglgtanlsinglcos因M、m兩球是拴在同一轉(zhuǎn)軸上，故兩球角速度相等，利用上式可知g/2lcosg/cos，所以A選項(xiàng)正確。例7、如下圖，半徑為R的圓筒繞軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，物體m與圓筒壁的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，f f設(shè)MAX 滑，為使m不下滑，ω至少