高中物理 第五章 曲線運動 5.7 向心力教案 新人教版必修2

1、5.7向心力項目內(nèi)容課題5.7向心力修改與創(chuàng)新教學目標1、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。2、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(chǎn)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。3、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

2、驗的意義，激發(fā)學習物理的興趣。教學重、難點教學重點：體會牛頓第二定律在向心力上的應用；明確向心力的意義、作用、公式及其變形。教學難點：圓錐擺實驗及有關物理量的測量；如何運用向心力、向心加速度的知識解釋有關現(xiàn)象。教學準備多媒體課件、圓錐擺等實驗設備教學過程（一）新課導入前面兩節(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。（二）新課教學1、向心力請同學們閱讀教材“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。認真閱讀

3、教材，列舉并分析實例，體會向心力的作用效果，并根據(jù)牛頓第二定律推導出勻速圓周運動的向心力表達式。交流與討論請同學們交流各自的閱讀心得并進行相互間的討論。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(jù)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。向心力表達式：FN=mv2/r , FN=mr22、實驗：用圓錐擺粗略驗證向心力的表達式實驗與探究：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

4、，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(nèi)做穩(wěn)定的圓周運動，測量哪些物理量，記錄哪些數(shù)據(jù)？（4）實驗過程中產(chǎn)生誤差的原因主要有哪些？認真閱讀教材，思考問題，找學生代表發(fā)言，聽取學生的見解，點評、總結。交流與討論：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。通過實驗還體會到，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(nèi)的一個分力。我有一個改進的實驗，其裝置如圖6.71所示，讓小球在剛好要離開錐面的情況

5、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。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？（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

6、摩擦力提供向心力。3、變速圓周運動和一般曲線運動在剛才“做一做”的實驗中，我們可以通過掄繩子來調(diào)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？（不能。因為我剛才做實驗時發(fā)現(xiàn)，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）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6.74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。課堂訓練（1）如圖6.72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1 m的細繩，一端系一個質

7、量為0.5 kg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2 ms的速率開始在水平面內(nèi)做勻速圓周運動，若繩子能承受的最大拉力為4 N，那么從開始到繩斷所經(jīng)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6.73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倍，則轉盤轉動的角速度在什么范圍內(nèi)，物體A才能隨盤轉動？說明：根據(jù)向心力公式，解題

8、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6.74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，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？課外訓練（1）如圖6.75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

9、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1.6 m的圓周上以4 ms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198X1030kg，它離開銀河系中心大約3萬光年(1光年：946X1012km)，它以250kms的速率繞著銀河系中心轉動，計算太陽繞銀河系中心轉動的向心力？（4）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OA2AB，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 1B 210ms2 20 N 34.361020 N 4B5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