2020-2021学年高中物理-第四章-匀速圆周运动-第2节-向心力与向心加速度教案2-鲁科版必修2.doc

2020-2021学年高中物理 第四章 匀速圆周运动 第2节 向心力与向心加速度教案2 鲁科版必修2

2020-2021学年高中物理 第四章 匀速圆周运动 第2节 向心力与向心加速度教案2 鲁科版必修2

年级：
姓名：

- 11 -

第2节 向心力与向心加速度
一、教学目标
【知识与技能】
(1) 认识向心力，理解向心力的作用，能分析向心力的来源。
(2) 通过实验探究得出向心力的大小与质量、角速度、半径的定量关系。
(3) 知道向心加速度及其公……
【过程与方法】
（1）通过向心力概念的形成过程，培养学生观察、分析、归纳能力。
（2）在实验中让学生经历探索向心力F与哪些因素有关的过程，学习控制变量法，培养学生分析论证等能力。
【情感态度与价值观】
（1） 学习科学研究方法和科学研究态度，发展学生对科学的好奇心与求知欲，使学生乐于探究自然界的奥秘。
（2） 观赏圆周运动美（通过影片），感受运动员的艰辛与成功。
二、教学重点、难点
1、重点：（1）理解向心力和向心加速的概念。
（2）知道向心力大小与m、r、ω的关系：
2、难点：（1）匀速圆周运动的向心力和向心加速度都是大小不变，方向在时刻改变。
（2）理解向心力是按作用效果命名的效果力。
【教学方法】实验法、讲授法、归纳法、推理法
【教学用具】向心力演示器、钢球、木球、玻璃球、细绳
【教学环境】智慧教室
【教学模式】“533”智慧课堂
三、教学设计思想
创设以“学生为主体，先学后教，多学少教”的“533”教学环境，使学生在探究的情景中完成任务，充分发挥学生学习的自主性，引导学生主动发现问题，分析信息，主动建构良好的认知结构，培养创新精神。
向心力是新学习的一种效果力，是高中物理的一个难点内容，学生对于向心力一直很难理解，在对物体进行受力分析时，往往还外加一个向心力。为了突破重点，难点，只有学生主动参与探究的全过程，成为学习的主体，才能激发学生的求知欲望，加深对知识的理解。

四、教学过程
教学过程
内 容
设计目的

预习
检测
（5分钟）

1. 如图所示，一个水平圆盘绕通过圆盘中心且垂直于盘面的竖直轴匀速转动，小物块 A 放在圆盘上且与盘保持相对静止.则物块 A 的受力情况是（　　）
A．重力、支持力
B．重力、支持力和指向圆心的摩擦力
C．重力、支持力、向心力和摩擦力
D．重力、支持力和向心力

2．汽车的质量为m，以某一速度v通过拱桥的最高点时桥对汽车的支持力为F关于F与重力的关系正确的是（ ）
A．F>mg
B．FC．F＝mg
D．F与mg无关

促使学习进行课前预习，利用IRS系统检查学生预习情况，实现“以学定教”。

课堂
精讲
和
合作
讨论
（33分钟）

课堂
精讲
和
合作
讨论

课堂
精讲
和
合作
讨论

课堂
精讲
和
合作
讨论

1、认识向心力
（1）观看花样滑冰视频
（2）思考讨论一：
1.观察并感受圆周运动，说说圆周运动的物体受力有什么特点？
2.匀速圆周运动的物体受力还有其它什么特点？

（3）总结出向心力的概念：物体做圆周运动时，一定要受到一个始终指向圆心方向的等效力作用，称为向心力。
（4）理论分析：直观展示出向心力的方向（沿半径方向）时刻跟速度方向（沿切线方向）垂直，学生根据前面的知识可知向心力的作用效果：只改变物体的速度方向，不改变速度大小。

2、向心力的来源
（1）思考：向心力的施力物体是什么？是不是一个实际的力？
分析：找不到施力物体，是由其它力或某个力的分力或几个力的合力来提供的，所以称之为效果力。
练习：说出下面圆周运动向心力的来源。

（2）提问：向心力是不是等同于合外力？
分析：向心力只改变速度方向，不改变速度大小，而匀速圆周运动速度大小不变，方向时刻变化。
得出：在匀速圆周运动中： F合＝F向
变速圆周运动： F合不等于F向

教师强调：向心力不是物体实际受的新的力，是按物体的具体实际运动效果来命名，受力分析时不要多分析一个向心力。物体做圆周运动时所需要的向心力是由物体所受的一个力或者几个力的合力来提供的。

总结：
一、向心力
1.定义：指向圆心的等效力
2.特点：效果力，是由其它力提供的
F向＝F指－F背
3.方向：指向圆心，与运动方向垂直
4.作用：只改变速度方向，不改变速度大小
5.匀速圆周运动：F合＝F向

3、探究向心力（F）与质量（m）、角速度（）、半径（r）之间的定量关系。
（1）体验：用细绳连接的钢球、木球各一个，拉住绳的一端，让小球尽量做匀速圆周运动。分别改变转动的快慢、细绳的长短做几次实验。
（2）猜想：向心力的大小可能与 有关

学生通过亲自操作实验并根据实验进行猜想向心力大小的影响因素可能有：质量、物体运动的快慢、半径等。
说明：描述物体做圆周运动快慢的物理量有线速度、角速度、周期、频率，下面我们就选其中的“角速度”作为代表研究物体做圆周运动的快慢对向心力大小的影响。
（3）演示实验： F与m、、r之间的定量关系。
教师介绍“向心力演示器”的构造：变速塔轮，长槽，短槽，弹簧测力套筒，标尺等。
思考讨论二：利用向心力演示仪具体如何定量探究向心力大小与这些因素的关系？
引导分析：控制变量法
第一次：ω、r不变，研究F与m关系：用质量比为2：1的钢球和铝球，使它们运动的半径r和相同，观察得到露出的红白相间方格数比值为2：1，即两个球所受向心力的比值也为2：1，因此F与m成正比。

第二次：m、ω不变，研究F与r关系：当m、相同时，半径比为2：1，向心力的比值也为2：1，因此F与r成正比。
第三次： m、r不变，研究F与ω关系：当m、r相同，比值为2：1，向心力的比值为4；1，因此F与成正比。
精确的研究表明向心力大小的公式：
（4）要求学生结合上式根据线速度与角速度和周期的关系再推导向心力的其它表达式：
F向＝mv2/r＝m4π2r/T2

总结：
二、向心力大小
物体做圆周运动需要的向心力与物体的质量成正比，与半径成正比，与角速度的二次方成正比
1.公式：F向＝mw2r
2.变形式：F向＝mv2/r＝m4π2r/T2

4、向心加速度
引导学生分析：根据力是产生加速度的原因，可知：做圆周运动的物体，在向心力F的作用下必然要产生一个加速度。根据牛顿第二定律得到：这个加速度的方向与向心力的方向相同，始终指向圆心，所以称为向心加速度。 向心加速度的作用效果与向心力的作用效果一样，只改变速度的方向。
启发学生根据牛顿第二定律和向心力的公式推导向心加速度的计算公式：或
强调：向心力与向心加速度的公式使用范围：不仅适用于匀速圆周运动，而且适用于一般的曲线运动。
总结匀速圆周运动是一种加速度大小不变但方向在不断变化的变速运动。

总结：
1.a向＝F向/m＝w2r＝v2/r
2.特点：指向圆心，反映速度方向改变快慢
3.匀速圆周运动是变加速曲线运动

通过视频，一方面让学生感受圆周运动的美和优秀运动员成果背后的艰辛付出；另一方面也让学生清晰地认识到物体做圆周运动需要一个力来提供向心力。这样很自然地就引入了向心力的概念，学生很容易接受。

通过理论分析加深对向心力特点和作用的理性理解。
在

高 通过实例分析让学生亲自体验：物体做圆周运动时，一定要受到一个始终指向圆心方向的等效力作用，这个力可以是某个力，也可以是几个力的合力，也可以是某个力的分力。

在理论分析的基础上，让学生明白匀速圆周运动是由全部合外力提供向心力，从而区分向心力和合外力。

板书形式进行小结，加强知识的系统性。

感受科学家的探索过程：现象观察－猜想假设－实验论证

通过实验让学生体验向心力的大小与哪些因素有关？
通过实验探究来猜想向心力大小的影响因素和得出它们的定量关系。激发了学生的学习兴趣，调动了学生的主动性和积极性，亲身体会到科学探究的过程。

板书小结

从已知的基本知识：
“力是产生加速度的原因”出发，帮助学生建立向心加速度的概念，另外使学生认识到向心加速度的作用效果是只改变速度的方向。

引入向心加速度的表达式由学生来完成。体现学生的主体性。

板书小结

翻转
分析

对预习检测题重新完成

检查课堂效果

课堂
检测
（5分钟）
1.如图，一物体停在匀速转动圆筒的内壁上，如果圆筒的角速度增大，则（   ）
A. 物体所受弹力增大，摩擦力也增大了
B. 物体所受弹力增大，摩擦力减小了
C. 物体所受弹力和摩擦力都减小 
D. 物体所受弹力增大，摩擦力不变

2.如图所示，水平转盘上放有质量为m的物体（可视为质点），连接物体和转轴的绳子长为r，转盘表面动摩擦因数为μ，当转动的角速度从零逐渐增大，不正确的（　　）
A. 物体所需要的向心力刚开始由静摩擦力来提供
B. 当ω＞，静摩擦力不再改变
C. 随着角速度的增大，静摩擦力一直增大
D. 物体角速度达到一定值之后，绳子拉力从零开始逐渐增大

一方面通过具体实例让学生初步体验圆周运动中向心力的来源，并对圆周运动中力和运动的关系有较深入的认识另一方面帮助学生巩固概念，发展思维。
小

结
（2分钟）
1、学生回顾本课的探究过程：发现问题→进行猜想→探索研究→得出结论→指导实践。教师指明这是研究物理的基本思路。
2、 总结本节课学习的内容。

进一步帮助学生理清知识脉络，利于知识的正向迁移。
作
业
布
置
（1）作业：课本P75 3 、5
顶尖课课练P51-52
（3） 开放探究题：调查公路转弯处路面的特点，分析汽车在转弯处的向心力是由从哪里来的？

巩固和反馈、评价教学效果。

板
书
设
计
第2节 向心力与向心加速度