向心加速度、向心力应用教案.doc

(完整版)向心加速度、向心力应用教案向心加速度 向心力应用一、教学目标 1物理知识方面： （1）理解向心加速度表示速度方向变化快慢； （2）掌握向心加速度与半径的关系； （3）学会分析向心力的来源，并能初步应用公式计算。 2通过推导向心加速度、实例分析培养学生的推理能力,以及分析问题的能力。二、重点、难点分析 1重点：向心力的来源。 2难点:变速圆周运动中物体的受力、竖直面内的圆周运动最高点速度极值。演示实与理论推导相结合。三、教具 1转台、小物块； 2单摆； 3一根细绳系着盛水的透明小桶； 4一只透明的碗、小球(玻璃球或其它）。四、主要教学过程 （一）引入新课 复习提问1:上节课我们学习了匀速圆周运动以及向心力。当物体做匀速圆周运动时需向心力，这个力的方向如何？大小如何计算？ 提问2：物体做匀速圆周运动时，速度是否发生变化? 引导学生回答:速度大小不变，方向变。 思考:速度方向变化，是否存在加速度? （学生可能答存在,也可能迟疑。） 引导学生分析：速度是矢量,速度方向变化仍是速度有变化，有变化就有加速度，这。加速度表示速度方向变化的快慢。 引入：那么，匀速圆周运动的加速度是怎样产生的?它的大小和方向如何呢？下面我们就来讨论这一问题。 (二）教学过程设计 启发思考：物体运动时的加速度是如何产生的？根据是什么？ 引导学生：由合外力产生，根据牛顿运动定律，力是改变物体运动状态的原因,即力是产生加速度的原因。 再思考：那么,能否根据上节课的结论来推导加速度呢? （可由学生自己先推导) 讲评（师生共同完成）：牛顿运动定律既适用于直线运动，也适用于曲线运动。 由牛顿第H定律:由向心力公式： 所以提问：加速度的方向如何?引导学生：与合外力方向一致，即指向圆心.讲述：故名向心加速度。板书：向心加速度1向心加速度:表示速度方向变化的快慢。 分析:如图1所示，物体在运动方向上不受力，因而在这个方向(即切线方向)上没有加速度,速度大小不会改变。由牛顿第二定律，合力提供向心力，向心力的作用只是改变速度的方向，不改变速度大小，由此产生的加速度方向指向圆心，表示速度方向变化的快慢。适用范围说明：向心力和向心加速度的公式是从匀速圆周运动得出的，但也适用于一般的圆周运动.一般的圆周运动，速度的大小有变化，向心力和向心加速度的大小也随着变化，利用公式求物体在圆周某一位置时的向心力和向心加速度的大小，必须用该点的速度瞬时值。反馈练习（巩固新知识）:从匀速国周运动的向心加速度公式得出,a与半径r成正比,但从 又得出，a与半径r成反比。那么，a与半径r到底成正比还是反比？两者是否相互矛盾？一列火车的质量为500t,拐弯时沿着圆弧形轨道前进，圆弧半径为375m，通过弯道时的车速为54k/h，火车所需要的向心力是多大？产生的向心加速度是多大？讲解：在讨论向心加速度与半径的关系时，必须注意不同的条件。火车拐弯时的圆周运动无论是否匀速率,都可利用公式求出拐弯瞬时的向心力和加速度。注意单位换算，v=54km/h=15m/s。向心加速度： 向心力： 或 也可先求向心力,再根据F=ma求加速度.板书：2向心力实例分析例1 下列物体做匀速圆周运动时,向心力分别由什么力提供？人造地球卫星线地球运动时；电子绕原子核运动时；小球在光滑的水平桌面上运动；（如图2）小球在水平面内运动；（如图3)玻璃球沿碗(透明）的内壁在水平面内运动；（如图4）（不计摩擦）所以演示：使转 台匀速转动,转台上的物体也随之做匀速圆周运动，转台与物体间没有相对滑动（如图5)(学生学生观察并分析，教师讲评）由万有引力提供; 由重力、拉力的合力提供(如图6)由库仑力提供； 由重力、支持力的合力提供（如图7)由重力、支持力、拉力的合力提供； 由静摩擦力提供即合力(如图8）小结:分析匀速圆周运动向心力的来源，在具体问题中首先要对物体进行受力分析，根据受力来加以确定，由合力提供,也可能弹力、摩擦力等中的某一种力提供.例2 汽车拐弯时，可以看做是匀速圆周运动的一部分。如果此时你坐在车厢内并紧靠车壁，有何感觉？为什么？若未靠车壁又如何？(学生对此有切身体会，由学生自己分析后再讲评）讲评：人随车一起做圆周运动需要向心力.当人紧靠车壁时，感觉自己使劲挤压车壁，车壁就给人一个反作用力，与座位给人的静摩擦力合起来提供向心力；未靠车壁时,只能由座位给人的静摩擦力提供向心力，当车速不大，所需向心力不大，静摩擦力提供了向心力，人就有被向外甩的感觉；当车速较大，所需向心力就大，若静摩擦力不足以提供所需的向心力时，人就会滑离座位.演示：当物体在竖直面内做圆周运动时，一般不是匀速圆周运动，速度大小也在变,这时物体所受合外力方向并不指向圆心，如图10所示。将合外力分解为两个合力:F1垂直速度方向指向圆心提供向心力,其作用是改变速度方向；F2平行速度方向,其作用是改变速度大小。对这种情况的讨论和计算，仅限于最高点和最低点.例3 演示“水流星”。仪器：一根细绳系着盛水的杯子。演示1：将杯子倒过来杯口朝下，水会在重力作用下洒到地上。以足够大的速度使杯子在竖直面内做圆周运动.如图11。观察:杯子的最高点杯口朝下，水不流出。问:为什么？试分析原因.(学生可讨论）师生共同分析：以水为研究对象，水做圆周运动需要向心力，到最高点时速度为v，需要的向心力方向竖直向下，大小为，v越大，需要的向心力就越大。水在最高点的受力如图12，重力以及标底对水的作用力方向指向圆心,提供向心力.演示2：使v小,水到最高点洒出.思考：当杯子运动到最高点时，为使杯中的水不洒了，此时的速度至少是多大？如何算出？引导学生分析：水在最高点：所需向心力 受力：N、G合力提供向心力有v小,所需向心力小，N小；当N减小到0，重力提供向心力,有,如果速度再小，就有，即重力大于水做圆周运动所需的向心力,杯里的水就洒下来了。所以当N=0，对应的速度是杯子在圆周最高点速度的最小值.翻滚过山车、杂技节目的飞车走壁等原理也在于此.（三)课堂小结1匀速圆周运动时，向心加速度表示速度方向变化的快慢。向心加速度大小不变，方向指向圆心，时刻在变化，所以不是匀速运动。2向心力来源3维持竖直面内的圆周运动在最高点速度的最小值为五、说明1在匀速圆周运动中,速度v、加速度a，向心力F都是矢量，而三个量的特点都是大小不变方向变,这是学生容易忽视的问题，因此在设计教学时因图突出这三个量的矢量性。2力与运动的关系是力学中的一个重要关系，教学中力图分析好速度、加速度、向心力三者之间的关系，加深对这三个概念的理解,同时深化对牛顿定律的认识。3对于非匀速圆周运动，大纲要求分析受力及加速度，只限于分析竖直面内的最高点和最低点。但对于基础较好的学生，介绍将合力分解在沿半径方向和切线方向去分析，学生是能接受的，这样的分析能使学生更透彻地理解力、速度、加速度三者之间的关系.教师可根据学生的情况灵活把握教学中的深浅度。