高中物理必修二第5章曲线运动《向心力》教学设计

《向心力》教学设计
一、教学目标
1.知识与技能：理解向心力的概念；理解向心力的概念、公式及匀速圆周运动中供求关系，并能用来进行简单的判断计算。

会分析向心力的来源，会根据向心力和牛顿第二定律分析、讨论与圆周运动相关的物理现象；
2.过程与方法：通过向心力概念的学习，体会物理规律在探索自然规律中的作用及其运用；
3.情感态度和价值观：培养学生实事求是的科学态度；通过实验探究，使学生获得成功的喜悦，提高他们学习物理的兴趣和自信心，体会物理规律与生活的联系。

二、教学重点、难点
1．教学重点
理解向心力的概念、公式及匀速圆周运动中供求关系，并能用来进行简单的判断计算。

会分析向心力的来源。

2．教学难点
理解向心力是一个效果力，会分析向心力的来源，理解匀速圆周运动中供求关系，理解在变速圆周运动中向心力为合力沿半径方向的分力。

三、教学过程
（一）复习回顾：
知识回顾： 匀速圆周运动向心加速度是如何定义的？其方向、物理意义、表达式是什么？
1.定义： 做匀速圆周运动的物体具有的总是指向圆心的加速度叫做向心加速度。

2.向心加速度的方向：指向圆心，时刻变化。

物理意义：描述物体速度方向变化快慢的物理量
3.向心加速度大小：
r r
v a a
n n
22或ω==问题：a n 哪来的？即a n 是如何产生的？（二）情景引入：
展示学习目标,出示人造地球卫星绕地球运行的图片
问题1：请同学们观看动画，回答：（1）、地球绕太阳近似做什么运动？（2）、为什么地球绕太阳做这种运动，地球为什么没有飞出去？
问题2：轻绳栓一小球,在光滑水平面做匀速圆周运动，做匀速圆周运动的物体受力分析且求出合力。

学生回答：F N 与G 平衡，合力为F ，F 即提供圆周运动的力。

2．认识向心力
请同学们在总结归纳上面问题的基础上，给出向心力的定义、方向、
大小、特点及作用效果。

（1）定义：做匀速圆周运动的物体受到指向圆心方向的合力（用Fn 表示）
（2）方向：始终指向圆心（方向时刻发生变化是一变力）
（3）作用效果：产生向心加速度 向心力和速度方向垂直
只改变线速度的方向不改变线速度的大小
（4）向心力的来源？
实例分析：
1、向心力的来源：可以是重力、弹力等各种性质的力，也可以是几个力的合力，还可以是某个力的分力。

2、向心力的大小不变，方向沿半径指向圆心，方向时刻变化，是一
变力。

问题：向心力的大小如何计算？活动：做一做（感知向心力）
问题：现在请同学们拿起准备好的一端系着小球的绳子，让它在光
滑的桌面上做匀速圆周运动（注意安全），说出你感觉到了什么？牵绳的手有什么感觉？改变小球匀速圆周运动的线速度，角速度，半径，质量，手的感觉有什么变化？
猜想：向心力大小可能与质量、半径、角速度等有关（三）向心力公式的理论推导和实验验证向心力公式：
根据牛顿第二定律ma F =，结合我们上一节求得的向心加速度的大小，则推导出向心力的大小：
r
m r v m ma n n
F
22
ω===
过渡语：对于这个式子是否正确？光有理论是没有说服力的，需要实验来验证。

实验探究：用圆锥摆粗略验证向心力的表达式
实验目的：用圆锥摆粗略验证向心力的表达式。

实验原理：构造一个圆锥摆，向心力是小球所受的重力与绳拉力的
合力计算提供的，找出和向心力大小有关的因素，设计实验，根据实验
结论验证向心力的公式。

r T m r m r v m F
n
2
22
2⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛===πω实验器材：铁架台、小钢球、细线、力矩盘、刻度尺、天平、秒表。

实验过程：
1、组装仪器，用天平测出小球质量m 。

用细线拴住钢球，细线上端固定在
铁架台上，下面放上带有同心圆的力矩盘，使钢球静止时正好位于圆心。

2、用手带动钢球，设法使它沿纸上的
e a
n d
A
l l t
h i n
g s
i n
t h
e i r 某个圆周运动，随即手与钢球分离。

3、用秒表记录钢球运动若干圈的时间t ，再通过力矩盘上的圆测出钢
球做匀速圆周运动的半径r ，这样就能计算钢球的角速度（或线速度）ω。

4、测出钢球到悬点的竖直高度h 。

5、记录数据并进行分析。

数据记录并分析：
次数质量m （g ）半径r （c m ）
高度
h （c
m ）
圈数 n
时间t （s ）
角速度
（N ）
123456
实验结论：向心力的大小与物体质量m 、圆周半径r 和角速度ω都有关系，由实验数据验证了向心力表达式
r T m r v m r m F
n
2
22
2⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛===πω由此，我们的理论分析得到了验证是正确的。

例：如图所示，长0.40m 的细绳，一端拴一质量为2kg 的小球，在光滑
水平面上绕绳的另一端做匀速圆周运动，若运动的角速度为
5.0rad/s ，求绳对小球需施多大拉力？
N
r m F
n
202==ω答：绳对小球需施20N 的拉力
（四）变速圆周运动和一般曲线运动
观看链球视频观察
问题1：投掷过程中为什么链球速度越来越大？变速圆周运动的速
度大小是怎么改变的？
F t 切向分力，它产生切向加速度，改变速度的大小。

F n 向心分力，它产生向心加速度，改变速度
的方向。

变速圆周运动的合外力不指向圆心
问题2：对于本章我们研究的对象是曲线运动，而到目前为止我们
已经研究了两种特殊的曲线运动──平抛运动和圆周运动，那对于一般
的曲线运动，我们怎么去研究呢？
把一般曲线分割为许多极短的小段，每一段都可以看作一小段圆弧，这时可以把质点经过曲线上某位置的运动看作匀速圆周运动来处理。

（五）课堂练习
市编学案23页1-5题
（六）课堂小结
1.向心力：
(1)定义：做匀速圆周运动的物体受到的沿半径指向圆心的力，这个力叫向心力。

(2)方向：总是指向圆心，与速度方向垂直。

(3)效果：只改变速度方向，不改变速度大小。

(4)来源：物体所受的合外力。

(5)大小：
r
T
m
r
m
r
v
m
F n
2
2
22
⎪⎪
⎭
⎫
⎝
⎛
=
=
=
π
ω
2.变速圆周运动和一般曲线运动
向心力是合力沿半径指向圆心方向的分力。

（七）课后作业　作业：完成非常学案练习题（八）板书设计
第五章曲线运动
第6节向心力
定义：做匀速圆周运动的物体受到的沿半径指向圆心的力，这个力叫
向心力。

方向：总是指向圆心，与速度方向垂直。

效果：只改变速度方向，不改变速度大小
来源：物体所受的合外力。

大小：
r
T
m
r
m
r
v
m
F n
2
2
22
⎪⎪
⎭
⎫
⎝
⎛
=
=
=
π
ω。