高中物理新课标人教版优秀教案：-向心力

7 向心力

整体设计

向心力是本节教学的重点，由向心加速度和牛顿第二定律引入向心力是教材所用的方法，这与以前的先学习向心力再学习向心加速度有所不同.学生对于向心力的理解不是很清楚，本节重点突出了向心力的理解及向心力在圆周运动中的作用.而向心力概念的学习，应及时强调指出，向心力是根据力的效果命名的，而不是根据力的性质命名的，它不是重力、弹力、摩擦力等以外的特殊力，而是做匀速圆周运动的质点受到的合外力，沿着半径指向圆心，它的方向时刻改变.本节的难点是运用向心力、向心加速度知识解释有关现象，处理有关问题.在学习时可以让学生认识实例：用细线系着的小球在水平面上做匀速圆周运动或是一些生活中的实例让学生体验或观察，从而引入向心力概念.

教学重点

向心力概念的建立及计算公式的得出及应用.

教学难点

向心力的来源.

时间安排

1课时

三维目标

知识与技能

1.理解向心力的概念.

2.知道向心力大小与哪些因素有关.理解公式的确切含义，并能用来计算.

3.会根据向心力和牛顿第二定律的知识分析和讨论与圆周运动相关的物理现象.

过程与方法

1.通过向心力概念的学习，知道从不同角度研究问题的方法.

2.体会物理规律在探索自然规律中的作用及其运用.

情感态度与价值观

1.经历科学探究的过程，领略实验是解决物理问题的一种基本途径，培养学生实事求是的科学态度.

2.通过探究活动，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.

3.通过向心力和向心加速度概念的学习，认识实验对物理学研究的作用，体

会物理规律与生活的联系.

课前准备

细杆、细绳（2）、小球、直尺、秒表、盛水的透明小桶.

教学过程

导入新课

情景导入

前面两节课，我们学习、研究了圆周运动的运动学特征，知道了如何描述圆周运动.知道了什么是向心加速度和向心加速度的计算公式，这节课我们再来学习物体做圆周运动的动力学特征.

观察下面几幅图片，并根据图做水流星实验，让学生自己体验实验中力的变化，考虑一下为什么做圆周运动的物体没有沿着直线飞出去而是沿着一个圆周运动.

前三幅图可以看出物体之所以没有沿直线飞出去是因为有绳子在拉着物体，而第四幅图是太阳系各个行星绕太阳做圆周运动是由于太阳和行星之间有引力作用，是太阳和行星之间的引力使各个行星绕太阳在做圆周运动.如果没有绳的拉力和太阳与行星之间的引力，那么这些物体就不可能做圆周运动，也就是说做匀速圆周运动的物体都会受到一个力，这个力拉着物体使物体沿着圆形轨道在运动，我们把这个力叫做向心力.

复习导入

复习旧知

1.向心加速度：做匀速圆周运动的物体，加速度指向圆心，这个加速度称为向心加速度.

2.表达式：a n =r

v 2

=rω2. 3.牛顿第二定律：物体加速度的大小跟作用力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟作用力的方向相同.表达式：F=ma.

推进新课

一、向心力

通过刚才的学习我们知道了向心力和向心加速度具有相同的方向，都指向圆心，而且物体是在向心力的作用下做圆周运动，因此我们根据牛顿第二定律可知向心力的大小为：

F n =m a n =m R v 2=m rω2=mr(T

2)2. 实验探究

演示实验(验证上面的推导式)：研究向心力跟物体质量m 、轨道半径r 、角速度ω的定量关系. 实验装置：向心力演示器

演示：摇动手柄，小球随之做匀速圆周运动.

①向心力与质量的关系：ω、r 一定，取两球使m A =2m B ,观察：(学生读数)F A =2F B ,结论：向心力F ∝m.

②向心力与半径的关系：m 、ω一定，取两球使r A =2r B ,观察：(学生读数)F A =2F B ,结论：向心力F ∝r.

③向心力与角速度的关系：m 、r 一定，使ωA =2ωB ,观察：(学生读数)F A =4F B ,结论：向心力F ∝ω2.

归纳总结：综合上述实验结果可知：物体做匀速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.但不能由一个实验、一个测量就得到定论，实际上要进行多次测量，大量实验，但我们不可能一一去做.同学们由刚才所做的实验得出：m 、r 、ω越大，F 越大；若将实验稍加改进，如教材中所介绍的小实验，加一弹簧秤测出F ，可粗略得出结论(要求同学回去做).我们还可以设计很多实验都能得出这一结论，说明这是一个带有共性的结论.测出m 、r 、ω的值，可知向心力大小为：F=mrω2.

二、实验：用圆锥摆粗略验证向心力表达式

原理：如图所示，让细绳摆动带动小球做圆周运动，逐渐增大角速度直到绳刚好拉直，用秒表测出n 转的时间t ，计算出周期T ，根据公式计算出小球的角速度ω.用刻度尺测出圆半径r 和小球距悬点的竖直高度h,计算出角θ的正切值.向心力F=mgtan θ,测出数值验证公式mgtan θ=mrω2.

课堂训练

1.下列关于向心力的说法中，正确的是（ ） A.物体由于做圆周运动产生了一个向心力

B.做匀速圆周运动的物体，其向心力为其所受的合外力

C.做匀速圆周运动的物体，其向心力不变

D.向心加速度决定向心力的大小

2.有长短不同、材料相同的同样粗细的绳子，各拴着一个质量相同的小球在光滑水平面上做匀速圆周运动，那么（ ） A.两个小球以相同的线速度运动时，长绳易断

B.两个小球以相同的角速度运动时，长绳易断

C.两个球以相同的周期运动时，短绳易断

D.不论如何，短绳易断

3.A 、B 两质点均做匀速圆周运动，m A ∶m B =R A ∶R B =1∶2，当A 转60转时，B 正好转45转，则两质点所受向心力之比为多少？

参考答案：1.B 2.B

3.解答：设在时间t 内，n A =60转，n B =45转,质点所受的向心力F=mω2R=m(

t

n π2)2·R ，t 相同，F ∝mn 2R

所以94214560212222=⨯⨯==B B B A A A B A R n m R n m F F . 讨论交流

1.根据我们前面的学习，大家讨论生活中你所遇到的圆周运动中是哪些力在提供向心力.

强调：向心力不是像重力、弹力、摩擦力那样作为某种性质的力来命名的.它是从力的作用效果来命名的，凡是产生向心加速度的力，不管是属于哪种性质的力，都是向心力.

2.由物体做曲线运动的条件可知，物体必定受到一个与它的速度方向不在同一条直线上的合外