向心力 教案
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《向心力》教案
【教材分析】
本节是普通高中实验教科书物理必修2,向心力。《向心力》具有承前启后的作用。为了学习《向心力》前面已有很多知识铺垫,如:描述圆周运动的概念及物理量,包括向心加速度。这是前,那么后呢?学好本节可以为下一节“生活中的圆周运动”部分及万有引力知识做必要准备,所以本节是本章乃至本册的重要内容
【学情分析】
1.学生需求分析:学生无须参加高考,所需求的是学业水平考试要求。针对这一要求,可将部分知识点从略或舍去(如:非匀速圆周运动)。尽量将简单的内容分析透彻,是学生易于接受。
2.学生掌握水平分析:已经学习了匀速圆周运动,对匀速圆周运动有了一定的理解。知道描述匀速圆周运动快慢的物理量——线速度、角速度、周期、转速,并了解它们之间的关系。学生明白匀速圆周运动是一种变速运动,因为它的线速度方向时刻在变,但并不理解其原因,为什么线速度的方向时刻在变?是什么力来改变物体的这种运动状态,这个力有何特点?学生带着这些疑问来进入本节课的学习。
【教学目标】
1、知识与技能
(1)了解向心力概念,知道向心力是根据力的效果命名的一种力。
(2)知道向心力大小与哪些因素有关,并能用来进行简单的情景计算。
2、过程与方法
(1)通过对向心力概念的探究体验,让学生理解其概念的内涵。
(2)通过对向心力大小与哪些因素有关的探究,并熟悉科学探究的一般过程:提出问题——猜想与假设——实验验证——分析数据——得出结论。
3、情感态度价值观
实验紧密联系生活,拉近科学与学生的距离,使学生感到科学就在身边,调动学生学习的积极性,培养学生的学习兴趣。
【教学重难点】
1、教学重点:明确向心力的概念、性质、公式。
2、教学难点:向心力大小和方向。
【教学方法】
探究、讲授、小组讨论、练习
【教具准备】
多媒体smart课件、互动式电子白板、小球、绳子、向心力演示器等
【课时安排】
1课时。
【教学过程】
一、复习引入
教师活动:同学们,前面我们学习了,描述匀速圆周运动的几个物理量,他们是线速度、角速度、周期、转速和向心加速度。
提问:1、做匀速圆周运动的物体的加速度有什么特点?
2、向心加速度的公式是什么?
今天我们继续研究匀速圆周运动。请同学们把书翻到23页——向心力。
二、新课教学
1. 向心力的定义
[学生实验1]:给小球一个初速度,让小球在桌面上运动。
提问:①小球在桌面上,怎么运动?(直线运动)
②为什么小球在桌面上做直线运动?引导学生对小球进行受力分析。
[学生实验2]:小球用绳子拴住,另外一端固定,同样给小球一个初速度,让小球在桌面运动。
提问:①小球在桌面上,怎么运动?(圆周运动)
②小球为什么做圆周运动,而没有飞出去?
请学生对此时的小球进行受力分析。小球做受力分析:小球受重力,还有桌面给小球的支持力,以及绳子的拉力,那么我们将这三个力进行合成,在竖直方向,小球没有运动,所受合力为0,也就是说小球的合力就等于绳子的拉力,所以小球的合外力是始终指向圆心的。我们把指向圆心的合力称为向心力。
向心力的定义:做匀速圆周运动的物体一定受到一个指向圆心的合力,这个合力叫做向心力(centripetal force)。
2.向心力的性质:
(1) 定义出发,推敲性质1、2
教师提问:那么向心力有怎样的性质,或者说,特点呢?教师引导学生研读一下向心力的定义。
首先,向心力的方向有怎样的特点呢?
特点1一—向心力向总是沿着半径指向圆心。
其次,那么向心力的来源又有怎样的特点呢?
特点2——向心力的来源:物体所受到的合外力。
(2) 展示小球运动图,分析性质3
在分析了向心力的方向、来源之后,最后,我们再来分析向心力的效果。我们再来看小球与钉子的故事(展示小球运动图),小球在向心力的作用下,运动方向不断改变,可见,向心力的效果是改变物体的运动方向。
特点3——向心力的作用效果:改变圆周运动物体速度的方向。
这就是向心力的3个特点。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。
(3) 实例分析,探讨相关性质
匀速圆周运动的实例分析:圆锥摆摆球向心力的来源。
3. 实验探究:向心力的大小与哪些因素有关?
我们知道力是一个矢量,它既有大小又有方向,所以向心力也是这样,它既有大小也有方向。刚才我们研究了向心力的方向,接下来我们来研究一下它的大小。首先,请同学们猜测一下向心力的大小与哪些因素有关呢?
(1) 请学生利用手中的小球分组探究:向心力的大小与哪些物理量有关。
(2) 总结学生猜想,归纳可能因素。
提出猜想:向心力与物体质量、角速度、半径有关。
(3)演示实验验证:向心力跟物体质量m、轨道半径r、角速度ω的定量关系。
A. 实验装置原理介绍:向心力演示器
B. 教师演示实验: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,
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,
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,
D. 实验结论:①当r与ω不变时,F正比于m
②当m与ω不变时,F正比于r
③当m与r不变时,F正比于ω2
(4) 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.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.