向心力與向心加速度教案     [教學(xué)知識(shí)與技能]
    1、理解向心加速度和向心力的概念
    2、知道向心力和向心加速度。通過實(shí)驗(yàn)探究向心力的大小與質(zhì)量、角速度、半徑的定量關(guān)系。
    3、知道在變速圓周運(yùn)動(dòng)中,可用上述公式求質(zhì)點(diǎn)在圓周上某一點(diǎn)的向心力和向心加速度。
    4、能用牛頓第二定律分析勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力,通過實(shí)例認(rèn)識(shí)向心力的作用及來源。
    [過程與方法]
    1、 學(xué)會(huì)有關(guān)圓周運(yùn)動(dòng)的分析方法,培養(yǎng)理論聯(lián)系實(shí)際的能力。
    2、 能從日常生活中發(fā)現(xiàn)與物理學(xué)有關(guān)的問題,并能從物理學(xué)的角度比較明確地表述發(fā)現(xiàn)問題。
    3、 嘗試經(jīng)過思考發(fā)表自己的見解,嘗試運(yùn)用圓周運(yùn)動(dòng)的規(guī)律解決一些與生產(chǎn)和生活相關(guān)的實(shí)際問題。
    [情感態(tài)度與價(jià)值觀]
    1、 領(lǐng)略圓周運(yùn)動(dòng)的神奇和諧,發(fā)展對(duì)科學(xué)的好奇心與學(xué)習(xí)物理知識(shí)的求知欲。
    2、 樂于探究日常生活中的圓周運(yùn)動(dòng)所隱藏的物理規(guī)律,有將物理知識(shí)應(yīng)用于生產(chǎn)和生活的意識(shí)。
    [教學(xué)重點(diǎn)]
    1、 理解向心力和向心加速的概念。
    2、 知道向心力大小F=mrω2= mν2/r,向心加速度的大小a= rω2= ν2/r,并
    能用來進(jìn)行計(jì)算。
    [教學(xué)難點(diǎn)]
    1、 勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力和向心加速度都是大小不變,方向在時(shí)刻改變。
    2、 理解向心力是按作用效果命名的效果力。
    [教學(xué)方法]:
    實(shí)驗(yàn)法、講授法、歸納法、推理法
    [ 教學(xué)用具]:
    投影儀、多媒體、CAI課件、向心力演示器、鋼球、鋁球、細(xì)繩、印泥、白紙
    [教學(xué)過程]
    一、 引入新課
    1、 設(shè)置情景
    做"水流星"實(shí)驗(yàn),并設(shè)下疑問:為什么盛水的杯子以一定的速度做圓周運(yùn)動(dòng),水不從杯里灑出,甚至杯子在豎直面內(nèi)運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí),杯口已經(jīng)朝下,水也不會(huì)從杯里灑出來?
    2、 復(fù)習(xí)提問
    ⑴物體分別做直線運(yùn)動(dòng)、曲線運(yùn)動(dòng)時(shí),所受的合外力F合與速度ν0存在什么關(guān)系?
    ⑵描述勻速圓周運(yùn)動(dòng)快慢的物理量有哪幾個(gè)?這幾個(gè)物理量有什么特點(diǎn)?
    3、 引入:由于勻速圓周運(yùn)動(dòng)的速度方向時(shí)刻在變,所以勻速圓周運(yùn)動(dòng)是變速曲線運(yùn)動(dòng)。而力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因。那么做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體所受合外力有何特點(diǎn)?它的大小、方向各怎樣呢?加速度有如何呢?本節(jié)課我們就來共同學(xué)習(xí)這個(gè)問題。
    二、 新課教學(xué)
    1、 概念
    ⑴向心力
    實(shí)驗(yàn):
    ①、在光滑的水平玻璃板上做實(shí)驗(yàn)
    a、用手擊小球,使小球做圓周運(yùn)動(dòng)
    b、當(dāng)細(xì)銅絲從彈簧末端滑出時(shí),小球沿著切線方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)
    引導(dǎo)學(xué)生討論、分析:當(dāng)小球還沒滑出去時(shí),小球做什么運(yùn)動(dòng),受到哪幾個(gè)力的作用,合力是什么,有什么作用?
    ②在光滑的玻璃板上套有一張白紙,同時(shí)將上述的小球沾上印泥,重復(fù)以上實(shí)驗(yàn),把在紙上留下的運(yùn)動(dòng)軌跡展示給學(xué)生看,同樣提問上述問題,并引導(dǎo)學(xué)生回答
    ③通過討論得到:做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體受到一個(gè)指向圓心的合力的作用,這個(gè)力叫向心力。
    ⑵向心加速度
    ① 定義:做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體在向心力作用下,必然要產(chǎn)生一個(gè)加速度,這個(gè)加速度叫向心加速度。
    ② 方向:總是沿著半徑指向圓心。
    2、 向心力的大小
    讓學(xué)生猜想向心力大小與哪些因素有關(guān)?
    實(shí)驗(yàn)研究F向與m、r、ω的關(guān)系
    ⑴實(shí)驗(yàn)方法:控制變量法
    ⑵介紹向心力演示的構(gòu)造和使用方法
    (3)實(shí)驗(yàn)過程
    a:質(zhì)量不同的鋼球和鋁球,當(dāng)它們運(yùn)動(dòng)的半徑r和角速度ω相同時(shí),比較向心力的大小
    b:兩個(gè)質(zhì)量相同的小球,保持運(yùn)動(dòng)半徑相同,觀察向心力與角速度之間的關(guān)系
    c:兩個(gè)質(zhì)量相同的小球,保持小球運(yùn)動(dòng)的角速度相同,觀察向心力的大小與運(yùn)動(dòng)半徑之間的關(guān)系。
    實(shí)驗(yàn)表格
    二球相同的物理量 不同的物理量 觀察結(jié)果
    1     r、ω     m m越大,F向越大
    2     m、ω     r r越大,F向越大
    3     m、r    ω ω越大,F向越大
    實(shí)驗(yàn)結(jié)論:F向隨r、w、m的增大而增大
    (4)總結(jié)得到:向心力的大小與物體質(zhì)量m、圓周半徑r和角速度ω都有關(guān)系,且給出公式:F向=mrω2
    3、向心加速度:a= rω2
    向心力的大小還可以用F向=mν2/r來表達(dá),同樣向心加速度也可表示為
    a=ν2/r
    4、 速圓周運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)
    ⑴ν:大小不變,方向始終沿著各點(diǎn)的切線方向,是變速度
    ⑵F:大小不變,方向始終指向圓心,是變力
    它的作用效果:只改變速度的方向,不改變速度的大小
    ⑶a:大小不變,方向始終指向圓心,是變加速度
    它是表示物體速度方向改變快慢的物理量
    以上各點(diǎn)說明了勻速圓周運(yùn)動(dòng)是變加速運(yùn)動(dòng)
    指出:當(dāng)w一定時(shí),a∝r
    當(dāng)v一定時(shí),a∝1/r
    5、接下來請(qǐng)同學(xué)們思考以下3個(gè)問題:
    ⑴系著繩子的小球在水平面上做勻速圓周運(yùn)動(dòng),其圓心在哪里,受到幾個(gè)力的作用?向心力是什么?
    ⑵系著繩子的小球在豎直平面上做勻速圓周運(yùn)動(dòng),小球在最高點(diǎn)、最低點(diǎn)的受力情況如何?
    (3)在圓柱筒內(nèi)附有一物塊,圓柱筒繞其軸線做勻速轉(zhuǎn)動(dòng),則物塊受到哪些力的作用?
    (4)使轉(zhuǎn)臺(tái)勻速轉(zhuǎn)動(dòng),轉(zhuǎn)臺(tái)上的物體也隨之做勻速圓周運(yùn)動(dòng),轉(zhuǎn)臺(tái)與物體間沒有相對(duì)滑動(dòng),物體受到哪些力的作用?向心力由什么提供的?
    講評(píng)以上的3個(gè)問題,得出幾點(diǎn)說明:
    ① 向心力的來源:做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體所需要的向心力就是物體所受的合力
    ② a的方向不斷變化,所以勻速圓周運(yùn)動(dòng)是瞬時(shí)加速度的方向不斷變化的變速運(yùn)動(dòng)
    ③ 向心力是一個(gè)效果力,可以是一個(gè)力,也可能是幾個(gè)力的合力或某個(gè)力的分力,不能認(rèn)為物體受到一些力作用外,還另外受到向心力。
    板書設(shè)計(jì)
    §4.2  向心力  向心加速度
    一、概念
    1、向心力:質(zhì)點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),在任一的合力都沿著半徑指向圓心,這個(gè)合力稱為向心力。
    向心力是一個(gè)效果力
    2、向心加速度:
    方向:始終沿著半徑指向圓心
    二、向心力的大小
    實(shí)驗(yàn)研究F向與m、r、ω的關(guān)系
    1、 驗(yàn)方法:控制變量法
    2、 實(shí)驗(yàn)過程
    3、 向心力的表達(dá)式:F向=mrω2=mν2/r
    三、向心加速度的表達(dá)式:a= rω2=ν2/r
    四、勻速圓周運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn):
    ⑴ν:大小不變,方向始終沿著各點(diǎn)的切線方向,是變速度
    ⑵F:大小不變,方向始終指向圓心,是變力
    它的作用效果:只改變速度的方向,不改變速度的大小
    ⑶a:大小不變,方向始終指向圓心,是變加速度
    它是表示物體速度方向改變快慢的物理量
    五、說明
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