高中物理人教版第五章曲線運(yùn)動(dòng)向心力 公開課

安圖一中物理教案時(shí)間：2023年3月課題向心力課型新授課（2課時(shí)）教學(xué)目標(biāo)知識(shí)與技能1．理解向心力的概念及其表達(dá)式的確切含義．2．知道向心力大小與哪些因素有關(guān)，并能用來進(jìn)行計(jì)算．3．知道在變速圓周運(yùn)動(dòng)中，可用上述公式求質(zhì)點(diǎn)在某一點(diǎn)的向心力和向心加速度．過程與方法1．通過用圓錐擺粗略驗(yàn)證向心力的表達(dá)式的實(shí)驗(yàn)來了解向心力的大小與哪些因素有關(guān)，并具體“做一做”來理解公式的含義．2．進(jìn)一步體會(huì)力是產(chǎn)生加速度的原因，并通過牛頓第二定律來理解勻速圓周運(yùn)動(dòng)、變速圓周運(yùn)動(dòng)及一般曲線運(yùn)動(dòng)的各自特點(diǎn)．情感、態(tài)度與價(jià)值觀1．在實(shí)驗(yàn)中，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手的習(xí)慣并提高分析問題、解決問題的能力．2．感受成功的快樂．體會(huì)實(shí)驗(yàn)的意義，激發(fā)學(xué)習(xí)物理的興趣．教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)1．體會(huì)牛頓第二定律在向心力上的應(yīng)用．2．明確向心力的意義、作用、公式及其變形．教學(xué)難點(diǎn)1．圓錐擺實(shí)驗(yàn)及有關(guān)物理量的測(cè)量．2．如何運(yùn)用向心力、向心加速度的知識(shí)解釋有關(guān)現(xiàn)象．教學(xué)方法探究、講授、討論、練習(xí)教學(xué)手段教具準(zhǔn)備多媒體課件、圓錐擺等實(shí)驗(yàn)設(shè)備教學(xué)活動(dòng)[新課導(dǎo)入]師：前面兩節(jié)課，我們學(xué)習(xí)、研究了圓周運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征，知道了如何描述圓周運(yùn)動(dòng)．這節(jié)課我們?cè)賮韺W(xué)習(xí)物體做圓周運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)特征——向心力．[新課教學(xué)]一、向心力[自主閱讀]師：請(qǐng)同學(xué)們閱讀教材“向心力”部分，思考并回答以下問題，1．舉出幾個(gè)物體做圓周運(yùn)動(dòng)的實(shí)例，說明這些物體為什么不沿直線飛去．2．用牛頓第二定律推導(dǎo)出勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力表達(dá)式．學(xué)生認(rèn)真閱讀教材，列舉并分析實(shí)例，體會(huì)向心力的作用效果，并根據(jù)牛頓第二定律推導(dǎo)出勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力表達(dá)式．[交流與討論]師：請(qǐng)同學(xué)們交流各自的閱讀心得并進(jìn)行相互間的討論．生：用手槍一個(gè)被繩子系著的物體，使它做圓周運(yùn)動(dòng)，是因?yàn)槔K子的力在拉著它．一旦繩子斷了，小球就會(huì)飛出去．生：月球之所以繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)，是地球?qū)υ虑虻囊υ凇袄敝畮煟和瑢W(xué)們有沒有發(fā)現(xiàn)過，做圓周運(yùn)動(dòng)的物體由于突然不受力了，結(jié)果物體沿直線飛出去的現(xiàn)象?生：我自己做過這個(gè)實(shí)驗(yàn)：用手掄一個(gè)被繩子系著的物體，使它做圓周運(yùn)動(dòng)，一旦繩子斷了，小球就會(huì)飛出去．生：本章第一節(jié)中，砂輪上的砂粒被刀具碰掉后，沿切線方向飛出去的現(xiàn)象．師：剛才同學(xué)們說得很好，圓周運(yùn)動(dòng)是變速運(yùn)動(dòng)，有加速度，故做圓周運(yùn)動(dòng)的物體一定受到力的作用．而我們知道做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體具有向心加速度，根據(jù)牛頓第二定律，這個(gè)加速度一定是由于它受到了指向圓心的合力的作用．這個(gè)合力叫做向心力．下面請(qǐng)同學(xué)們把剛才由牛頓第二定律推出的向心力的表達(dá)式展示出來．投影學(xué)生推出的向心力表達(dá)式：FN=mv2/r,FN=mrω2點(diǎn)評(píng)：學(xué)生的思維在于老師的激發(fā)，學(xué)習(xí)的積極性在于老師的調(diào)動(dòng)．通過讓學(xué)生發(fā)表見解，提出疑問，培養(yǎng)學(xué)生的語(yǔ)言表達(dá)能力和分析問題的能力．二、實(shí)驗(yàn)：用圓錐擺粗略驗(yàn)證向心力的表達(dá)式[實(shí)驗(yàn)與探究]師：請(qǐng)同學(xué)們閱讀教材“實(shí)驗(yàn)”部分，思考下面的問題：1．實(shí)驗(yàn)器材有哪些?2．簡(jiǎn)述實(shí)驗(yàn)原理(怎樣達(dá)到驗(yàn)證的目的)．3．實(shí)驗(yàn)過程中要注意什么?如何保證小球在水平面內(nèi)做穩(wěn)定的圓周運(yùn)動(dòng)，測(cè)量哪些物理量(記錄哪些數(shù)據(jù))?4．實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生誤差的原因主要有哪些?學(xué)生認(rèn)真閱讀教材，思考問題，找學(xué)生代表發(fā)言．教師聽取學(xué)生的見解，點(diǎn)評(píng)、總結(jié)．教師巡視并指導(dǎo)學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并記錄學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程中存在的問題．點(diǎn)評(píng)：讓學(xué)生親歷實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的過程．體驗(yàn)成功的樂趣．培養(yǎng)動(dòng)手能力和團(tuán)結(jié)協(xié)作的團(tuán)隊(duì)精神．教師聽取學(xué)生匯報(bào)驗(yàn)證的結(jié)果，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的可靠性作出評(píng)估．[交流與討論]生：實(shí)驗(yàn)的過程中，多項(xiàng)測(cè)量都是粗略的，存在較大的誤差，用兩個(gè)方法得到的力并不嚴(yán)格相等．生：通過實(shí)驗(yàn)我們還體會(huì)到．向心力并不是像重力、彈力、摩擦力那樣具有某種性質(zhì)的力來命名的．它是效果力，是按力的效果命名的．在圓錐擺實(shí)驗(yàn)中，向心力是小球重力和細(xì)線拉力的合力，還可以理解為是細(xì)線拉力在水平面內(nèi)的一個(gè)分力．生：數(shù)圈數(shù)測(cè)時(shí)間時(shí)，要從零開始數(shù)起．生：我有一個(gè)改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)，不知是否可行，其裝置如圖6．7—1所示，讓小球在剛好要離開錐面的情況下做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，我認(rèn)為利用該裝置可以使測(cè)量值減少誤差．師：同學(xué)們能積極思維，勇于發(fā)表自己的見解，這很好．至于該方案效果如何，老師沒有做過，這里也不敢妄下結(jié)論，還請(qǐng)同學(xué)們課后進(jìn)一步進(jìn)行比較性的研究，老師期待著你們的實(shí)驗(yàn)結(jié)論．點(diǎn)評(píng)：新課程理念強(qiáng)調(diào)，老師不一定要能回答學(xué)生提出的所有問題，但老師要起到一個(gè)引導(dǎo)者、一個(gè)領(lǐng)路人的作用．[課堂訓(xùn)練]說明以下幾個(gè)圓周運(yùn)動(dòng)的實(shí)例中向心力是由哪些力提供的．(師生互動(dòng))1．繩的一端拴一小球，手執(zhí)另一端使小球在光滑水平面上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)．2．火星繞太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)的向心力是什么力提供的?3．在圓盤上放一個(gè)小物塊，使小物塊隨圓盤一起做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，分析小物塊受幾個(gè)力，向心力由誰(shuí)提供．參考答案1．解析：小球受重力、支持力、繩的拉力而做勻速圓周運(yùn)動(dòng)．由于豎直方向小球不運(yùn)動(dòng)，故重力、支持力合力為零，那么水平方向上的勻速圓周運(yùn)動(dòng)由水平面上的繩的拉力來提供．2．解析：火星和太陽(yáng)間的萬(wàn)有引力提供火星運(yùn)轉(zhuǎn)的向心力．3．解析：小物塊受重力、支持力和靜摩擦力，靜摩擦力提供向心力．點(diǎn)評(píng)：通過實(shí)例分析，達(dá)到鞏固所學(xué)知識(shí)的目的．[課堂分組實(shí)驗(yàn)]師：請(qǐng)同學(xué)們兩人一組，完成課本第54頁(yè)“做一做”欄目中的實(shí)驗(yàn)，自己感受向心力的大?。畬W(xué)生按照“做一做”欄目中的實(shí)驗(yàn)介紹，獨(dú)立操作，在實(shí)驗(yàn)中去體驗(yàn)．點(diǎn)評(píng)：通過實(shí)驗(yàn)，增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，同時(shí)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理學(xué)的興趣．三、變速圓周運(yùn)動(dòng)和一般曲線運(yùn)動(dòng)師：在剛才“做一做”的實(shí)驗(yàn)中，我們可以通過掄繩子來調(diào)節(jié)沙袋速度的大小，這就給我們帶來一個(gè)疑問：難道向心力能改變速度的大小嗎?為什么?生：不能．因?yàn)槲覄偛抛鰧?shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)我的手保持不動(dòng)時(shí)，沙袋的速度并不能改變，只有當(dāng)我的手在動(dòng)時(shí)，沙袋的速度才能改變，所以不能．但具體細(xì)節(jié)我還沒有搞清．生：剛才XXX同學(xué)的發(fā)現(xiàn)我也體會(huì)到了，我認(rèn)為手不動(dòng)時(shí)，繩子的拉力和沙袋運(yùn)動(dòng)的速度方向垂直，故沙袋的速度不變．而當(dāng)手動(dòng)時(shí)，繩子的拉力和沙袋運(yùn)動(dòng)的速度方向不垂直，此時(shí)可以把拉力分解為沿速度方向和垂直于速度方向的兩個(gè)分力，其垂直于速度方向的分力提供沙袋所需的向心力，并不改變沙袋的速度大小；而沿速度方向的分力產(chǎn)生的加速度使沙袋的速度發(fā)生了改變．師：剛才同學(xué)們交流、討論得很好，實(shí)際上這些現(xiàn)象，我們都可以通過運(yùn)用牛頓第二定律來解決，希望同學(xué)們課后能進(jìn)一步地認(rèn)真總結(jié)，細(xì)細(xì)體會(huì)。點(diǎn)評(píng)：老師及時(shí)對(duì)學(xué)生進(jìn)行恰當(dāng)?shù)脑u(píng)價(jià)，是使學(xué)生能獲得成功培的保證．同時(shí)要善于培養(yǎng)學(xué)生閱讀教材并從中獲取信息的能力，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題解決問題的主動(dòng)求知的意識(shí)．師：對(duì)于做一般曲線運(yùn)動(dòng)的物體，我們可以用怎樣的分析方法進(jìn)行簡(jiǎn)化處理?請(qǐng)同學(xué)們閱讀教材并結(jié)合課本圖—4的提示發(fā)表自己的見解．同時(shí)再與剛才研究的變速圓周運(yùn)動(dòng)去進(jìn)行對(duì)比．點(diǎn)評(píng)：對(duì)學(xué)生注重物理學(xué)方法的教育．[課堂訓(xùn)練]1．如圖6．7—2所示，在光滑的水平面上釘兩個(gè)釘子A和B，相距20cm用一根長(zhǎng)1m的細(xì)繩，一端系一個(gè)質(zhì)量為0.5kg的小球，另一端固定在釘子A上．開始時(shí)球與釘子A、B在一條直線上，然后使小球以2m／s的速率開始在水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)．若繩子能承受的最大拉力為4N，那么從開始到繩斷所經(jīng)歷的時(shí)間是多少?說明：需注意繩磋釘子的瞬間，繩的拉力和速度方向仍然垂直，球的速度大小不變，而繩的拉力隨半徑的突然減小而突然增大．2．如圖—3所示，水平轉(zhuǎn)盤的中心有個(gè)豎直小圓筒，質(zhì)量為m的物體A放在轉(zhuǎn)盤上，A到豎直筒中心的距離為r，物體A通過輕繩、無(wú)摩擦的滑輪與物體月相連，月與A質(zhì)量相同．物體A與轉(zhuǎn)盤問的最大靜摩擦力是正壓力的μ倍，則轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度在什么范圍內(nèi)，物體A才能隨盤轉(zhuǎn)動(dòng)?說明：根據(jù)向心力公式，解題的關(guān)鍵是分析做勻速田用運(yùn)動(dòng)物體的受力情況；明確哪些力提供了它需要的向心力．3．如圖—4所示，在質(zhì)量為M的電動(dòng)機(jī)上，裝有質(zhì)量為m的偏心輪，飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為ω，當(dāng)飛輪重心在轉(zhuǎn)軸正上方時(shí)，電動(dòng)機(jī)對(duì)地面的壓力剛好為零．則飛輪重心離轉(zhuǎn)軸的距離多大?在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，電動(dòng)機(jī)對(duì)地面的最大壓力多大?[小結(jié)]師：請(qǐng)同學(xué)們概括總結(jié)本節(jié)課的內(nèi)容．投影展示出幾個(gè)學(xué)生的課堂小結(jié)，同時(shí)引導(dǎo)同學(xué)們分析，討論，并與各自的小結(jié)進(jìn)行對(duì)比，看看誰(shuí)總結(jié)得好，并把自己的體會(huì)寫下來．點(diǎn)評(píng)：總結(jié)課堂內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生概括總結(jié)能力．教師要放開，讓學(xué)生自己總結(jié)所學(xué)內(nèi)容，允許內(nèi)容的順序不同，從而構(gòu)建他們自己的知識(shí)框架．[課外訓(xùn)練]1．如圖—5所示，一圓盤可以繞一個(gè)通過圓盤中心且垂直于盤面的豎直軸轉(zhuǎn)動(dòng)，在圓盤上放置一木塊，當(dāng)圓盤勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，木塊隨圓盤一起運(yùn)動(dòng)，那么…()A.木塊受到圓盤對(duì)它的摩擦力，方向背離圓盤中心B.木塊受到圓盤對(duì)它的摩擦力．方向指向圓盤中心C.因?yàn)槟緣K與圓盤一起做勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，所以它們之間沒有摩擦力D.因?yàn)槟Σ亮偸亲璧K物體運(yùn)動(dòng)的，所以木塊受到圓盤對(duì)它的摩擦力的方向與木塊運(yùn)動(dòng)方向相反2．一個(gè)2.0kg的物體在半徑是1.6m的圓周上以4m／s的速率運(yùn)動(dòng)，向心加速度為多大?所需向心力為多大?3．太陽(yáng)的質(zhì)量是1．98X1030kg，它離開銀河系中心大約3萬(wàn)光年(1光年：9．46X10124．關(guān)于勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期大小，下列判斷正確的是…()A．若線速度越大，則周期一定越小B．若角速度越大，則周期一定越小C．若半徑越大，則周期一定越大D．若向心加速度越大，則周期一定越大5．線的一端系一個(gè)重物，手執(zhí)線的另一端使重物在光滑水平面上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)速相同時(shí)．線長(zhǎng)易斷，還是線短易斷?為什么?如果重物運(yùn)動(dòng)時(shí)系線被桌上的一個(gè)釘子擋住，隨后重物以不變的速率在系線的牽引下繞釘子做圓周運(yùn)動(dòng)，系線碰釘子時(shí)釘子離重物越遠(yuǎn)線易斷?還是離重物越近線易斷?為什么?6．如圖6．7-6所示，線段OA＝2AB．A、B兩球質(zhì)量相等．當(dāng)它們繞O點(diǎn)在光滑的水平桌面上以相同的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，兩線段的拉力之比為多少?參考答案1．B2．10m／s220N3．×1020N4．B5．線長(zhǎng)易斷，因?yàn)檗D(zhuǎn)速相同時(shí)，由向心力公式知，半徑越大，所需向心力越大．越近易斷，因?yàn)榫€速度相同時(shí)，由向心力公式知，半徑越小，所需向心力大．6．3:5學(xué)生活動(dòng)作業(yè)[布置作業(yè)]完成P55“問題與練習(xí)”中的l～5題．板書設(shè)計(jì)7．向心力一、向心力1．通過實(shí)例進(jìn)一步感受做圓周運(yùn)動(dòng)的物體必須受到力的作用．2．向心力的概念3．向心力的表達(dá)式二、向心力的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證1．圓錐擺的實(shí)驗(yàn)．2．向心力公式的實(shí)驗(yàn)討論(“做一做”)．三、變速圓周運(yùn)動(dòng)和一般曲線運(yùn)動(dòng)的研究教學(xué)后記課后習(xí)題1．下列關(guān)于做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體所受的向心力的說法中。正確的是()A．物體除其他的力外還要受到—個(gè)向心力的作用B．物體所受的合外力提供向心力C．向心力是一個(gè)恒力D．向心力的大小—直在變化2．下列關(guān)于向心加速度的說法中，正確的是（）A．向心加速度的方向始終與速度的方向垂直B．向心加速度的方向保持不變C．在勻速圓周運(yùn)動(dòng)中，向心加速度是恒定的D．在勻速圓周運(yùn)動(dòng)中，向心加速度的大小不斷變化3．一根長(zhǎng)為L(zhǎng)=1.0m的細(xì)繩系一質(zhì)量為M=0.5kg的小球，在光滑水平面上勻速圓周運(yùn)動(dòng)，如圖5－6－1所示，小球轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為（1）小球的向心加速度（2）繩中的拉力4，如圖5—6—2所示，在勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的水平轉(zhuǎn)盤上，有一個(gè)相對(duì)于盤靜止的物體，隨盤一起轉(zhuǎn)動(dòng)，關(guān)于它的受力情況，下列說法中正確的是（）A．只受到重力和盤面的支持力的作用B．只受到重力、支持力和靜摩擦力的作用C．除受到重力和支持力外，還受到向心力的作用D．受到重力、支持力、靜摩擦力和向心力的作用5．在勻速圓周運(yùn)動(dòng)中，下列物理量不變的是（）A．向心加速度B．線速度C．向心力D．角速度6．A、B兩小球都在水平面上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，A球的軌道半徑是B球軌道半徑的2倍，A的轉(zhuǎn)速為30r/min，B的轉(zhuǎn)速為15r/min。則兩球的向心加速度之比為（）A．1：1B．2：1C．4：1D．8：17．如圖5-6-3所示，一質(zhì)點(diǎn)在水平面上