6.2向心力教學(xué)設(shè)計

第6.2節(jié)向心力教學(xué)目標(biāo)：（一）知識與技能1、理解向心力的概念及其表達(dá)式的確切含義。2、知道向心力的大小與哪些因素有關(guān)，并能用來進(jìn)行計算。3、知道在變速圓周運(yùn)動中，可用上述公式求質(zhì)點(diǎn)在某一點(diǎn)的向心力。（二）過程與方法1、在實驗中，培養(yǎng)學(xué)生動手的習(xí)慣并提高分析問題、解決問題的能力。2、通過向心力大小與那些因素有關(guān)的探究，熟悉科學(xué)探究的一般過程：提出問題—猜想與假設(shè)—實驗驗證—分析數(shù)據(jù)—得出結(jié)論。（三）情感態(tài)度與價值觀1、實例、實驗緊密聯(lián)系生活，拉近科學(xué)與學(xué)生的距離，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。2、經(jīng)歷科學(xué)探究的過程，領(lǐng)略實驗是解決物理問題的一種基本途徑，培養(yǎng)學(xué)生實事求是的科學(xué)態(tài)度。教學(xué)重難點(diǎn)重點(diǎn)：理解向心力的概念、性質(zhì)、公式，會分析向心力的來源。難點(diǎn)：理解向心力的大小和方向，會利用向心力公式進(jìn)行簡單的計算及分析勻速圓周運(yùn)動中供求關(guān)系。教學(xué)方法：探究法、實驗法、教授法、討論法教學(xué)過程：一、情境導(dǎo)入：利用倒立的高腳杯和一個塑料小球，讓小球在倒立的高腳杯中做近似勻速圓周運(yùn)動。讓同學(xué)們思考是什么“魔力”使得小球不掉落。二、講授新課：1、向心力【動圖演示】光滑桌面上一個小球在細(xì)線的牽引下，繞桌面上的圖釘做勻速圓周運(yùn)動?！窘處熖釂枴啃∏蚴艿綆讉€力的作用？這幾個力的合力沿什么方向？【學(xué)生回答】小球受到重力，桌面支持力和細(xì)線的拉力作用，F(xiàn)N與G相平衡，所以合力為F【教師提問】用剪刀將細(xì)線剪斷，觀察小球?qū)⒆鍪裁催\(yùn)動？你認(rèn)為使小球做圓周運(yùn)動的力指向何方？【學(xué)生回答】如果用剪刀將細(xì)線剪斷，小球?qū)⒀厍芯€方向飛出，做勻速直線運(yùn)動。物體做勻速圓周運(yùn)動，合外力指向圓心，且與線速度v垂直?！窘處熆偨Y(jié)】向心力1、定義：做勻速圓周運(yùn)動的物體所受的合力總指向圓心，這個指向圓心的力叫作向心力。2、符號：Fn3、方向：指向圓心，向心力方向與速度方向垂直。4、作用效果：只改變速度的方向，不改變速度的大小。5、向心力來源:向心力并不是像重力、彈力、摩擦力那樣作為具有某種性質(zhì)的力來命名的。它是根據(jù)力的作用效果命名的，它可以是某一個力或者幾個力的合力提供的。【動圖展示】1、地球繞太陽運(yùn)行、月球繞地球運(yùn)行——萬有引力提供向心力2、木塊隨盤做勻速圓周運(yùn)動3、小球在高腳杯中做勻速圓周運(yùn)動
2、向心力的大小【實驗驗證】感受向心力如圖6.2-3所示，在繩子的一端拴一個小沙袋（或其他小物體），另一端握在手中。將手舉過頭頂，使沙袋在水平面內(nèi)做圓周運(yùn)動。此時，沙袋所受的向心力近似等于手通過繩對沙袋的拉力。換用不同質(zhì)量的沙袋，并改變沙袋轉(zhuǎn)動的速度和繩的長度，感受向心力的變化。分步感知:（1）保持沙袋轉(zhuǎn)動的速度和繩的長度不變，改變沙袋的質(zhì)量，感受向心力的變化。（2）保持繩的長度和沙袋的質(zhì)量不變，改變沙袋轉(zhuǎn)動的速度，感受向心力的變化。（3）保持沙袋的質(zhì)量和沙袋轉(zhuǎn)動的速度不變，改變繩的長度，感受向心力的變化?！窘處熖釂枴客ㄟ^實驗我們可以得出什么結(jié)論？【學(xué)生回答】做圓周運(yùn)動的物體所受向心力的大小與物體的質(zhì)量、速度、軌道半徑等因素有關(guān)系。演示實驗:研究向心力跟物體質(zhì)量m、軌道半徑r、角速度ω的定量關(guān)系。實驗裝置:向心力演示器結(jié)構(gòu)及原理：勻速轉(zhuǎn)動手柄，可使塔輪、長槽和短槽勻速轉(zhuǎn)動，槽內(nèi)的小球也就隨之做勻速圓周運(yùn)動。擋板對小球的作用力提供了小球做勻速圓周運(yùn)動的向心力。同時，小球擠壓擋板的力使擋板另一端壓縮測力套筒的彈簧，壓縮量可從標(biāo)尺上讀出，該讀數(shù)即顯示了向心力的大小。實驗方法:（1）F與m的關(guān)系保持r、ω一定F與r的關(guān)系保持ω、m一定F與ω的關(guān)系保持m、r一定演示:搖動手柄,小球隨之做勻速圓周運(yùn)動。1、向心力與質(zhì)量的關(guān)系ω、r一定，取兩球使mA=2mB,學(xué)生讀數(shù)FA=2FB，結(jié)論:向心力F正比于m。2、向心力與半徑的關(guān)系m、ω一定，取兩球使rA=2rb,學(xué)生讀數(shù)FA=2FB,結(jié)論:向心力F正比于r。3、向心力與角速度的關(guān)系m、r一定，使ωA=2ωB，學(xué)生讀數(shù)FA=4FB，結(jié)論:向心力FF正比于ω2。歸納總結(jié):綜合上述實驗結(jié)果可知物體做勻圓周運(yùn)動需要的向心力與物體的質(zhì)量成正比,與半徑成正比與角速度的二次方成正比。但不能由一個實驗、一個測量就得到定論,實際上要進(jìn)行多次測量,大量實驗，但我們不可能一一去做。同學(xué)們由剛才所做的實驗得出:m、ω、r越大，F(xiàn)越大。精確的實驗表明，向心力的大小可表示為Fn＝mω2r根據(jù)v=ωr推導(dǎo)向心力的另一表達(dá)式【課堂練習(xí)】課后習(xí)題第30頁4.如圖6.2-9所示，細(xì)繩的一端固定于O點(diǎn)，另一端系一個小球，在O點(diǎn)的正下方打一個釘子A，小球從一定高度擺下。經(jīng)驗告訴我們，當(dāng)細(xì)繩與釘子相碰時，釘子的位置越靠近小球，繩就越容易斷。請解釋這一現(xiàn)象?！痉治觥吭O(shè)小球到釘子的距離為R，小球擺到最低點(diǎn)過程中，由機(jī)械能守恒定律可得，小球通過最低點(diǎn)的速度由牛頓第二定律可得解得可知釘子A點(diǎn)到小球的距離R越小，細(xì)繩拉力T越大。3、變速圓周運(yùn)動和一般曲線運(yùn)動的特點(diǎn)【討論交流】向心力并不能改變物體運(yùn)動速度的大小，而是在改變物體運(yùn)動的方向。我們在感受向心力這個實驗中可以感受到，如果要使物體的速度不斷增大，我們對物體施加的力就不能始終保持指向圓心，而是要與向心力的方向有一個角度。根據(jù)力F產(chǎn)生的效果可以把力F分解成兩個相互垂直的分力:一個是指向圓心的分力Fn，另一個是跟圓周相切的分力Ft。Ft與物體運(yùn)動的速度同向,使物體的速度越來越大;Fn指向圓心，提供物體做圓周運(yùn)動所需的向心力,改變物體速度的方向。曲線運(yùn)動:物體的運(yùn)動軌跡不是直線也不是圓周的曲線運(yùn)動。對于這樣的運(yùn)動，盡管曲線的各個地方的彎曲程度不同，但我們在研究時可以把這條曲線分成許多極短的小段,每一小段可以看作是一段圓弧。這些圓弧的彎曲程度不同,可以表示為有不同的半徑,這樣在分析質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動時，就可以采用圓周運(yùn)動的分析方法來處理問題了。【例題展示】1、如圖所示,在水平冰面上,狗拉著雪橇做勻速圓周運(yùn)動,O點(diǎn)為圓心。能正確表示雪橇受到的牽引力F及摩擦力Ff的圖是()2、如圖所示,置于圓形水平轉(zhuǎn)臺邊緣的小物塊隨轉(zhuǎn)臺加速轉(zhuǎn)動,當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到某一數(shù)值時,物塊恰好滑離轉(zhuǎn)臺開始做平拋運(yùn)動?，F(xiàn)測得轉(zhuǎn)臺半徑R=0.5m,離水平地面的高度H=0.8m,物塊平拋落地過程水平位移的大小s=0.4m。設(shè)物塊所受的最大靜摩擦力等于滑動摩擦力,取重力加速度g=10m/s2。求:(1)物塊做平拋運(yùn)動的初速度大小v0;(2)物塊與轉(zhuǎn)臺間的動摩擦因數(shù)μ?！菊n堂小結(jié)】[教師引導(dǎo)]回顧本節(jié)課的學(xué)習(xí)，總結(jié)向心力大小的表達(dá)式得到的過程和方法。教師提問,傾聽學(xué)生回答,適當(dāng)提示,適時指正。[學(xué)生總結(jié)]1.向心力來源。2.勻速圓周運(yùn)動時，向心力的大小和線速度、角速度的關(guān)系。3.變速圓周運(yùn)動的向心力和切向力對曲線運(yùn)動的速度的大小和方向的影響。[教師引導(dǎo)]當(dāng)物體做圓周運(yùn)動，線速度逐漸減小時，物體所受的合力方向與速度方向的夾角是大于還是小于90°?【布置作業(yè)】1.[掌握鞏固]完成課本課后習(xí)題和學(xué)案。2.「情境融合]自己制作水流星。教學(xué)反思向心力是比較抽象的內(nèi)容,因此學(xué)生不太容易理解,在教學(xué)設(shè)計時盡量采用一些生活中的事例,易于幫助學(xué)生理解。本設(shè)計讓學(xué)生通過自己動手實驗親自感受拉力的變化,加深對向心力的理解。教學(xué)中盡可能多地讓學(xué)生參與課堂教學(xué)活動和課堂實驗,體現(xiàn)了以學(xué)生為主體的教學(xué)理念。板書設(shè)計6.2向心力一、向心力1、定義：做勻速圓周運(yùn)動的物體所受的合力總指向圓心，這個指向圓心的力叫作向心力。2、方向：指向圓心3、作用效果：只改