2024-2025學(xué)年新教材高中物理第3章圓周運(yùn)動(dòng)第2節(jié)科學(xué)探究向心力教案2魯科版必修第二冊(cè)

PAGE1-第2節(jié)科學(xué)探究：向心力本節(jié)課是從動(dòng)力學(xué)的角度探討勻速圓周運(yùn)動(dòng)的，這部分學(xué)問(wèn)是本章的重點(diǎn)和難點(diǎn)，學(xué)好這部分學(xué)問(wèn)，可以為后面的天體運(yùn)動(dòng)和帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)打好基礎(chǔ)。讓學(xué)生相識(shí)到“向心力不是一個(gè)新的性質(zhì)力，而是一個(gè)效果力”，也即讓學(xué)生初步學(xué)會(huì)分析向心力的來(lái)源。最終分析一般曲線運(yùn)動(dòng)和變速圓周運(yùn)動(dòng)中的向心力。【物理觀念】理解向心力和向心加速度的概念，駕馭向心力和向心加速度的計(jì)算方法，精確相識(shí)向心力并能找出向心力?！究茖W(xué)思維】能用牛頓其次定律分析勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，通過(guò)實(shí)例相識(shí)向心力的作用及來(lái)源?！究茖W(xué)探究】在“探究影響向心力大小與半徑、角速度、質(zhì)量的關(guān)系”試驗(yàn)過(guò)程中，熟識(shí)限制變量法的應(yīng)用，提高科學(xué)探究的實(shí)力?！究茖W(xué)看法與責(zé)任】有主動(dòng)將所學(xué)學(xué)問(wèn)應(yīng)用與日常生活的意識(shí)，能在合作中堅(jiān)持自己的觀點(diǎn)；能體會(huì)物理學(xué)技術(shù)應(yīng)用對(duì)日常生活的影響?！窘虒W(xué)重點(diǎn)】理解向心力、向心加速度的概念，駕馭向心力公式并能進(jìn)行相關(guān)計(jì)算?！窘虒W(xué)難點(diǎn)】理解向心力是按作用效果命名的力，向心力的方向時(shí)刻在變更。【導(dǎo)入新課】思索：做圓周運(yùn)動(dòng)的物體為什么不沿直線飛去而沿著一個(gè)圓周運(yùn)動(dòng)？【新課講授】一、向心力1.感受向心力與圓周運(yùn)動(dòng)取一根細(xì)線，一端系一小球，另一端固定住圖釘上，將圖釘固定在光滑木板上。（1）在細(xì)線松弛時(shí)輕彈小球，視察在細(xì)線伸直前，小球做什么運(yùn)動(dòng)？（2）加大彈擊力氣，使小球在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中細(xì)線伸直，視察細(xì)線伸直后小球做什么運(yùn)動(dòng)？思索： ①細(xì)線的松弛或繃直使小球在受力上有什么差別？②是什么力變更了小球的運(yùn)動(dòng)方向，使小球做圓周運(yùn)動(dòng)？③你能從這個(gè)試驗(yàn)中發(fā)覺(jué)圓周運(yùn)動(dòng)的受力與拋體運(yùn)動(dòng)有什么差別嗎？結(jié)論：（1）拉力變更了小球的運(yùn)動(dòng)方向，使它做圓周運(yùn)動(dòng)。（2）拉力始終與速度垂直，所以拉力不對(duì)小球做功，不變更小球的速度大小1、向心力做圓周運(yùn)動(dòng)的物體肯定受到指向圓心的力的作用，這個(gè)力就叫作向心力，符號(hào)：Fn2、方向：始終指向圓心（與v垂直或與半徑垂直），是變力。3、向心力的作用只變更線速度的方向，不變更速度的大小。思索：向心力是不是一種新的性質(zhì)力？即向心力是不是與重力、彈力、摩擦力一樣都是依據(jù)某種性質(zhì)來(lái)命名的力？Fn＝FfF合＝F引＝FnFn＝FN+mg由這三個(gè)例子可知：向心力是依據(jù)效果命名的力，并不是物體額外受到的一個(gè)力；受力分析時(shí),不能多出一個(gè)向心力。4、向心力的來(lái)源（1）物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)：物體所受的合力供應(yīng)了物體所需的向心力，即勻圓運(yùn)動(dòng)物體的合外力肯定指向其圓運(yùn)動(dòng)的圓心。（可以是重力、彈力、摩擦力等各種性質(zhì)力的合力）思索：假如做圓周運(yùn)動(dòng)的物體所受的合力不指向圓心，還能做勻速圓周運(yùn)動(dòng)嗎？（引出對(duì)非勻速圓周運(yùn)動(dòng)的分析）速度增大的圓周運(yùn)動(dòng)速度減小的圓周運(yùn)動(dòng)切向力Ft：垂直半徑方向的合力變更速度的大小向心力Fn：沿著半徑（或指向圓心）的合力變更速度的方向結(jié)論:當(dāng)做圓周運(yùn)動(dòng)的物體所受的合力不指向圓心時(shí)，物體做變速圓周運(yùn)動(dòng)。（2）物體做非勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)：向心力由沿半徑方向的合力供應(yīng)。思索：向心力的大小與什么因素有關(guān)？二、探究影響向心力大小的因素【感受向心力的影響因素】用細(xì)繩連接的鋼球、木球各一個(gè)，拉住繩的一端，讓小球盡量做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。分別變更轉(zhuǎn)動(dòng)的快慢、細(xì)繩的長(zhǎng)短做幾次試驗(yàn)。思索：向心力的大小與哪些因素有關(guān)？猜想：【探究影響向心力大小的因素】1、試驗(yàn)器材：向心力演示器、兩個(gè)質(zhì)量相同的鋼球和一個(gè)質(zhì)量小的鋁球。2、向心力演示器的構(gòu)造勻速轉(zhuǎn)動(dòng)手柄1、變速塔輪2和3、長(zhǎng)槽4和短槽5、橫臂6、彈簧測(cè)力套筒7、標(biāo)尺8。3、原理：勻速轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，使變速塔輪以及長(zhǎng)槽和短槽和槽內(nèi)的小球隨之勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，使小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由橫臂的擋板對(duì)小球的壓力供應(yīng)。球?qū)醢宓姆醋饔昧Γㄟ^(guò)橫臂的杠桿作用使彈簧測(cè)力套筒下降，從而露出標(biāo)尺。依據(jù)標(biāo)尺上露出的紅白相間等分標(biāo)記，可以粗略計(jì)算出兩個(gè)球所受向心力的比值。4、試驗(yàn)方法：限制變量法當(dāng)m,r肯定時(shí)，F(xiàn)與ω的關(guān)系；當(dāng)r,w肯定時(shí)，F(xiàn)與m的關(guān)系；當(dāng)m,w肯定時(shí)，F(xiàn)與r的關(guān)系5、試驗(yàn)步驟（1）把兩個(gè)質(zhì)量不同的小球分別放在長(zhǎng)槽和短槽上，調(diào)整塔輪上的皮帶和小球在位置，使兩球的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑和角速度都相同。轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，視察向心力的大小與質(zhì)量的關(guān)系。（2）換兩個(gè)質(zhì)量相同的小球，使兩球的角速度相同。再增大長(zhǎng)槽上小球的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑，使兩球的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑不同。轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，視察向心力的大小與半徑的關(guān)系。（3）若要探討向心力的大小，請(qǐng)依據(jù)你設(shè)計(jì)的試驗(yàn)步驟操作。6、數(shù)據(jù)處理（1）其他條件相同的條件下，質(zhì)量越大，套桶露出標(biāo)度的格數(shù)越多，即向心力越大。（2）其他條件相同的條件下，角速度越大，套桶露出標(biāo)度的格數(shù)越多，即向心力越大。（3）其他條件相同的條件下，半徑越大，套桶露出標(biāo)度的格數(shù)越多，即向心力越大。7、試驗(yàn)結(jié)論精確試驗(yàn)證明:物體做圓周運(yùn)動(dòng)，須要的向心力與物體質(zhì)量成正比，與半徑成正比，與角速度的二次方成正比。公式1：F＝mrω2依據(jù)推導(dǎo)向心力的另一表達(dá)式：公式2：三、向心加速度勻速圓周運(yùn)動(dòng)是變速曲線運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變更肯定存在加速度定義：由向心力產(chǎn)生的加速度稱(chēng)為向心加速度。思索：（1）向心加速度方向如何？向心加速度的方向與向心力的方向一樣，始終指向圓心（2）向心加速度的大小如何表示？依據(jù)牛頓其次定律和向心力公式，可得小結(jié)：勻速圓周運(yùn)動(dòng)是加速度方向不斷變更的變加速運(yùn)動(dòng)。【拓展一步】設(shè)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體的線速度的大小為v軌跡半徑為r。經(jīng)過(guò)時(shí)間△t，物體從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)。嘗試用v、