新鲁科版必修第二册3.2科学探究：向心力教学设计

1、第三章圆周运动第2节科学探究：向心力教材分析本节选自鲁科版高中物理必修二第三章第二节，是在学生已经学习了匀速圆周运动，对匀 速圆周运动有了一定理解的基础上的进一步学习。学生知道匀速圆周运动是一种变速运动，只是表 面的知道，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W课的学习。本节课从学生的实际出发，结合学生前面所学知识，注重 创设物理背景，应用牛顿第二定律，初步得出向心力的大小：引导学生对具体问题的分析，解决向 心力来源问题；通过学生自己动手实验，验证向心力公式，并分析得到影响向心力的因素。这个过 程中加强学生的活动，使学生充分思考

2、讨论、大胆猜想，敢于提出自己的想法，逐渐提高科学素养。 最后由向心力引出向心加速度的概念以及公式，运用理论分析推导物理概念的过程，可进一步帮 助学生理解向心加速度大小和方向的含义。教学目标与核心素养物理观念：建立向心力、向心加速度的物理观念，掌握向心力的确切含义，知道向心加速度的 内涵0科学思维：能在熟悉情境中运用匀速圆周运动模型解决问题：能对常见的匀速圆周运动进行 分析推理，获得结论；能用与匀速圆周运动相关的证据说明结论并作出解释；能从不同角度分 析解决匀速圆周运动问题。科学探究：通过对向心力大小与哪些因素有关的探究，熟悉科学探究的一般过程：提出问题一 猜想与假设一实验验证分析数据得出结论。

3、科学态度与责任：通过观察、实验及探究、交流与讨论等学习活动，培养学生尊重客观事实、 实事求是的科学态度。教学重难点1、教学重点：理解向心力、向心加速度的概念，掌握向心力公式并能进行相关计算。2、教学难点：理解向心力是按作用效果命名的力，向心力的方向时刻在改变。课前准备PPT.视频片断、向心力演示器教学辽程【新课导入】这些物体为什么会做圆周运动？复习提问：（1）匀速圆周运动的实质是什么?匀速圆周运动是变速曲线运动变速曲线运动匚运动状态改变匚一定受到外力匚一定存在加速度（2）那么做匀速圆周运动的物体所受的合力有何特点？加速度又怎样呢？【新课内容】一、向心力：思考与讨论:取一根细绳，一端系一小球，另

4、一端固定在一枚图钉上。将图钉钉于水平光滑木板上， 如图所示。（1）用手指沿小球与图钉连线的垂直方向轻轻弹击小球，在细绳未伸直前，小球做什么运动？（2）用手指弹击小球，方向同上，加大弹击力量，使小球运动过程中细绳伸直。细绳伸直后，小球 做什么运动？想一想：1、小球受哪几个力的作用？ 2、合外力有何特点？ 3、若细线突然剪断，将会看到什么现象?研究小球所受合力的方向Ev与G相平衡，所以合力为F,小球受到重力，桌而支持力和细线的拉力作用。用剪刀将细线剪断，小球将沿切线方向飞出，做匀速直线运动。结论：物体做匀速圆周运动，合外力指向圆心，且与线速度P垂直。对于做匀速圆周运动的物体，物体的速度大小不发生改

5、变，因此，所受合力只改变速度的方向。1、向心力做匀速圆周运动的物体所受的合力总指向圆心，这个指向圆心的力就叫作向心力，用符号：F2、方向：始终指向圆心（与、，垂直或与半径垂直），是变力。3、向心力的作用只改变线速度的方向。4、向心力来源：向心力是根据力的作用效果命名的，它不是具有确定性质的某种力，它可以是 某一个力或者几个力的合力提供的。圆锥摆做匀速圆周运动：0结论：拉力和重力的合力提供物体做匀速圆周运动向心力。地球绕太阳的运动结论：地球绕太阳的运动可近似看作匀速圆周运动，太阳对地球的引力提供向心力。木块相对转盘静止，随盘做匀速圆周运动结论：静摩擦力提供物体做匀速圆周的向心力。思考：某乘客坐在

6、一辆车上，当车辆转弯时，他受到的向心力来自何处？解答：人坐在座椅上，当车向左转弯时，由于人自身具有惯性身体会向右倾斜，座椅会对人有一个1、实验器材：向心力演示器向左的摩擦力，这个摩擦力提供了人的向心力.当车向其他方向转弯时同理。例L关于匀速圆周运动，下列说法正确的是（CD ）,4、匀速圆周运动是一种匀速运动匀速圆周运动是一种匀变速运动C、匀速圆周运动是一种变加速运动物体做圆周运动时其向心力不改变线速度的大小 例2.分析下图中物体,4、B、C的受力情况，并说明这些物体做圆周运动时向心力的来源。二.探究影响向心力大小的因素【做一做】感受向心力（1）在绳子的一端拴一个小沙袋，另一端握在手中，将手举过

7、头顶，使沙袋在水平面内做圆周 运动。沙袋所受的向心力近似等于手通过绳对沙袋的拉力。（2）保持沙袋转动的速度和绳的长度不变，改变沙袋的质量，感受向心力的变化。（3）保持绳的长度和沙袋的质量不变，改变沙袋转动的速度，感受向心力的变化。（4）保持沙袋的质量和沙袋转动的速度不变，改变绳的长度，感受向心力的变化。通过上而的实验，可以知道：做圆周运动的物体所受向心力的大小与物体的质量、转动速度、轨 道半径等因素有关系。探究影响向心力大小的因素：2、向心力演示器的构造匀速转动手柄1、变速塔轮2和3、长槽4和短槽5、横臂6、弹簧测力套筒7、标尺8。3、原理匀速转动手柄，可使塔轮、长槽和短槽匀速转动，槽内的小球

8、也就随之做匀速圆周运动。挡板 对小球的作用力提供了小球做匀速圆周运动的向心力。同时，小球挤压挡板的力使挡板另一端压缩 测力套筒的弹簧，压缩量可从标尺上读出，该读数即显示了向心力的大小。4、实验方法:控制变量法5、实验步骤（1）向心力与质量关系让钢球与铝球的质量之比为2:1。将钢球和铝球分别放在相同半径处，摇动手柄。观察套桶露出 标度的格数，比较向心力的大小。出示视频：向心力与质量关系其他条件相同的条件下，质量越大，套桶露出标度的格数越多，即向心力越大。（2）向心力与角速度的关系将两个质量相同的小钢球放在相同半径处。皮带套在两个半径为2:1的塔轮上，转动手柄观察 套筒露出标度的格数，比较向心力的

9、大小。出示视频：向心力与角速度的关系其他条件相同的条件下，角速度越大，套桶露出标度的格数越多，即向心力越大。（3）向心力与半径的关系将两个质量相同的钢球分别放在不同半径处。摇动手柄观察套筒露出标度的格数，比较向心力 的大小。出示视频：向心力与半径的关系其他条件相同的条件下，半径越大，套桶露出标度的格数越多，即向心力越大。一、，V2精确的实验表明，向心力的大小可以表不为：尸由：v=37,得：F二2 r三.向心加速度：思考：（1）向心加速度方向如何？向心加速度由向心力产生，据牛顿运动定律知道，这个加速度的方向与向心力的方向相同.（2）加速度是描述速度变化快慢的物理量，那么向心加速度是描述什么的物理

10、量？向心加速度是描述速度方向变化快慢的物理量（3）怎样推导向心加速度的公式？推导：向心加速度的大小与方向：7 y2由向心力公式：耳句=F入=mcor = mHr根据牛顿第二定律:尸合=加。得：二0丫或4 =1、定义：做匀速圆周运动的物体加速度指向圆心，这个加速度称为向心加速度 2、公式：。二 G2r 或 4 = 73、方向：始终指向圆心4、物理意义：描述速度方向变化的快慢5、说明：匀速圆周运动加速度的大小不变，方向时刻改变，所以匀速圆周运动不是匀变速运动，是 变加速运动向心加速度的的理论推导：设一质点沿着半径为，的圆周做匀速圆周运动。在某时刻该质点位于.4点，经过很短一段时间 业运动到8点。在

11、此期间，质点的速度由以变为速度改变量为小若把速度矢量用的始端移 到且点，其矢量关系如图所示。速度矢量三角形与相应的。4是相似三角形，且vA和vB的大小都等于线速度Vo用 s表示AB 弦长，有AvsV 即：Av =-Av从趋于零时,.弦长等于.43孤长，因此一等于线速度的大小居/AvAv v AvI厂业趋于零时，天表示的就是向心加速度。的大小，且有丁=；受，因此二 再由上趋于零时，W和口的夹角趋于零，了的方向趋于口垂直而指向圆心，即加速度的方向指向 圆心。例3.一般飞行员能承受的最大向心加速度的大小约为6gc在飞行表演中，飞机某次水平转弯时，可 视为在水平面内做匀速圆周运动。若飞机以150m上的

12、速度飞行，在该次水平转弯过程中向心加速度 为6g,取重力加速度差9.8加f，飞机水平转弯半径至少为多少？答案：382.7m 例4.向心加速度由向心力产生。下而请分析解决涉及圆周运动的一些动力学问题。如图，若水平圆 台转动的角速度3=06%外，质量为30袍的小孩坐在距离轴心加处随圆台一起转动。小孩的向心加速度为多大？小孩受到的静摩擦力为多大?答案：=0.36面2,户10SN例5.如图所示，两个质量不同的小球用长度不等的细线拴在同一点，并在同一水 平面内做匀速圆周运动，则它们的：（A ）A.周期相同B.线速度的大小相等C.细线的拉力大小相等D.向心加速度的大小相等例6-个内壁光滑的圆锥筒的轴线是竖直的，圆锥固定，有质量相同的两个小球乂和8 贴着筒的内壁在水平面内做匀速圆周运动，如图所示，H的运动半径较大，则（AC ） 工工球的角速度必小于3球的角速度艮a球的线速度必小于3球的线速度C月球运动的周期必大于8球运动的周期。.工球对筒壁的压力必大于