人教版高中物理必修第二册：第6章第2节向心力教学设计

人教版高中物理必修2教学设计

课题向心力单元6学科物理年级高一

本节课是物理必修二第6章第2节内容，是在学生已经学习了匀速圆周运动，对匀速圆

周运动有了一定的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节课的学习。本节课从学生的实际出发，结合学生

教材前面所学知识，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

分析对具体问题的分析，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。最后把分析圆周运动的方法推广到研究一般的曲

线运动，在此过程中引导学生分析得出匀速圆周运动的加速度特点。本节知识在圆周运动部

分处于核心地位，既有定性结论，又有定量计算，知识要求较高。

一、教学目标

1、理解向心力的概念及其表达式的确切含义。

2、知道向心力的大小与哪些因素有关，并能用来进行计算。

教学3、知道在变速圆周运动中，可用上述公式求质点在某一点的向心力。

目标

二、核心素养

与核

物理观念：建立向心力的物理观念，掌握向心力的确切含义。

心素

养科学思维：在实验中，培养学生动手的习惯并提高分析问题、解决问题的能力。

科学探究：.通过向心力概念的学习，知道从不同角度研究问题的方法。

科学态度与责任：.经历科学探究的过程，领略实验是解决物理问题的一种基本途径，

培养学生实事求是的科学态度。

重点1、理解向心力的概念。

2、理解牛顿第二定律在圆周运动上的应用，会确定轨道平面、圆心及向心力。

难点向心力的确定和运用向心力、向心加速度的知识解释有关现象。

教学过程

教学环节教师活动学生活动设计意图

导入新课出示图片:勇敢者转盘;空中飞椅观看图片，思通过学生熟悉

勇敢者转盘，空中飞椅，它们与人一起做匀速考物体能够做的物理情景，便

圆周运动。匀速圆周运动于引发学生从

你知道它们在运动过程中所受合力的方向有的原因已有物理知识出

什么特点吗？发思考，引出新

这就是我们今天将要学习的问题。知

讲授新课一、向心力

做圆周运动的物体，其运动状态在不断变化，

说明物体一定受到了力的作用。

那么迫使物体做圆周运动的力的方向有何特

点呢？

思考与讨论:一个小球在细线的牵引下，绕光滑

学生思考讨论激发学生的思

桌面上的图钉做匀速圆周运动。小球受到哪几个力

学生代表发表维，充分调动学

作用？用剪刀将细线剪断，观察小球将做什么运

自己的见解。习的积极性。通

动？你认为使小球做圆周运动的力指向何方？

过学生发表见

解，培养学生语

言表达能力和分

研究小球所受合力的方向

析问题的能力。

FN与G相平衡，所以合力为F

小球受到重力，桌面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V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：Fn

2、方向：始终指向圆心(与v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。

学生分析物体学生掌握向心力

受力，说出什的来源

么力提供物体

做圆周运动的

如图：拉力和重力的合力提供物体做匀速圆周

向心力

运动向心力。

出示图片：地球绕太阳的运动

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。

飞椅与人一起做圆周运动的向心力Fn则是由

绳子斜向上方的拉力F和所受重力G的合力提

供的。

学生观看木块掌握向心力的来

木块随转盘一起做匀速转动视频

出示图片：木块随转盘一起做匀速转动随转盘一起做源

静摩擦力提供物体做匀速圆周的向心力。匀速转动视频

二、向心力的大小

思考:怎样研究向心力的大小与那些因素有

关？

向心力的大小我们可以先通过实验感受向心

力大小与圆周运动的一些运动学量之间的定性关

系，再通过实验，进一步探究向心力的大小与这些

量的定量关系。

做一做感受向心力

实验器材：绳子、小沙袋

实验步骤：

学生动手操培养动手能力和

（1）在绳子的一端拴一个小沙袋，另一端握

作，亲历实验团结协作的团队

在手中，将手举过头顶，使沙袋在水平面内做圆周

验证的过程，精神。

运动。沙袋所受的向心力近似等于手通过绳对沙袋

体验成功的乐

的拉力。

趣。

（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。

实验结论：做圆周运动的物体所受向心力的大

小与物体的质量、速度、轨道半径等因素有关系。

向心力的大小与物体的质量、速度、轨道半径

有什么样关系呢？

出示图片：向心力演示器

我们可以通过向心力演示器对此进行更深入

的研究。

做一做探究向心力大小的表达式

1、实验器材：向心力演示器、两个质量相同

的钢球和一个质量小的铝球。

向心力演示器

2、向心力演示器的构造学生观察向心为下面的实验顺

匀速转动手柄1、变速塔轮2和3、长槽4力演示器，掌利进行打下基础

和短槽5、横臂6、弹簧测力套筒7、标尺8。握向心力演示

3、原理器的构造

匀速转动手柄，使变速塔轮以及长槽和短槽

和槽内的的小球随之匀速转动，使小球做匀速圆周

运动的向心力由横臂的挡板对小球的压力提供。球

对挡板的反作用力，通过横臂的杠杆作用使弹簧测

力套筒下降，从而露出标尺。根据标尺上露出的

红白相间等分标记，可以粗略计算出两个球所受向

心力的比值。

4、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。观察套桶露出学生动手实验锻炼学生的动手

标度的格数，比较向心力的大小。并观看向心力总结能力

出示视频：向心力与质量关系与质量关系的

其他条件相同的条件下，质量越大，套桶露出视频，向心力

标度的格数越多，即向心力越大。与角速度的关

（2）向心力与角速度的关系系的视频，向

将两个质量相同的小钢球放在相同半径处。皮心力与半径的

带套在两个半径为2:1的塔轮上，转动手柄观察套关系的视频，

筒露出标度的格数，比较向心力的大小。并总结实验结

出示视频：向心力与角速度的关系论。

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。

精确的实验表明，向心力的大小可以表示为：

22

Fn＝mωr由：v=ωr得：Fn=mv/r

三、变速圆周运动和一般曲线运动的受力特点

1、加速、减速、改变速度方向

（1）加速：速度方向与力的方向相同

（2）减速：速度方向与力的方向相反

（3）力的方向与速度方向垂直，只改变速度

方向，不改变速度的大小。

2、变速圆周运动的特点

学生阅读课文锻炼学生的自主

如图：做圆周运动的沙袋正在加速转动。O是

说出变速圆周学习能力

沙袋运动轨迹的圆心，F是绳对沙袋的拉力。

运动的特点

根据F产生的效果，可以把F分解为两个相

互垂直的分力：跟圆周相切的分力Ft和指向圆心

的分力Fn。Ft与沙袋运动的速度同向，使得沙袋

的速度越来越大；Fn指向圆心，提供沙袋做圆周

运动所需的向心力，改变沙袋速度的方向。

学生思考讨论进一步理解变速

Fn改变速度的方向Ft改变速度的大小

并回答运动

思考与讨论:当物体做圆周运动的线速度逐渐

减小时，物体所受合力的方向与速度方向的夹角是

大于90°还是小于90°呢？

大于90°Ft与物体运动的速度反向，使得物

体的速度越来越小；Fn指向圆心，提供物体做圆

周运动所需的向心力，改变物体速度的方向。

3、一般的曲线运动

（1）定义：运动轨迹既不是直线也不是圆周

的曲线运动，可以称为一般的曲线运动。

（2）研究方法：采用圆周运动的分析方法来

阅读课文说出锻炼学生的自主

处理

一般的曲线运学习能力

动的定义和研

究方法

在研究时，可以把这条曲线分割为许多很短的

小段，质点在每小段的运动都可以看作圆周运动的

一部分。

这样，在分析质点经过曲线上某位置的运动

时，就可以采用圆周运动的分析方法来处理了。

课堂练习

1、用细线拴柱一球做匀速圆周运动，下列说学生练习巩固本节的知识

法中正确的是（）

A.在线速度一定情况下，线越长越易断

B.在线速度一定情况下，线越短越易断

C.在角速度一定情况下，线越长越易断

D.在角速度一定情况下，线越短越易断

答案:BC

2、如图所示，小物块A与圆柱保持相对静止，

跟着圆盘一起作匀速圆周运动，则A受力情况是受

（）

A．重力、弹力

B．重力、向心力

C．重力、弹力和摩擦力

D．重力、弹力、向心力和摩擦力

答案：C

3、关于向心力的下列说法正确的是()

A．物体由于做圆周运动而产生了一个向心力。

B．向心力只能改变做圆周运动的物体的速度

方向，不能够改变速度的大小。

C．做匀速圆周运动的物体其向心力指向圆心，

所以是恒力。

D．做匀速圆周运动的物体其向心力可以改变

线速度的大小。

答案：B

4、如图所示，一辆轿车正在水平路面上转弯，

下列说法正确的是()

A．水平路面对轿车弹力的方向斜向上

B．轿车受到的静摩擦力提供转弯的向心力

C．轿车受到的向心力是重力、支持力和牵引

力的合力

D．轿车所受的合力方向一定与运动路线的切

线方向垂直

答案：B

拓展提高

1、两个质量相同的小球，在同一水平面内做

匀速圆周运动，悬点相同，如图所示，A运动的半

径比B的大，则()

A．A所需的向心力比B的大

B．B所需的向心力比A的大

C．A的角速度比B的大

D．B的角速度比A的大

答案：A

2、质量为m的小球在竖直平面内的圆形轨道

的内侧运动如图所示，经过最高点而不脱离轨道的

速度临界值是v，当小球以2v的速度经过最高点时，

对轨道的压力值是（）

A、0B、mgC、3mgD、5mg

答案：C

3、在水平地面上，用水平拉力拉着木箱沿圆

弧匀速转弯，O点为圆心。能正确的表示拉力F及

木箱所受摩擦力f的图是（）

答案：B

课堂小结