向心力教學設計設計思想本節知識在圓周運動部分處于核心地位，既有定性結論，又有定量計算，知識要求較高。本節教案從學生的實際出發，結合本章前2節圓周運動的知識，注重創設物理背景，應用牛頓第二定律，初步得出向心力的大小；引導學生對具體問題的分析，解決向心力來源問題；通過學生自己動手實驗，驗證向心力公式，并分析得到影響向心力的因素。這個過程中加強學生的活動，使學生充分思考討論、大膽猜想，敢于提出自己的想法，逐漸提高科學素養。把分析圓周運動的方法推廣到研究一般的曲線運動，在此過程中引導學生分析得出勻速圓周運動的加速度特點。教學目標知識與技能：理解向心力的概念及其表達式的確切含義．知道向心力的大小與哪些因素有關，并能用來進行計算．知道在變速圓周運動中，可用上述公式求質點在某一點的向心力和向心加速度．過程與方法：從牛頓第二定律和向心加速度公式推出向心力公式，并通過圓錐擺實驗粗略驗證向心力的表達式．通過教材上“做一做”中的實驗，得到影響向心力大小的因素。進一步體會力是產生加速度的原因，并通過牛頓第二定律來理解勻速圓周運動、變速圓周運動及一般曲線運動的各自特點．情感態度與價值觀：在實驗中，培養學生動手的習慣并提高分析問題、解決問題的能力．感受成功的快樂．體會實驗的意義，激發學習物理的興趣．教學重點牛頓第二定律在圓周運動上的應用．明確向心力的意義，會確定軌道平面、圓心及向心力．教學難點如何確定向心力以及影響向心力的因素．如何運用向心力、向心加速度的知識解釋有關現象．教學資源多媒體展臺、圓錐擺、小球、細繩等實驗儀器教法設計講授探究式、合作探究式、實驗探究式教學過程教師活動學生活動設計意圖[新課導入]前面兩節課，我們學習、研究了圓周運動的運動學特征，得到了勻速圓周運動向心加速度的表達式．根據牛頓第二定律，產生向心加速度的原因一定是物體受到了指向圓心的合力，這個合力就叫做向心力。這節課我們就來學習物體做圓周運動的動力學特征——向心力．[新課教學]一、向心力A．向心力的大小問：請同學們閱讀教材“向心力”部分，思考并回答以下問題，1．舉出幾個物體做圓周運動的實例，并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出勻速圓周運動的向心力表達式．請同學們把剛才由牛頓第二定律推出的向心力的表達式展示出來．投影學生推出的向心力表達式：FN=mv2/rFN=mrω2[課堂訓練]例題：長為l=40cm的細繩，一端拴一個質量m=0.20kg的小球，在光滑的水平桌面內繞繩的另一端做勻速圓周運動。若小球繞圓心轉動的角速度ω=rad/s，求繩對小球的拉力多大？ωωOB．向心力的方向問：我們剛才在圓周運動中通過應用牛頓第二定律得到了向心力的大小的表達式，而力是矢量，既有大小又有方向，那么現在請大家思考一下向心力的方向指向哪里？教師指引性地給出結論：圓周運動是變速運動，有加速度，故做圓周運動的物體一定受到力的作用．而我們知道做勻速圓周運動的物體具有向心加速度，根據牛頓第二定律，這個加速度一定是由于它受到了指向圓心的合力的作用．這個合力叫做向心力．C．向心力的作用效果問：我們現在已經知道向心力的大小和方向，那么這個向心力起到什么樣的作用呢？（引導）大家可以猜想一下，做圓周運動的物體如果突然不受力了，物體會怎么運動?（可以鼓勵同學用手邊的東西做小實驗，例如轉動鑰匙繩）對剛才同學們的答案進行分析總結并做出評價，指出這樣的情況下，物體會遠離圓心飛出去。也就是說：物體在受到向心力作用時做圓周運動；如果向心力突然消失，物體會飛出去。這說明向心力的作用效果就是使物體圍繞圓心做圓周運動。二、實驗：用圓錐擺粗略驗證向心力的表達式我們已經知道了向心力的計算公式，下面來驗證一下這個表達式。請同學們閱讀教材“實驗”部分，思考下面的問題：簡述實驗是如何達到驗證的目的．實驗過程中要注意什么?如何保證小球在水平面內做穩定的圓周運動？需要測量哪些物理量?實驗過程中產生誤差的原因主要有哪些?請學生認真閱讀教材，思考并回答問題，教師聽取學生的見解，點評、總結．教師巡視并指導學生完成實驗，及時發現并記錄學生實驗過程中存在的問題．教師聽取學生匯報驗證的結果，引導學生對實驗的可靠性作出評估．[發展思維]前面同學們已經舉出很多圓周運動的例子，那么大家想想這些圓周運動中向心力是由哪些力提供的？（給出幾個典型的圓周運動的例子：圓錐擺、馬戲團中做“籠中飛車”的摩托車；用繩子系著的小球在光滑桌面上做圓周運動等等）參考答案：圓錐擺實驗中向心力是由拉力和重力的合力提供的；摩托車的向心力由摩托車的重力和籠子對摩托車的支持力的合力提供；小球的向心力由繩子的拉力提供。從這幾個例子可以看出：向心力并不是像重力、彈力、摩擦力那樣作為具有某種性質的力來命名的。它是根據力的作用效果命名的。向心力可以由某一個力來提供，也可以由幾個力的合力提供，或者也可以由某個力的分力提供。[課堂訓練]說明以下幾個圓周運動的實例中向心力是由哪些力提供的．(師生互動)1．繩的一端拴一小球，手執另一端使小球在光滑水平面上做勻速圓周運動．2．火星繞太陽運轉的向心力是什么力提供的?3．在圓盤上放一個小物塊，使小物塊隨圓盤一起做勻速圓周運動，分析小物塊受幾個力，向心力由誰提供．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動．由于豎直方向小球不運動，故重力、支持力合力為零，那么水平方向上的勻速圓周運動由水平面上的繩的拉力來提供．2．解析：火星和太陽間的萬有引力提供火星運轉的向心力．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．[實驗探究]影響向心力的因素請同學們兩人一組，完成課本第54頁“做一做”欄目中的實驗，自己感受向心力的大小．在該實驗中應用控制變量法，分別做了以下情況：保持小球的線速度不變，感受不同運動半徑下繩子的拉力；保持小球的角速度不變，感受不同運動半徑下繩子的拉力。提出問題：通過這個實驗，請大家思考一下影響向心力大小的因素是什么？三、變速圓周運動和一般曲線運動1、變速圓周運動我們知道力是改變物體運動狀態的原因，那么在圓周運動中向心力是如何改變物體的運動狀態的？把做變速圓周運動物體所受的合力沿切線方向和法向方向正交分解，得到一個切向的分力和一個法向的分力。切向分力產生圓周切線方向的加速度（切向加速度），法向分力產生向心加速度。向心加速度的特點：始終與速度方向垂直，其表現就是速度方向的改變。即向心加速度只負責速度的方向變化。切向加速度的特點：始終與速度方向平行，其表現就是速度大小的改變。即切向加速度只負責速度的大小變化。問：請同學思考，勻速圓周運動的加速度和受力情況應該具有什么樣的特點？答案：做勻速圓周運動的物體只有向心力和向心加速度，且大小不變。2、一般曲線運動問：對于做一般曲線運動的物體，我們可以用怎樣的分析方法進行簡化處理?請同學們閱讀教材發表自己的見解．同時再與剛才研究的變速圓周運動去進行對比．[課堂訓練]例題：若最大靜摩擦力f0，物體質量為m，距離軸的距離為R，為保證物體相對圓盤靜止，則圓盤的角速度是多少?ff0[課后思考]如下圖所示，水平轉盤的中心有個豎直小圓筒，質量為m的物體A放在轉盤上，A到豎直筒中心的距離為r，物體A通過輕繩、無摩擦的滑輪與物體B相連，B與A質量相同．物體A與轉盤間的最大靜摩擦力是正壓力的μ倍，則轉盤轉動的角速度在什么范圍內，物體A才能隨盤轉動?說明：根據向心力公式，解題的關鍵是分析做勻速圓周運動物體的受力情況；明確哪些力提供了它需要的向心力．[小結]請同學們概括總結本節課的內容．投影展示出幾個學生的課堂小結，同時引導同學們分析，討論，并與各自的小結進行對比，看看誰總結得好，并把自己的體會寫下來．最后老師給出總結。學生回答向心加速度的兩個表達式學生認真閱讀教材，列舉并分析實例，體會向心力的作用效果，并根據牛頓第二定律推導出勻速圓周運動的向心力表達式．學生根據自己的生活常識能給出正確答案，即物體會飛出去。甚至可能會有同學說物體做離心運動。1）實驗通過用秒表記錄鋼球運動若干圈的時間，可以得到鋼球的線速度；鋼球的質量可以用天平稱出；用直尺可以測出小球在平面內做圓周運動的半徑。把以上三個物理量代入向心力表達式就可以得出小球所受的向心力大小。另外通過對小球進行受力分析可知小球受到的向心力是由小球的重力和繩子對小球的拉力的合力提供的。通過應用三角形關系可以求出向心力大小。比較此向心力與上面求得的向心力，在誤差范圍內是相等的。驗證了向心力公式的正確性。學生按照“做一做”欄目中的實驗介紹，獨立操作，在實驗中去體驗影響向心力的變化情況．復習引入新課通過課堂隨練，使學生掌握并能應用向心力公式進行計算。通過讓學生思考并發表見解，培養學生的語言表達能力和分析問題的能力．使學生知道向心力的作用效果。讓學生親歷實驗過程．體驗成功樂趣．培養動手能力和團隊協作精神．同時又加深了對向心力表達式的理解。通過實例分析，達到鞏固所學知識的目的．通過實驗，增強學生的感性認識，同時激發學生學習物理學的興趣．對學生注重物理學方法的教育．總結課堂內容，培養學生概括總結能力．教師要放開，讓學生自己總結所學內容，允許內容的順序不同，從而構建他們自己的知識框架．板書設計第七節向心力一