高中物理人教版 (新课标)必修26.向心力教案

教学设计：高中课程标准.物理（人教版）必修2            

主 备 人：鲁  江         学科长审查签名：王仕丰

一、内容及其解析

1、内容： ①．体会牛顿第二定律在向心力上的应用．

           ②．明确向心力的意义、作用、公式及其变形．

2、解析：向心力概念，向心力的大小和方向是本节的重难点，需要逐步深入的进行探究。

二、目标及其解析

1、知道向心力大小与哪些因素有关。理解公式的确切含义，并能用来进行计算。

思考题1：做匀速圆周运动的物体所受的向心力是恒力吗？

2、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和向心加速度。

思考题2：在变速圆周运动中，物体所受的合外力与向心力有什么关系？

三、教学问题诊断分析

向心力是找不到施力物体的，所以实际上向心力并不存在。向心力是按力的实际作用效果命名的。这是学生很难掌握的。

四、教学支持条件分析

本节需要教师在牛顿第二定律和曲线运动的基础上做深入的理论分析，结合现实生活的例子得出向心力公式。

五、教学过程设计

1、教学基本流程

复习牛顿第二定律和曲线运动→引入向心力的概念 →由学生阅读思考 → 得出向心力公式→ 练习、小结

2、教学情景

问题1：阅读教材 “实验”部分，思考下面的问题：

1、实验器材有哪些？

2、简述实验原理（怎样达到验证的目的）

3、实验过程中要注意什么？测量那些物理量（记录哪些数据）？

4、实验过程中差生误差的原因主要有哪些？

设计意图：通过实验我们还体会到，向心力并不是像重力、弹力、摩擦力那样具有某种性质的力来命名的。它是效果力，是按力的效果命名的。在圆锥摆实验中，向心力是小球重力和细线拉力的合力，还可以理解为是细线拉力在水平面内的一个分力。

问题2：说明以下几个圆周运动的实例中向心力是由哪些力提供的？

1、绳的一端拴一小球，手执另一端使小球在光滑水平面上做匀速圆周运动。

2、月球绕地球运转的向心力是什么力提供的？

3、在圆盘上放一个小物块，使小物块随圆盘一起做匀速圆周运动，分析小物块受几个力？向心力由谁提供？

结论：1、小球受重力、支持力、绳的拉力而做匀速圆周运动。由于竖直方向小球不运动，故重力、支持力合力为零，那么水平方向上的匀速圆周运动效果由水平面上的绳的拉力效果来提供.

2、月球和地球间的引力提供月球运转的向心力

3、小物块受重力、支持力和静摩擦力，静摩擦力提供向心力

设计意图：向心力是按力的作用效果命名的力，实际上并不存在。

问题3：向心力能改变速度的大小吗？为什么？

设计意图：向心力不能改变速度的大小，因为向心力的方向与速度方向垂直，只能改变速度的方向。

例题1、如图所示，在光滑的水平面上钉两个钉子A和B，相距20 cm.用一根长1 m的细绳，一端系一个质量为0.5 kg的小球，另一端固定在钉子A上.开始时球与钉子A、B在一直线上，然后使小球以2 m/s的速率开始在水平面内做匀速圆周运动.若绳子能承受的最大拉力为4 N，那么从开始到绳断所经历的时间是多少?

【解析】 球每转半圈，绳子就碰到不作为圆心的另一颗钉子，然后再以这颗钉子为圆心做匀速圆周运动，运动的半径就减少0.2 m，但速度大小不变（因为绳对球的拉力只改变球的速度方向）.根据F＝mv2／r知，绳每一次碰钉子后，绳的拉力（向心力）都要增大，当绳的拉力增大到Fmax＝4 N时，球做匀速圆周运动的半径为rmin，则有

Fmax＝mv2／rmin

rmin＝mv2／Fmax＝（0.5×22／4）m＝0.5 m.

绳第二次碰钉子后半径减为0.6 m，第三次碰钉子后半径减为0.4 m.所以绳子在第三次碰到钉子后被拉断，在这之前球运动的时间为：

t＝t1＋t2＋t3

＝πl／v＋π（l－0.2）／v＋π（l－0.4）／v

＝（3l－0.6）·π／v

＝（3×1－0.6）×3.14／2 s

＝3.768 s

【答案】 3.768 s

设计意图：需注意绳碰钉子的瞬间，绳的拉力和速度方向仍然垂直，球的速度大小不变，而绳的拉力随半径的突然减小而突然增大.

例题2、如图所示，水平转盘的中心有个竖直小圆筒，质量为m的物体A放在转盘上，A到竖直筒中心的距离为r.物体A通过轻绳、无摩擦的滑轮与物体B相连，B与A质量相同.物体A与转盘间的最大静摩擦力是正压力的μ倍，则转盘转动的角速度在什么范围内，物体A才能随盘转动.

【解析】 由于A在圆盘上随盘做匀速圆周运动，所以它所受的合外力必然指向圆心，而其中重力、支持力平衡，绳的拉力指向圆心，所以A所受的摩擦力的方向一定沿着半径或指向圆心，或背离圆心.

当A将要沿盘向外滑时，A所受的最大静摩擦力指向圆心，A的向心力为绳的拉力与最大静摩擦力的合力.即

F＋Fm ′＝mω12r           ①

由于B静止，故

F＝mg             ②

由于最大静摩擦力是压力的μ倍，即

Fm ′＝μFN＝μmg          ③

由①、②、③解得

ω1＝；

当A将要沿盘向圆心滑时，A所受的最大静摩擦力沿半径向外，这时向心力为：

F－Fm ′＝mω22r           ④

由②、③、④得ω2＝.

要使A随盘一起转动，其角速度ω应满足

≤ω≤

【答案】 ≤ω≤

设计意图：根据向心力公式解题的关键是分析做匀速圆周运动物体的受力情况；明确哪些力提供了它需要的向心力.

六、目标检测

1、向心力                                                   ，向心力是产生              的原因，它使物体速度的       不断改变，但不能改变速度的        。向心力是按            命名的力，它可由重力、弹力、摩擦力等提供，也可以是这些力的合力或它们的分力来提供。向心力大小的计算公式                                    。

2、力与运动的关系

 ①力与速度同一直线，力只改变速度       ，不改变速度       。

 ②力与速度垂直，力只改变速度      ，不改变速度      。

 ③力与速度成其它任意角度，                                   。

设计意图：强化对本节内容的理解和掌握

配餐作业

从下列三组题中任意选择两组题完成，建议选择AB或BC

A组题

1．一圆盘可以绕一个通过圆盘中心且垂直于盘面的竖直轴转动，在圆盘上放置一木块，当圆盘匀速转动时，木块随圆盘一起运动，那么…(    )

    A.木块受到圆盘对它的摩擦力，方向背离圆盘中心

    B.木块受到圆盘对它的摩擦力．方向指向圆盘中心

    C.因为木块与圆盘一起做匀速转动，所以它们之间没有摩擦力

D.因为摩擦力总是阻碍物体运动的，所以木块受到圆盘对它的摩擦力的方向与木块运动方向相反

2．关于匀速圆周运动的周期大小，下列判断正确的是…………………(    )

A．若线速度越大，则周期一定越小

B．若角速度越大，则周期一定越小

C．若半径越大，则周期一定越大

D．若向心加速度越大，则周期一定越大

设计意图：基础知识练习

B组题

1、如图所示，将一质量为m的摆球用长为L的细绳吊起，上端固定，使摆球在水平面内做匀速圆周运动，细绳就会沿圆锥面旋转，这样就构成了一个圆锥摆，则关于摆球A的受力情况，下列说法中正确的是（   ）

A．摆球受重力、拉力和向心力的作用     

 B．摆球受拉力和向心力的作用

C．摆球受重力和拉力的作用             

 D．摆球受重力和向心力的作用

2、如图所示，一个内壁光滑的圆锥形筒的轴线垂直于水平面，圆锥筒固定不动，有两个质量相等的小球A和B紧贴着内壁分别在图中所示的水平面内做匀速圆周运动，则以下说法中正确的是（   ）

A．A球的线速度必定大于B球的线速度

B．A球的角速度必定小于B球的线速度

C．A球的运动周期必定小于B球的运动周期

D．A球对筒壁的压力必定大于B球对筒壁的压力

计意图：提高学生对基础知识的理解、运用能力

C组题

1、如图所示，细绳的一端固定于O点，另一端系一个小球，在O点的正下方钉一个钉子A。让小球从一定高度摆下，经验告诉我们，当细绳与钉子相碰时，如果钉子的位置越靠近小球，绳就越容易断。请用圆周运动的知识加以论证。

2、如图所示，半径为R的半球形碗内，有一个具有一定质量的物体A，A与碗壁间的动摩擦因数为 ，当碗绕竖直轴 匀速转动时，物体A刚好能紧贴在碗口附近随碗一起匀速转动而不发生相对滑动，求碗转动的角速度．

设计意图：提高部分学生的能力

教学反思：