向心力与向心加速度教案

向心力与向心加速度教案     [教学知识与技能]
    1、理解向心加速度和向心力的概念
    2、知道向心力和向心加速度。通过实验探究向心力的大小与质量、角速度、半径的定量关系。
    3、知道在变速圆周运动中,可用上述公式求质点在圆周上某一点的向心力和向心加速度。
    4、能用牛顿第二定律分析匀速圆周运动的向心力,通过实例认识向心力的作用及来源。
    [过程与方法]
    1、 学会有关圆周运动的分析方法,培养理论联系实际的能力。
    2、 能从日常生活中发现与物理学有关的问题,并能从物理学的角度比较明确地表述发现问题。
    3、 尝试经过思考发表自己的见解,尝试运用圆周运动的规律解决一些与生产和生活相关的实际问题。
    [情感态度与价值观]
    1、 领略圆周运动的神奇和谐,发展对科学的好奇心与学习物理知识的求知欲。
    2、 乐于探究日常生活中的圆周运动所隐藏的物理规律,有将物理知识应用于生产和生活的意识。
    [教学重点]
    1、 理解向心力和向心加速的概念。
    2、 知道向心力大小F=mrω2= mν2/r,向心加速度的大小a= rω2= ν2/r,并
    能用来进行计算。
    [教学难点]
    1、 匀速圆周运动的向心力和向心加速度都是大小不变,方向在时刻改变。
    2、 理解向心力是按作用效果命名的效果力。
    [教学方法]:
    实验法、讲授法、归纳法、推理法
    [ 教学用具]:
    投影仪、多媒体、CAI课件、向心力演示器、钢球、铝球、细绳、印泥、白纸
    [教学过程]
    一、 引入新课
    1、 设置情景
    做"水流星"实验,并设下疑问:为什么盛水的杯子以一定的速度做圆周运动,水不从杯里洒出,甚至杯子在竖直面内运动到最高点时,杯口已经朝下,水也不会从杯里洒出来?
    2、 复习提问
    ⑴物体分别做直线运动、曲线运动时,所受的合外力F合与速度ν0存在什么关系?
    ⑵描述匀速圆周运动快慢的物理量有哪几个?这几个物理量有什么特点?
    3、 引入:由于匀速圆周运动的速度方向时刻在变,所以匀速圆周运动是变速曲线运动。而力是改变物体运动状态的原因。那么做匀速圆周运动的物体所受合外力有何特点?它的大小、方向各怎样呢?加速度有如何呢?本节课我们就来共同学习这个问题。
    二、 新课教学
    1、 概念
    ⑴向心力
    实验:
    ①、在光滑的水平玻璃板上做实验
    a、用手击小球,使小球做圆周运动
    b、当细铜丝从弹簧末端滑出时,小球沿着切线方向做匀速直线运动
    引导学生讨论、分析:当小球还没滑出去时,小球做什么运动,受到哪几个力的作用,合力是什么,有什么作用?
    ②在光滑的玻璃板上套有一张白纸,同时将上述的小球沾上印泥,重复以上实验,把在纸上留下的运动轨迹展示给学生看,同样提问上述问题,并引导学生回答
    ③通过讨论得到:做匀速圆周运动的物体受到一个指向圆心的合力的作用,这个力叫向心力。
    ⑵向心加速度
    ① 定义:做匀速圆周运动的物体在向心力作用下,必然要产生一个加速度,这个加速度叫向心加速度。
    ② 方向:总是沿着半径指向圆心。
    2、 向心力的大小
    让学生猜想向心力大小与哪些因素有关?
    实验研究F向与m、r、ω的关系
    ⑴实验方法:控制变量法
    ⑵介绍向心力演示的构造和使用方法
    (3)实验过程
    a:质量不同的钢球和铝球,当它们运动的半径r和角速度ω相同时,比较向心力的大小
    b:两个质量相同的小球,保持运动半径相同,观察向心力与角速度之间的关系
    c:两个质量相同的小球,保持小球运动的角速度相同,观察向心力的大小与运动半径之间的关系。
    实验表格
    二球相同的物理量 不同的物理量 观察结果
    1     r、ω     m m越大,F向越大
    2     m、ω     r r越大,F向越大
    3     m、r    ω ω越大,F向越大
    实验结论:F向随r、w、m的增大而增大
    (4)总结得到:向心力的大小与物体质量m、圆周半径r和角速度ω都有关系,且给出公式:F向=mrω2
    3、向心加速度:a= rω2
    向心力的大小还可以用F向=mν2/r来表达,同样向心加速度也可表示为
    a=ν2/r
    4、 速圆周运动的特点
    ⑴ν:大小不变,方向始终沿着各点的切线方向,是变速度
    ⑵F:大小不变,方向始终指向圆心,是变力
    它的作用效果:只改变速度的方向,不改变速度的大小
    ⑶a:大小不变,方向始终指向圆心,是变加速度
    它是表示物体速度方向改变快慢的物理量
    以上各点说明了匀速圆周运动是变加速运动
    指出:当w一定时,a∝r
    当v一定时,a∝1/r
    5、接下来请同学们思考以下3个问题:
    ⑴系着绳子的小球在水平面上做匀速圆周运动,其圆心在哪里,受到几个力的作用?向心力是什么?
    ⑵系着绳子的小球在竖直平面上做匀速圆周运动,小球在最高点、最低点的受力情况如何?
    (3)在圆柱筒内附有一物块,圆柱筒绕其轴线做匀速转动,则物块受到哪些力的作用?
    (4)使转台匀速转动,转台上的物体也随之做匀速圆周运动,转台与物体间没有相对滑动,物体受到哪些力的作用?向心力由什么提供的?
    讲评以上的3个问题,得出几点说明:
    ① 向心力的来源:做匀速圆周运动的物体所需要的向心力就是物体所受的合力
    ② a的方向不断变化,所以匀速圆周运动是瞬时加速度的方向不断变化的变速运动
    ③ 向心力是一个效果力,可以是一个力,也可能是几个力的合力或某个力的分力,不能认为物体受到一些力作用外,还另外受到向心力。
    板书设计
    §4.2  向心力  向心加速度
    一、概念
    1、向心力:质点做匀速圆周运动时,在任一的合力都沿着半径指向圆心,这个合力称为向心力。
    向心力是一个效果力
    2、向心加速度:
    方向:始终沿着半径指向圆心
    二、向心力的大小
    实验研究F向与m、r、ω的关系
    1、 验方法:控制变量法
    2、 实验过程
    3、 向心力的表达式:F向=mrω2=mν2/r
    三、向心加速度的表达式:a= rω2=ν2/r
    四、匀速圆周运动的特点:
    ⑴ν:大小不变,方向始终沿着各点的切线方向,是变速度
    ⑵F:大小不变,方向始终指向圆心,是变力
    它的作用效果:只改变速度的方向,不改变速度的大小
    ⑶a:大小不变,方向始终指向圆心,是变加速度
    它是表示物体速度方向改变快慢的物理量
    五、说明
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