高中物理教科版必修21 曲线运动教案设计

这是一份高中物理教科版必修21 曲线运动教案设计，共6页。

本节先举例说明物体做圆周运动时有向心力的作用，然后通过牛顿第二定律推导向心力的公式，并用圆锥摆实验来验证向心力的表达式，理论与实践相结合，让学生体会科学之美，进一步激发学生学习物理的积极性。
教材中的“做一做”通过质疑向心力是否只能改变速度的大小，进一步明确合力和向心力的特点和关系，运动形式也从匀速圆周运动推广到变速圆周运动，进而扩展到一般曲线运动。教材在这里将矢量的独立性原理应用于分析变速圆周运动（包括运动的合成与分解、力的独立性原理等）。
这是圆周运动中很重要的一节，教师要善于利用已有知识让学生自己动手推导向心力公式和进行正确的受力分析，进而获取求向心力的思路和方法。
学生不仅要学会从线速度、角速度、周期等物理量来求向心力，还要会从本质，（即从物体受力分析角度）求向心力的来源，并灵活运用力的独立性原理来理解物体做一般曲线运动的原因。
教学目标
知识与技能
理解向心力的概念、公式及物理意义。
了解变速圆周运动的概念及受力特征。
了解研究一般圆周运动的方法。
过程与方法
自觉地将牛顿第二定律运用于圆周运动。
运用运动的合成与分解和力的独立性原理分析变速圆周运动。
情感、态度与价值观
在实验中培养分析、解决问题的能力，提高思维水平。
体会矢量独立性原理的应用，激发学习物理的兴趣。
重、难点
1.重点：
理解向心力的概念和公式
2.难点：
掌握有关向心力的来源和相关特点
教学设计
导入新课
通过复习上一节向心加速度的定义和公式：，引入向心力的概念，并根据牛顿第二定律推导出向心力的表达式。
匀速圆周运动的向心力
向心力为物体所受的合外力，即：
方向：始终与速度方向垂直，即始终沿半径方向指向圆心。
大小：
引导学生用圆锥摆粗略验证向心力的表达式
创设匀速圆周运动的情境
设计测量的计算方法
（设疑并思考）①如何求物体的向心力及其合力？②如何测相关的物理量？（实验器材、测量方法）
测量并计算物体所受的合力
（其中）
测量并计算物体做匀速圆周运动需要的向心力
或
（5）将和进行比较
（6）得出结论：
注意事项：
（1）小球运动时不能接触纸面，否则则不是圆锥摆
（2）为减少误差，测量周期T时用秒表测出n圈的总时间t，则
（3）h为悬点到轨道面的竖直高度，即运动小球的球心距悬点的竖直高度，，而非悬点距纸面的高度。
通过实验，引导学生思考生活中常见的圆周运动的向心力来源（多媒体课件）
月球围绕地球公转 （2）弯道跑 （3）花样滑冰 （4）车辆转弯等
说明：
向心力是按效果命名，而非额外所受一个力，受力分析不能画这个力
匀速圆周运动向心力合外力
向心力是变力，方向始终指向圆心
等式右边的向心力公式是确定的，解题关键是通过受力分析找到等式左边，即物体所受的合外力。
思考：
（如图）一物块随水平转盘匀速转动，分析其向心力的来源。有同学认为，物块m有向前运动的趋势，故静摩擦力的方向与相对运动趋势方向相反，即向后，而不是与运动方向垂直，因此向心力不可能是静摩擦力。这种观点对么？
O
vt
mg
FN
f静
分析：
如图：，而，当很小时，，故、、共线，即物块的相对运动趋势是沿半径向外，所以静摩擦力沿半径指向圆心。
变速圆周运动的向心力
1.定义：当沿圆周运动的物体所受的合力不指向圆心时，物体做变速圆周运动。
2.大小：
（变速圆周运动的向心力不是合外力，而是合外力沿半径方向的分力。）
O
Fn
Ft
v
F合
O
Fn
Ft
F合
v
（引导学生思考两个分力的作用）
切向力Ft ：垂直半径方向的分力，产生切向加速度，只改变速度的大小
向心力Fn ：沿着半径方向指向圆心的分力，产生向心加速度，只改变速度的方向
一般曲线运动
在现实生活中，我们所见到的运动轨迹既不是直线也不是圆周的曲线运动，可以称为一般曲线运动。
（引导学生思考）这种曲线运动各个地方的弯曲程度不同，我们该如何研究？
r1
r2
课堂小结：
向心力：
公式：
向心力是效果力
匀速圆周运动：
变速圆周运动的物体所受的合外力不指向圆心，切向的分力改变速度大小，半径方向的分力改变速度方向（提供向心力）
研究一般曲线运动可以采用圆周运动的分析方法。
板书设计
向心力
匀速圆周运动的向心力
定义
方向
大小
向心力的来源
变速圆周运动
定义
条件
向心力的来源
一般曲线运动
教案反思
向心力是比较抽象的概念，学生不太容易理解，在教学设计时应尽量采用一些生活中的现象和事例帮助其理解。本设计主要是通过多媒体展示，让学生分析生活中的圆周运动中向心力的来源，加深对向心力和合外力关系的理解，并把力的独立性原理应用于理解变速圆周运动和一般的曲线运动，教师应尽可能多地让学生多思考多讨论，充分体现以学生为主体的教学理念。