物理必修 第二册第二节 向心力与向心加速度试讲课课件ppt

《向心力与向心加速度》教学设计

 教学目标：

1. 理解向心力和向心加速度，体会牛顿第二定律的普适性；
2. 通过分析具体情境中的向心力来源，培养学生建构模型的能力和科学推理能力；
3. 通过实验探究向心力的影响因素，培养学生科学探究能力；
4. 通过探究活动，让学生体会到成功的喜悦，培养学生学习物理的兴趣和理论联系实际的意识。

教学重点：

1. 向心力和向心加速度的概念；
2. 实验探究向心力的大小。

教学难点：

向心力的概念

教学方法：

结合“观察与思考”，让学生对向心力有感性认识，组织和指导学生进行实验探究，建构向心力的知识。

课时安排：2课时

情境引入：

游乐场里有各种有趣的游戏项目。空中飞椅因其刺激性而深

受很多年轻人的喜爱。飞椅与人一起做匀速圆周运动的过程中，受

到了哪些力？所受合力的方向有什么特点？

复习提问：物体做曲线运行的条件是什么？

新课教学：

一、感受向心力

物体做匀速圆周运动时的速度方向时刻在改变，即运动状态在不断变化。

【观察与思考】如图所示，绳子的一段系着一小球，另一端用手固定，让小球在近似光滑的桌面上做匀速圆周运动，

（1）此时牵绳的手有什么感觉？

（2）小球受到的合外力方向如何变化？

（3）松手后，小球还能继续做圆周运动吗？

1.   向心力：物体做匀速圆周运动时所受合外力的方向始终指向轨迹的圆心，这个指向圆心的合外力称为向心力
2.   说明：（1）方向：向心力的方向始终指向圆心，总是与线速度方向垂直，时刻发生变化；

（2）向心力只改变物体线速度的方向，不改变线速度的大小。

【讨论与交流】（1）请对旋转圆桌上的杯子进行受力分析，并讨论杯子做匀速圆周运动时向心力的来源。

杯子由静摩擦力提供向心力。

（2）请对游乐场里的空中飞椅进行受力分析，并讨论飞椅做匀速圆周运动时向心力的来源。

飞椅由重力和吊绳拉力的合力提供向心力。

总结：向心力是根据力的作用效果来命名，它可以由不同性质的力提供，也可以由某一力的分力或某些力的合力提供。

练习：（1）如图，在洗衣机圆桶内，有一件质量为m的衣服贴着内壁跟随桶做匀速圆周运动，请分析衣服的受力情况，并说明其向心力来源。

（2）如图所示，绳子的一段系着一小球，另一端用手拉住，让小球在水平面内做匀速圆周运动，请分析小球的受力情况，并说明其向心力来源。

二、探究影响向心力大小的因素

提出问题：匀速圆周运动的向心力大小与什么因素有关？

【实验与探究】

（1）介绍向心力演示器的原理；

（2）实验1：利用向心力演示器，定性探究影响匀速圆周运动向心力大小的因素；

猜想：影响匀速圆周运动向心力大小可能有哪些因素？

实验方法：控制变量法。

（3）实验2：利用向心力演示器，定量探究影响匀速圆周运动向心力大小的因素；

实验方法：控制变量法。

探究1：保持两个小球质量、转动半径相同，探究两个小球所受向心力与角速度之间的关系。

【思考问题】（1）如何保持和相同？

（2）如何使小球以不同的角速度运动？

记录数据：

实验结论：在质量和运动半径一定时，向心力的大小与角速度的平方成正比。

探究2：保持两个小球质量、角速度相同，探究两个小球所受向心力与转动半径之间的关系。

【思考问题】（1）如何保持和相同？

（2）如何使小球以不同的运动半径运动？

记录数据：

实验结论：在质量和角速度一定时，向心力的大小与运动半径成正比。

探究3：保持两个小球运动半径、角速度相同，探究两个小球所受向心力与小球质量之间的关系。

【思考问题】（1）如何保持和相同？

（2）如何使小球的质量不同？

记录数据：

实验结论：在运动半径和角速度一定时，向心力的大小与质量成正比。

总结：物体做匀速圆周运动时所受向心力的大小与质量、角速度和转动半径之间的关系：

将代入上式得：

说明：向心力公式不仅适用于匀速圆周运动，也适用于非匀速圆周运动。

【讨论与交流】利用线速度、角速度、周期、转速之间的关系，你还能推导出向心力的其他关系式吗？

三、向心加速度

根据牛顿第二定律：

1. 向心加速度的大小：或
2. 方向：指向圆心。

说明：（1）向心加速度公式不仅适用于匀速圆周运动，也适用于非匀速圆周运动。

（2）分析非匀速圆周运动时，向心加速度、线速度、角速度取瞬时值。

（3）角速度一定时，圆周运动的向心加速度与运动半径成正比；线速度一定时，圆周运动的向心加速度与运动半径成反比。

【讨论与交流】（1）利用线速度、角速度、周期、转速之间的关系，你还能推导出向心加速度的其他关系式吗？

（2）比较匀速圆周运动中的向心加速度和直线运动中的加速度，它们有什么区别？

练习1：自行车的大齿轮、小齿轮、后轮的半径不一样，它们的边缘有三个点A、B、C，如图所示。其中哪两个点向心加速度的关系适用于“向心加速度与运动半径成正比”，哪两个点适用于“向心加速度与运动半径成反比”，请说明理由。

练习2：如图所示，在长为的细绳下端栓一个质量为的小球，捏住绳子的上端，使小球在水平面内做圆周运动，细绳就沿圆锥面旋转，这样就成了一个圆锥摆。当绳子跟竖直方向的夹角为时，小球的向心加速度的大小是多少？通过计算说明：要增大夹角，应该增大小球运动的角速度。

解：以小球为研究对象，对小球进行受力分析，小球受到的向心力：

根据牛顿第二定律，小球的向心加速度为：

小球的运动半径为：

又有：

得到：

从上式可看成，角速度增大时，夹角增大，所以要增大夹角，应该增大小球运动的角速度。

课堂小结：

1、要理解向心力、向心加速度的概念。

2、要能够利用控制变量法探究向心力大小的决定因素。

3、能初步在实际问题中，分析出向心力的来源，计算向心力的大小。

课后作业：

第一课时：第2题

第二课时：第3题