6.2 向心力 教案
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文档简介
6.2 向心力
〖教材分析〗
向心力是按效果命名的力，不是按性质命名的，这比较容易让学生混淆。所以课本先从生活中的现象出发，由牛顿定律引入向心力。使用生活中常见的物品来做实验（小球），可以减少由于器材引起的困难，确保实验顺利开展，也能使学生感到科学就在身边，拉近对科学的亲近感。分析小球的实验后，就可以得出向心力的概念。特别注意向心力的特性——效果命名的力。通过演示实验，直接给出表达式。再到一般的曲线运动，让学生领会普遍性原则。
〖教学目标与核心素养〗
物理观念：了解向心力概念，理解向心力是根据力的效果命名的一种力，知道向心力大小的表达式并能用来进行简单运算。
科学思维：通过对变速圆周运动的理解，知道向心力是合力的一个分力，以及一般曲线运动可以看成圆的一部分的理解，拥有从普遍到特殊的原理。
科学探究：通过感受向心力，让学生理解其概念的内涵。
科学态度与责任：实例、实验紧密联系生活，拉近科学与学生的距离，使学生感到科学就在身边，调动学生学习的积极性，培养学生的学习兴趣。
〖教学重点与难点〗
重点：理解向心力的概念，掌握向心力的表达式。
难点：掌握有关向心力的来源及相关特点。
〖教学准备〗
多媒体课件，带绳子的小球、向心力演示仪等。
〖教学过程〗
一、新课引入
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？(播放动图）
二、新课教学
（一）向心力
做圆周运动的物体，其线速度的大小变化情况不是能够非常的肯定。但是线速度的方向是时刻改变着的。也就是说其运动状态在不断变化，根据牛顿第一定定律说明物体一定受到了力的作用。
问题1：物体做圆周运动的力的方向有何特点呢？
思考与讨论
一个小球在细线的牵引下，绕光滑桌面上的图钉做匀速圆周运动。用剪刀将细线剪断，观察小球的运动。你认为使小球做圆周运动的力指向何方？
同时播放动图，观察动图发现在绳子剪断瞬间，小球将沿着切线方向运动。我们也可以根据曲线圆周运动物体的瞬时速度是沿着切线方向，所以在绳子剪断瞬间，小球将沿着切线方向运动。
忽略小球运动时受到的阻力，对小球进行受力分析。观察这个受力分析图，知道FN与G相互抵消，在桌面上做匀速圆周运动的小球所受的合力为细线的拉力，拉力即为使小球做圆周运动的力。
观察我们发现这个合力的特点，根据拉力的特点，无论小球转到哪里，拉力总是指向圆心的。也就是这个合力总是指向圆心，且与速度方向垂直。
结论：做匀速圆周运动的物体所受的合力总指向圆心。
问题2：向心力具有怎么样的特点呢？
对于匀速圆周运动，向心力的方向总是指向圆心，而物体的运动方向总是沿切向方向，所以物体在运动方向始终不受力。没有力的作用速度的大小会变化吗？速度大小不会改变。
特点1：只改变线速度的方向，不改变线速度的大小。
播放匀速圆周运动动图，观察发现向心力的作用线的长短有没有变化。方向始终指向圆心。但是并不是是指向东向西的方向，所以
特点2：向心力的方向是时刻在变化的，:它是一个变力。
向心力，不是特指。它是按照力的效果命名的并不是像重力、弹力、摩擦力 那样作为具有某种性质的力来命名的。所以这里要注意的是向心力不是物体真实受到的一个力。不能说物体受到向心力的作用，只能说谁来提供向心力。
特点3：向心力是根据效果命名的力，并不是一种新的性质的力。
例如：地球绕太阳的运动可近似看作匀速圆周运动，太阳对地球的引力提供向心力。又比如刚才讲的光滑面上小球做圆周运动。受力分析后知道绳子拉力提供向心力。
课堂练习
例1.一个圆盘在水平面内匀速转动，此时物体受几个力的作用呢？
解题提示：对物块进行受力分析，受到竖直向下的重力G，还有水平面给物块的支持力FN，以及指向圆心的摩擦力f。指向圆心的力来提供向心力。而且向心力不能受力分析。所以：
特点4：向心力的来源：可以是重力、弹力、摩擦 力等各种性质的力，也可以是几个力的合力，还可以是某个力的分力。
物体做匀速圆周运动时，由合力提供向心力。例如在本节的“问题”所说的空中飞椅项目中，飞椅与人一起做圆周运动的向心力Fn则是由绳子斜向上方的拉力F和所受重力G的合力提供的。也可以把拉力分解后，说是拉力的分力提供的。
课堂练习
例2.把一个小球放在玻璃漏斗中，晃动漏斗，可以使小球沿光滑漏斗壁做在某一水平面内做匀圆周运动，小球的向心力由什么力提供？
解题提示：对物块进行受力分析，由合力提供向心力。支持力与重力的合力提供向心力，也可以说是支持力的水平分力提供向心力。
（二）向心力的大小
做一做
感受向心力。（阅读）在绳子的一端拴一个小沙袋（或其他小物体），另一端握在手中将手举过头顶，使沙袋在水平面内做圆周运动。此时，沙袋所受的向心力近似等于手通过绳对沙袋的拉力。换用不同质量的沙袋， 并改变沙袋转动的速度和绳的长度，感受向心力的变化。
思考：做圆周运动的物体所受向心力的大小与哪些因素有关系？
播放小球告诉运动的动图和亲自做演示实验，发现向心力的大小与绳子长度和沙袋质量，以及转速有关。
实验：探究向心力大小的表达式（阅读）
匀速转动手柄1,可以使.变速塔轮2和3以及长槽4和短槽5随之匀速转动，槽内的小球也随着做匀速圆周运动。使小球做匀速圆周运动的向心力由横臂6的挡板对小球的压力提供。球对挡板的反作用力，通过横臂的杠杆作用使弹簧测力套筒7下降，从而露出标尺8。根据标尺8上露出的红白相间等分标记，可以粗略计算出两个球所受向心力的比值。
用上面介绍的器材研究向心力大小与物体的质量、速度和轨道半径的关系 时，怎样才能在改变某个物理量时保持其他物理量不变？
播放实验动态图，经过对比分析后发现控制变量法可以探究向心力大小与什么因素有关。
精确的实验表明，向心力的大小可以表示为：
通过角速度与线速度关系v=wr，得
这两个式子中一个适用于轴动，另一个是传动。在通过角速度与周期的关系，得
课堂练习
例3.一个圆盘在水平面内 匀速转动，角速度是4rad/s盘面上距圆盘中心0.10 m的位置有一个质量为0.10 kg的小物体在随圆盘一起做匀速圆周运动
(1 )求小物体所受向心力的大小
解题提示：运用公式直接求解。
（三）变速圆周运动和一般曲线运动的受力特点
播放运动员掷链球动图。观察发现时,链球越来越快最后放手，刚开始链球的速度是零，且做圆周运动。
问题3：是不是说向心力改变了速度大小？
结合手握绳子使沙袋加速转动的体会，可以发现：我们使沙袋加速转动时， 绳子牵引沙袋的方向并不与沙袋运动的方向垂直。
如图根据F产生的效果，可以把F分解为两个相互垂直的分力：跟圆周相切的分力Ft和指向圆心的分力Fn,Ft与沙袋运动的速度同向，使得沙袋的速度越来越大；Fn指向圆心，提供沙 袋做圆周运动所需的向心力，改变沙袋速度的方向。同样的减速的情况也是如此。
思考与讨论
当物体做圆周运动的线速度逐渐减小时，物体所受合力的方向与速度方向的夹角是大90 ，还是小90 呢？
观察合力与速度的夹角，发现加速时夹角小于90 ，减速时夹角大于90 。
课堂练习
例4.一辆汽车在水平公路上转弯，沿曲线由M向N行驶，速度逐渐减小。甲乙丙丁分别画出了汽车转弯时所受的合力F的四种方向，你认为正确的是哪个？
解题提示：合力指向凹侧，排除甲和丁，M达到N速度减小，所以合力与速度方向夹角为锐角。故选丙。
问题4：如图这种运动轨迹既不是直线也不是圆周的曲线运动，怎么研究呢？
可以称为一般的曲线运动尽管这时曲线各个位置的弯曲程度不一样，但在研究时，可以把这条曲线分割为许多很短的小段，质点在毎小段的运动都可以看作圆周运动的一部分这样，在分析质点经过曲线上某位置的运动时, 就可以釆用圆周运动的分析方法来处理了。
播放动图感受一下这种出来方法。
〖板书设计〗
6.2向心力
向心力
做匀速圆周运动的物体所受到的指向圆心的合力。
①只改变线速度的方向，不改变线速度的大小。
②方向：始终指向圆心，与速度方向垂直，时刻发生变化，所以向心力是变力。
③向心力是根据效果命名的力，并不是一种新的性质的力。
④向心力的来源：可以是重力、弹力、摩擦力等各种性质的力，也可以是几个力的合力，还可以是某个力的分力。
二、向心力的大小
（传动）
（轴动）
三、变速圆周运动和一般曲线运动的受力特点
①变速圆周运动的物体受到的合外力F不是指向圆心，根据力F产生的效果可以分解为两个互相垂直的分力：跟圆周相切的分力Ft和指向圆心的分力Fn。
②Ft只改变速度大小， Fn只改变速度方向。
③把曲线分割为许多很短的小段，质点在每小段的运动都可以看做圆周运动的一部分。
〖教学反思〗
向心力是比较抽象的内容，因为它效果力，在高中阶段常用的就是向心力，它和学生熟悉的重力等性质力有着本质的区别。学生理解起来非常困难，因此在教学设计中尽量采用一些生活的事例，这样学生就比较好理解。也能够加强物理与生活的联系。
本课中让学生通过自己动手实验亲自感受拉力的变化，加强对向心力的理解。教学中应尽可能地让学生参与课题教学活动和课堂实验。但是感受向心力的实验具有一定危险，要注意把控。
〖教材分析〗
向心力是按效果命名的力，不是按性质命名的，这比较容易让学生混淆。所以课本先从生活中的现象出发，由牛顿定律引入向心力。使用生活中常见的物品来做实验（小球），可以减少由于器材引起的困难，确保实验顺利开展，也能使学生感到科学就在身边，拉近对科学的亲近感。分析小球的实验后，就可以得出向心力的概念。特别注意向心力的特性——效果命名的力。通过演示实验，直接给出表达式。再到一般的曲线运动，让学生领会普遍性原则。
〖教学目标与核心素养〗
物理观念：了解向心力概念，理解向心力是根据力的效果命名的一种力，知道向心力大小的表达式并能用来进行简单运算。
科学思维：通过对变速圆周运动的理解，知道向心力是合力的一个分力，以及一般曲线运动可以看成圆的一部分的理解，拥有从普遍到特殊的原理。
科学探究：通过感受向心力，让学生理解其概念的内涵。
科学态度与责任：实例、实验紧密联系生活，拉近科学与学生的距离，使学生感到科学就在身边，调动学生学习的积极性，培养学生的学习兴趣。
〖教学重点与难点〗
重点：理解向心力的概念，掌握向心力的表达式。
难点：掌握有关向心力的来源及相关特点。
〖教学准备〗
多媒体课件，带绳子的小球、向心力演示仪等。
〖教学过程〗
一、新课引入
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？(播放动图）
二、新课教学
（一）向心力
做圆周运动的物体，其线速度的大小变化情况不是能够非常的肯定。但是线速度的方向是时刻改变着的。也就是说其运动状态在不断变化，根据牛顿第一定定律说明物体一定受到了力的作用。
问题1：物体做圆周运动的力的方向有何特点呢？
思考与讨论
一个小球在细线的牵引下，绕光滑桌面上的图钉做匀速圆周运动。用剪刀将细线剪断，观察小球的运动。你认为使小球做圆周运动的力指向何方？
同时播放动图，观察动图发现在绳子剪断瞬间，小球将沿着切线方向运动。我们也可以根据曲线圆周运动物体的瞬时速度是沿着切线方向，所以在绳子剪断瞬间，小球将沿着切线方向运动。
忽略小球运动时受到的阻力，对小球进行受力分析。观察这个受力分析图，知道FN与G相互抵消，在桌面上做匀速圆周运动的小球所受的合力为细线的拉力，拉力即为使小球做圆周运动的力。
观察我们发现这个合力的特点，根据拉力的特点，无论小球转到哪里，拉力总是指向圆心的。也就是这个合力总是指向圆心，且与速度方向垂直。
结论：做匀速圆周运动的物体所受的合力总指向圆心。
问题2：向心力具有怎么样的特点呢？
对于匀速圆周运动，向心力的方向总是指向圆心，而物体的运动方向总是沿切向方向，所以物体在运动方向始终不受力。没有力的作用速度的大小会变化吗？速度大小不会改变。
特点1：只改变线速度的方向，不改变线速度的大小。
播放匀速圆周运动动图，观察发现向心力的作用线的长短有没有变化。方向始终指向圆心。但是并不是是指向东向西的方向，所以
特点2：向心力的方向是时刻在变化的，:它是一个变力。
向心力，不是特指。它是按照力的效果命名的并不是像重力、弹力、摩擦力 那样作为具有某种性质的力来命名的。所以这里要注意的是向心力不是物体真实受到的一个力。不能说物体受到向心力的作用，只能说谁来提供向心力。
特点3：向心力是根据效果命名的力，并不是一种新的性质的力。
例如：地球绕太阳的运动可近似看作匀速圆周运动，太阳对地球的引力提供向心力。又比如刚才讲的光滑面上小球做圆周运动。受力分析后知道绳子拉力提供向心力。
课堂练习
例1.一个圆盘在水平面内匀速转动，此时物体受几个力的作用呢？
解题提示：对物块进行受力分析，受到竖直向下的重力G，还有水平面给物块的支持力FN，以及指向圆心的摩擦力f。指向圆心的力来提供向心力。而且向心力不能受力分析。所以：
特点4：向心力的来源：可以是重力、弹力、摩擦 力等各种性质的力，也可以是几个力的合力，还可以是某个力的分力。
物体做匀速圆周运动时，由合力提供向心力。例如在本节的“问题”所说的空中飞椅项目中，飞椅与人一起做圆周运动的向心力Fn则是由绳子斜向上方的拉力F和所受重力G的合力提供的。也可以把拉力分解后，说是拉力的分力提供的。
课堂练习
例2.把一个小球放在玻璃漏斗中，晃动漏斗，可以使小球沿光滑漏斗壁做在某一水平面内做匀圆周运动，小球的向心力由什么力提供？
解题提示：对物块进行受力分析，由合力提供向心力。支持力与重力的合力提供向心力，也可以说是支持力的水平分力提供向心力。
（二）向心力的大小
做一做
感受向心力。（阅读）在绳子的一端拴一个小沙袋（或其他小物体），另一端握在手中将手举过头顶，使沙袋在水平面内做圆周运动。此时，沙袋所受的向心力近似等于手通过绳对沙袋的拉力。换用不同质量的沙袋， 并改变沙袋转动的速度和绳的长度，感受向心力的变化。
思考：做圆周运动的物体所受向心力的大小与哪些因素有关系？
播放小球告诉运动的动图和亲自做演示实验，发现向心力的大小与绳子长度和沙袋质量，以及转速有关。
实验：探究向心力大小的表达式（阅读）
匀速转动手柄1,可以使.变速塔轮2和3以及长槽4和短槽5随之匀速转动，槽内的小球也随着做匀速圆周运动。使小球做匀速圆周运动的向心力由横臂6的挡板对小球的压力提供。球对挡板的反作用力，通过横臂的杠杆作用使弹簧测力套筒7下降，从而露出标尺8。根据标尺8上露出的红白相间等分标记，可以粗略计算出两个球所受向心力的比值。
用上面介绍的器材研究向心力大小与物体的质量、速度和轨道半径的关系 时，怎样才能在改变某个物理量时保持其他物理量不变？
播放实验动态图，经过对比分析后发现控制变量法可以探究向心力大小与什么因素有关。
精确的实验表明，向心力的大小可以表示为：
通过角速度与线速度关系v=wr，得
这两个式子中一个适用于轴动，另一个是传动。在通过角速度与周期的关系，得
课堂练习
例3.一个圆盘在水平面内 匀速转动，角速度是4rad/s盘面上距圆盘中心0.10 m的位置有一个质量为0.10 kg的小物体在随圆盘一起做匀速圆周运动
(1 )求小物体所受向心力的大小
解题提示：运用公式直接求解。
（三）变速圆周运动和一般曲线运动的受力特点
播放运动员掷链球动图。观察发现时,链球越来越快最后放手，刚开始链球的速度是零，且做圆周运动。
问题3：是不是说向心力改变了速度大小？
结合手握绳子使沙袋加速转动的体会，可以发现：我们使沙袋加速转动时， 绳子牵引沙袋的方向并不与沙袋运动的方向垂直。
如图根据F产生的效果，可以把F分解为两个相互垂直的分力：跟圆周相切的分力Ft和指向圆心的分力Fn,Ft与沙袋运动的速度同向，使得沙袋的速度越来越大；Fn指向圆心，提供沙 袋做圆周运动所需的向心力，改变沙袋速度的方向。同样的减速的情况也是如此。
思考与讨论
当物体做圆周运动的线速度逐渐减小时，物体所受合力的方向与速度方向的夹角是大90 ，还是小90 呢？
观察合力与速度的夹角，发现加速时夹角小于90 ，减速时夹角大于90 。
课堂练习
例4.一辆汽车在水平公路上转弯，沿曲线由M向N行驶，速度逐渐减小。甲乙丙丁分别画出了汽车转弯时所受的合力F的四种方向，你认为正确的是哪个？
解题提示：合力指向凹侧，排除甲和丁，M达到N速度减小，所以合力与速度方向夹角为锐角。故选丙。
问题4：如图这种运动轨迹既不是直线也不是圆周的曲线运动，怎么研究呢？
可以称为一般的曲线运动尽管这时曲线各个位置的弯曲程度不一样，但在研究时，可以把这条曲线分割为许多很短的小段，质点在毎小段的运动都可以看作圆周运动的一部分这样，在分析质点经过曲线上某位置的运动时, 就可以釆用圆周运动的分析方法来处理了。
播放动图感受一下这种出来方法。
〖板书设计〗
6.2向心力
向心力
做匀速圆周运动的物体所受到的指向圆心的合力。
①只改变线速度的方向，不改变线速度的大小。
②方向：始终指向圆心，与速度方向垂直，时刻发生变化，所以向心力是变力。
③向心力是根据效果命名的力，并不是一种新的性质的力。
④向心力的来源：可以是重力、弹力、摩擦力等各种性质的力，也可以是几个力的合力，还可以是某个力的分力。
二、向心力的大小
（传动）
（轴动）
三、变速圆周运动和一般曲线运动的受力特点
①变速圆周运动的物体受到的合外力F不是指向圆心，根据力F产生的效果可以分解为两个互相垂直的分力：跟圆周相切的分力Ft和指向圆心的分力Fn。
②Ft只改变速度大小， Fn只改变速度方向。
③把曲线分割为许多很短的小段，质点在每小段的运动都可以看做圆周运动的一部分。
〖教学反思〗
向心力是比较抽象的内容，因为它效果力，在高中阶段常用的就是向心力，它和学生熟悉的重力等性质力有着本质的区别。学生理解起来非常困难，因此在教学设计中尽量采用一些生活的事例，这样学生就比较好理解。也能够加强物理与生活的联系。
本课中让学生通过自己动手实验亲自感受拉力的变化，加强对向心力的理解。教学中应尽可能地让学生参与课题教学活动和课堂实验。但是感受向心力的实验具有一定危险，要注意把控。