高一物理匀速圆周运动向心力

匀速圆周运动向心力一、教学目标1．物理知识方面：(1)理解匀速圆周运动是变速运动；(2)掌握匀速圆周运动的线速度、角速度、周期的物理意义及它们间的数量关系；(3)初步掌握向心力概念及计算公式。

2．通过匀速圆周运动、向心力概念的建立过程，培养学生观察能力、抽象概括和归纳推理能力。

3．渗透科学方法的教育。

二、重点、难点分析向心力概念的建立及计算公式的得出是教学重点，也是难点。

通过生活实例及实验加强感知，突破难点。

三、教具1．转台、小伞；2．细绳一端系一个小球(学生两人一组)；3．向心力演示器。

四、主要教学过程(一)引入新课演示：将一粉笔头分别沿竖直向下、水平方向、斜向上抛出，观察运动轨迹。

复习提问：粉笔头做直线运动、曲线运动的条件是什么？启发学生回答：速度方向与力的方向在同一条直线上，物体做直线运动；不在同一直线上，做曲线运动。

进一步提问：在曲线运动中，有一种特殊的运动形式，物体运动的轨迹是一个圆周或一段圆弧(用单摆演示)，称为圆周运动。

请同学们列举实例。

(学生举例教师补充)电扇、风车等转动时，上面各个点运动的轨迹是圆……大到宇宙天体如月球绕地球的运动，小到微观世界电子绕原子核的运动，都可看做圆周运动，它是一种常见的运动形式。

提出问题：你在跑400米过弯道时身体为何要向弯道内侧微微倾斜？铁路和高速公路的转弯处以及赛车场的环形车道，为什么路面总是外侧高内侧低？可见，圆周运动知识在实际中是很有用的。

引入：物理中，研究问题的基本方法是从最简单的情况开始。

板书：匀速圆周运动(二)教学过程设计思考：什么样的圆周运动最简单？引导学生回答：物体运动快慢不变。

板书：1．匀速圆周运动物体在相等的时间里通过的圆弧长相等，如机械钟表针尖的运动。

思考：匀速周圆运动的一个显著特点是具有周期性。

用什么物理量可以描述匀速圆周运动的快慢？(学生自由发言)板书：2．描述匀速圆周运动快慢的物理量恒量。

当t很短，s很短，即为某一时刻的瞬时速度。

线速度其实就是物体做圆周运动的瞬时速度。

当物体做匀速圆周运动时，各个时刻线速度大小相同，而方向时刻在改变。

那么，线速度方向有何特点呢？演示：水淋在小伞上，同时摇动转台。

观察：水滴沿切线方向飞出。

思考：说明什么？师生分析：飞出的水滴在离开伞的瞬间，由于惯性要保持原来的速度方向，因而表明了切线方向即为此时刻线速度的方向。

板书：方向：沿着圆周各点的切线方向。

如图3。

单位：rad/s。

(3)周期：质点沿圆周运动一周所用的时间。

如：地球公转周期约365天，钟表秒针周期60s等，周期长，表示运动慢。

(角速度、周期可由学生自己说出并看书完成)板书：(师生共同完成)思考：物体做匀速圆周运动时，v、ω、T是否改变？(ω、T不变，v大小不变、方向变。

)讲述：匀速周周运动是匀速率圆周运动的简称，它是一种变速运动。

提出问题：匀速圆周运动是一种曲线运动，由物体做曲线运动的条件可知，物体必定受到一个与它的速度方向不在同一条直线上的合外力作用，这个合外力的方向有何特点呢？学生小实验(两人一组)：线的一端系一小球，使小球在水平面内做匀速圆周运动。

小球质量很小(可用橡皮塞等替代)，甩动时线速度尽量大，小球重力与拉力相比可忽略，以保证拉线近似在水平方向。

观察并思考：①小球受力？②线的拉力方向有何特点？③一旦线断或松手，结果如何？(提问学生后板书并图示)概括：要使物体做匀速圆周运动，必须使物体受到与速度方向垂直而指向圆心的力作用，故名向心力。

板书：3．向心力：物体做匀速圆周运动所需要的力。

提出问题：向心力的大小跟什么因素有关？(学生自己设想，用刚才的仪器做小实验，凭感觉粗略体验。

学生经实验、讨论有了自己的看法后，自由发言。

)演示实验(验证学生的设想)：研究向心力跟物体质量m、轨道半径r、角速度ω的定量关系。

提问：实验时能否让三个量同时变。

保持两个量不变，使一个量变化。

实验装置：向心力演示器。

演示：摇动手柄，小球随之做匀速圆周运动。

提问：向心力由什么力提供？如何测量？小球向外压挡板，挡板对小球的反作用力指向转轴，提供了小球做匀速圆周运动的向心力，两力大小相等，同时小球压挡板的力使挡板另一端压缩套在轴上的弹簧，弹簧被压缩的格数可以从标尺中读出，即显示了向心力大小。

演示内容：①向心力与质量的关系：ω、r一定，取两球使m A=2m B观察：(学生读数)F A=2F B 结论：向心力F∝m②向心力与半径的关系：m、ω一定，取两球使r A=2r B观察：(学生读数)F A=2F B 结论：向心力F∝r③向心力与角速度的关系：m、r一定，使ωA=2ωB观察：(学生读数)F A=4F B 结论：向心力F∝ω2归纳：综合上述实验结果可知：物体做匀速圆周运动需要的向心力与物体的质量成正比，与半径成正比，与角速度的二次方成正比。

但不能由一个实验、一个测量就得到一般结论，实际上要进行多次测量，大量实验，但我们不可能一一去做。

同学们刚才所做的实验得出：m、r、ω越大，F越大；若将实验稍加改进，如课本中所介绍的小实验，加一弹簧秤测出F，可粗略得出结论(要求同学回去做)。

我们还可以设计很多实验都能得出这一结论，说明这是一个带有共性的结论。

测出m、r、ω的值，可知向心力大小为：F=mrω2。

反馈练习：①对于做匀速圆周运动的物体，下面说法正确的是：A速度不变；B速率不变；C角速度不变；D周期不变。

②如图7为一皮带传动装置，在传动过程中皮带不打滑。

试比较轮上A、B、C三点的线速度、角速度大小。

③物体做匀速圆周运动所需要的向心力跟半径的关系，有人说成正比，有人说成反比。

你对这两种说法是如何理解的？④(前后呼应)解释跑400m弯道时身体为何要倾斜等一类问题。

(火车拐弯要求课后看书)(三)课堂小结1．科学方法①点明建立概念的过程：是通过大量实例，概括抽象出本质的内容，即由个别到一般的思维过程。

②点明实验归纳的过程：必须经过多次实验，必须有足够的事实，由多个特殊的共同结论才能归纳出一般情况下的结论。

2．知识内容：(见板书)3．对向心力的理解：向心力并不是一种特殊性质的力，它的名称只是根据始终指向圆心这一作用效果来命名的。

下节课再进一步讨论。

五、说明1．向心力、向心加速度的讲授顺序。

向心力概念的建立有两条途径：一是先通过实验建立向心力概念，归纳出向心力公式，再推出向心加速度；二是先通过理论推导导出向心加速度，再推出向心力。

先讲加速度，理论推导严谨，又能训练学生的推理能力，但方法较抽象，对基础差的学生难度较大。

考虑到我所任班级学生的实际情况，我选用了先讲向心力，降低了难度，便于学生理解、接受，现行必修教材采用的也是这一顺序。

不足之处是：由于实验存在误差，只能粗略得出结论，而且课堂不可能做很多实验，实验归纳的事实不足。

解决的关键是尽量减小实验误差，补充实例，弥补实验事实不足的缺陷。

2．对向心力的教学，本节完成了感知、概括、定义，即完成了个别到一般的过程和简单的再认。

而进一步的再认即一般到个别，留待下节完成，所以本节对向心力的要求教学目标定为初步掌握。

超重和失重一、教学目标1．了解超重和失重现象；2．运用牛顿第二定律研究超重和失重的原因；3．培养学生利用牛顿第二定律分析问题和解决问题的能力。

二、重点、难点分析1．超重和失重在本质上并不是物体受到的重力发生了变化，而是物体在竖直方向有加速度时，物体对支持物的压力或拉力的变化，这一点学生理解起来往往困难较大。

让学生理解超重和失重的本质是本节课教学的重点之一，也是后面理解航天器中失重现象的基础。

2．超重和失重中物体对支持物的压力和拉力的计算，是牛顿第二定律应用的一个方面，也应作为本节教学的重点之一。

三、教具演示教具：超重和失重演示装置、弹簧秤、重物、细线、下面扎孔的可乐瓶、录像资料。

学生用具：弹簧秤、钩码、打点计时器用重锤、绣花线。

四、主要教学过程(一)引入新课看录像片《航天飞机上的失重现象》《失重物体的运动》。

提问：刚才所看到的录像片是在什么地方发生的？它向我们展示了一种什么现象？这里给我们展示了失重现象，是在航天飞机中发生的。

航天飞机在起飞中产生了超重现象，在太空中又产生了失重现象。

超重和失重是怎么产生的呢？这就是我们这节课研究的内容。

(二)教学过程设计板书：十、超重和失重我们先来研究一下超重现象。

板书：1．超重现象实验：介绍装置，架子上有两个滑轮，两边挂有重物。

我们取左边的重物加以研究，重物静止时，弹簧秤的示数大小等于物体所受的重力，物体对弹簧秤的拉力等于物体所受的重力。

放手后物体做向上的加速运动，我们再观察弹簧秤示数的变化。

提问：看到了什么现象？弹簧秤的示数增大，物体对绳的拉力增大。

以上实验可以用更简单的装置来完成，只不过观察时的效果稍差一些。

弹簧秤下挂一重物，物体静止时，弹簧秤的示数等于物体所受的重力。

当物体向上做加速运动时，弹簧秤的示数大于物体所受的重力，物体对绳的拉力大于物重。

学生小实验：细线拉重锤(绣花线、打点计时器用重锤)。

线系在重锤上，缓慢拉起，再让重锤做向上的加速运动，线断。

分析原因：取物体为研究对象，T-G=ma，T-mg=ma，弹簧秤的拉力为T=mg+ma=m(g+a)讨论：(1)物体做向上的加速运动时，弹簧对物体的拉力大于物体静止时的拉力，T＞mg，物体对弹簧的拉力大于物重。

举例：起重机在吊起重物时，有经验的司机都不让物体的加速度过大是什么原因？(2)学生列举生活中的感受：电梯向上起动时，电梯对人的支持力大于静止时的支持力，同样人对电梯的压力也大于物重；电梯下降刹车时也一样。

只要物体的加速度方向是向上的，就会产生以上现象。

提问：在电梯中放一弹簧测力秤，人站在上面。

当电梯向上加速度运动时秤的示数怎样变化？(3)整理公式：T=m(g+a)=mg′，g′叫做等效重力加速度，g′＞g。

站在电梯里的人在电梯向上加速或向下减速时，人对电梯的压力大于人的重力，好像是重力加速度g增大了。

火箭起飞时有很大的向上的加速度，内部发生的是超重现象。

当物体存在向上的加速度时，它对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)大于物重的现象叫做超重现象。

发生超重现象时，物重并没有变化。

2．失重现象实验：重物静止时，弹簧秤的示数大小等于物体所受的重力，物体对弹簧秤的拉力等于物体所受的重力。

放手后物体做向下的加速运动，我们再观察弹簧秤示数的变化。

提问：看到了什么现象？弹簧秤的示数减少，物体对支持物的拉力减小。

学生实验：观察感受失重现象。

弹簧秤下挂一重物，物体静止时，弹簧秤的示数等于物体所受的重力。

当物体向下做加速运动时，弹簧秤的示数小于物体所受的重力。

(注意对减速时的示数增大的解释。

)取物体为研究对象，G-T=ma，弹簧秤的拉力为T=mg-ma=m(g-a)讨论：(1)物体做向下的加速运动时，弹簧对物体的拉力小于物体静止时的拉力，T＜mg，物体对弹簧的拉力小于物重。