向心力教学设计优质课

向心力教学设计

一、教学内容分析：

1.背景分析：

向心力是高中物理新课程必修2的内容，本节课是从动力学的角度研究匀速圆周运动的，这部分知识是本章的重点和难点，学好这部分知识，可以为后面的天体运动和带电粒子在匀强磁场中的运动打好基础。

应用分析：通过对本章节的教学可以提高学生把生活事例简化为物理模型的能力，复习旧知，强化受力分析能力，用学过的物理规律解释现实生活中的现象，提高学生学习兴趣。

2.结构分析：

教材先由向心加速度和牛顿第二定律引入向心力的概念，为了让学生对向心力有一个感性的认识，设计了“实验”栏目——“用圆锥摆验证向心力的表达式”。实际上，这个实验除了要验证向心力表达式以外，另外一个目的就是可以让学生体验到“向心力不是一个新的性质力，而是一个效果力”，也即让学生初步学会分析向心力的来源。最后分析一般曲线运动和变速圆周运动中的向心力。

二、学生情况分析：

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学生通过前面的学习，理解了质量、力与加速度的关系，了解了描述圆周运动的各个物理量及其关系，认识了匀速圆周运动指向圆心的向心加速度，并且学生已经经历了同学之间相互协作、相互讨论、相互交流及最后的成果展示的学习过程，具备了处理问题的一般思路方法：提出问题—分析问题—解决问题。

三、教学目标：

1.知识与技能

（1）了解向心力概念，知道向心力是根据力的效果命名的一种力。

（2）知道向心力大小与哪些因素有关，并能用来进行简单的情景计算。

（3）知道在变速圆周运动中，合外力的法向分力提供了向心力，切向分力用于加速。

（4）知道一般曲线运动的处理方法。

2.过程与方法

；

（1）通过对向心力概念的探究体验，让学生理解其概念的内涵。并熟悉

处理问题的一般方法：提出问题、分析问题、解决问题

（2）在验证向心力表达式的过程中，体会物理实验在处理问题中的作用。

（3）经历从匀速圆周运动到变速圆周运动再到一般曲线运动的研究过程，

让学生领会解决问题从特殊到一般的思维方法。并学会用力和运动的观

点来分析、解决问题。

3.情感态度价值观

（1）经历从自己提出问题到自己解决问题的过程，培养学生的问题意识及思维能力。

（2）经历从特殊到一般的研究过程，培养学生分析问题、解决问题的能力。

（3）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。

四、教学策略设计：

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2.教法与学法：

（1）教法：采用媒体展示，小实验展示，提出问题，演示过程，指导实验，总结结论，反馈评价。

（2）学法：独立观察、分析小结，发表见解，小组讨论，了解原理，动手操作实验，总结分析数据，验证理论，掌握理论，运用规律解决

其他实际问题。

3.教学媒体设计：

视频：水流星、花样滑冰转圈、飞车走壁，三个过程。

黑板：出示标题，例题讲解。

五、教学重点、难点

1．教学重点

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理解向心力的概念、公式及匀速圆周运动中供求关系，并能用来进行简单的判断计算。会分析向心力的来源

2．教学难点

理解向心力是一个效果力，会分析向心力的来源，理解匀速圆周运动中供求关系

六、教学过程

1．导入新课：

情景导入：观看视频：水流星、花样滑冰转圈、飞车走壁。

通过以上视频和动画的观看，让学生体会并重温什么样的运动是匀速圆周运动。更为重要的是，圆周运动的概念也比较自然地在学生头脑中回忆起来。

2．感知向心力（学生自己活动体验）

、

问题1：在课前实验活动中你观察到了什么现象

问题2：现在请同学们拿起准备好的一端系着钥匙的绳子，让它在水平面内做匀速圆周运动（注意安全），说出你感觉到了什么（感觉到绳子对手有力

的作用）

过渡语：由此可看出做匀速圆周运动的物体在指向圆心方向上存在力的作用。本节课我们就一起来探究这个力。

3. 推导向心力表达式：

问题1：匀速圆周运动的性质是什么（线速度大小不变、角速度不变（周期不变）的曲线运动。）

问题2：匀速圆周运动的向心加速度是如何定义的表达式是什么（匀速圆周运动是变速运动，所以有加速度，表达式a n=v2 /r=ω2 r）问题3：匀速圆周运动的向心加速度的物理意义是什么（描述做匀速圆周运动物体的线速度方向变化快慢的物理量）

问题4：牛顿第二定律的内容是什么（物体加速度的大小跟作用力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟作用力的方向相同，表达式：F=ma）（

问题5：把向心加速度的公式带人牛顿第二定律可得向心力的表达式公式：

F n =ma n= mrω2 = mv2 /r

4.寻找向心力（小组讨论，得出结论）

请同学们观看课件图片，回答：

问题1：行星绕太阳近似做什么运动为什么行星绕太阳做这种运动

回答：行星绕太阳近似做圆周运动并且是匀速圆周运动。太阳对行星有引力作用。

问题2：对上面的问题中做匀速圆周运动的物体受力分析且求出合力学生独立思考完成受力分析图

问题3：通过上面例子，总结归纳匀速圆周运动的受力特点

总结：定义：做匀速圆周运动的物体一定受到一个指向圆心的合力，这个合力叫做向心力。

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特点：方向：时刻发生变化（始终指向圆心且与速度方向垂直）

大小：F n = mrω2 = mv2 /r= mr(2π/T)2

作用：只改变线速度的方向不改变速度大小

过渡语：下面我们来更深层次的了解这个力。

5．认识向心力（总结归纳，交流评价）

问题1：对于向心力大小的表达，有的同学认为是：F n=F合；而有的同学根据牛顿第二定律又认为是：F n =ma n= mrω2 = mv2 /r 两个式子你认为哪个正确如果都正确请说出它们分别是从什么角度来建立（交流讨论，思考回答）

回答：两个式子都正确。

式子：F n=F合是从做匀速圆周运动的物体的受力角度分析了物体能提供的向心力。

！

式子：F n =ma n= mrω2 = mv2 /r是用描述匀速圆周运动的物理量描述了需要的向心力。

过渡语：对于这两个式子是否能够相等提供的合力是否就等于所需要的向心力需要实验来验证。

实验探究：（观察实验现象，记录实验数据，分析实验数据，得出实验结论）

实验目的：

F 合ma n = mr ω2 = mv 2 /r

实验原理：构造一个圆锥摆。一方面由受力分析得到向心力：测量小球的重力mg ，小球到选点的竖直高度h ，小球圆周运动的半径r 。 得出：

h

r mg

mg F ==θtan 合 一方面由小球所受的重力与绳拉力的合力计算提供的向心力：测量物体转动n

圈用的时间t 计算出周期T ，根据公式计算出角速度T πω2=根据向心力公式：r m F n 2ω=

根据数值验证公式r m mg 2tan ωθ=

;

实验器材：钢球、细线、画有同心圆的木板、秒表、直尺

观察实验现象记录实验数据

实验过程： a.组装仪器

b.圆锥摆摆动

c.物理量测量

d.数据记录

e.数据分析

~

实验结论：做匀速圆周运动的物体合力提供向心力。

向心力来源的几个实例分析：

(1)光滑水平面内做匀速圆周运动的小球（课件展示受力分析图）

(2)相对转盘静止，随转盘做匀速圆周运动的人（课件展示受力分析图）

(1)随圆桶一起匀速转动的物块（课件展示受力分析图）

(4)沿光滑漏斗或碗的内壁做匀速圆周运动的小球（课件展示受力分析图）通过实验及几个实例的分析，同学们讨论总结向心力的特点：

(1)向心力是根据效果命名的力，并不是一种新的性质的力。

.

(2)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。

(3)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

能说某个力或某几个力提供了向心力。

6．变速圆周运动和一般的曲线运动：（交流讨论，思考回答）

问题1：匀速圆周运动所受的合力充当向心力，方向始终指向圆心；如果一个沿圆周运动的物体所受的合力不指向圆心，还能做匀速圆周运动吗

多媒体课件展示链球加速圆周运动的图片及简化模型的受力分析图

总结：F t 切向分力，它产生切向加速度，改变速度的大小.

F n 向心分力，它产生向心加速度，改变速度的方向.

结论：同时具有向心加速度和切向加速度的圆周运动就是变速圆周运动，匀速圆周运动切向加速度为零。

·

问题2：对于本章我们研究的对象是曲线运动，而到目前为止我们已经研究了两种特殊的曲线运动──平抛运动和圆周运动，那对于一般的曲线运动，我们怎么去研究呢

如图所示：

…

处理一般曲线运动方法：

一般曲线小段圆弧圆周运动

课堂总结

问题：想想本节你都学到了哪些知识请自己总结一下。

课堂练习

1、关于向心力说法中正确的是（ B ）

A、物体由于做圆周运动而产生的力叫向心力；

—

B、向心力不改变速度的大小；

C、做匀速圆周运动的的物体所受向心力是不变的；

D、向心力是除物体所受重力、弹力以及摩擦力以外的一种新的力

2、用细线拴住一球做匀速圆周运动，下列说法中正确的是（BC ）

A、在线速度一定情况下，线越长越易断

B、在线速度一定情况下，线越短越易断

$

C、在角速度一定情况下，线越长越易断

D、在角速度一定情况下，线越短越易断

3、如图，半径为r的圆筒绕竖直中心轴转动，小橡皮块紧帖在圆筒内壁上，它与圆筒的摩擦因数为μ，现要使小橡皮不落下，则圆筒的角速度至少多大（设最大静摩擦力等于滑动摩擦力）

解析：小橡皮受力分析如图

小橡皮恰不下落时，有：

F f =mg

其中：F f =μF N

而由向心力公式：

！

F N =m ω2r 解以上各式得：

4、A 、B 两个物体放在旋转圆台上，动摩擦因数均为μ，A 的质量为m ，B 的质量为2m ，A 离轴为R/2，B 离轴为R ，则当圆台旋转时：(设A 、B 都没有滑动，如下图所示) ( AD )

A 、

B 的向心加速度是A 的向心加速度的两倍

B 、B 的静摩擦力是A 的静摩擦力的两倍

C 、当圆台转速增加时，A 比B 先滑动

D 、当圆台转速增加时，B 比A 先滑动

七、课后作业

*

必做：课本P25页26页问题与练习：1、2、3、5题。

选做：课本P26页问题与练习：4题。

八、板书设计

一、向心力

1、定义：做匀速圆周运动的物体一定受到一个指向圆心的合力，这个

合力叫做向心力。

2、方向：时刻发生变化（始终指向圆心且与速度方向垂直）

3、大小：F n = mr ω2 = mv 2 /r = mr(2π/T)2

4、作用：只改变线速度的方向不改变速度大小

5、 特点：(1)向心力是根据效果命名的力，并不是一种新的性质的力。

(2)向心力的来源：可以是弹力，引力，摩擦力等性质力，也

r g μω＝

可以是这些力的合力或分力。

(3)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，只能说某个力或某几个力提供了向心力。

二、变速圆周运动

1、定义：同时具有向心加速度和切向加速度的圆周运动就是变速圆

周运动。

2、特点：F t 切向分力，它产生切向加速度，改变速度的大小.

F n 向心分力，它产生向心加速度，改变速度的方向.

三、一般曲线运动

处理方法：一般曲线小段圆弧圆周运动

九、课后反思

本节课在“和谐高效、思维对话”的理念下展开，旨在以“问题引领”形式，启发学生思维、发动集体力量，克服学习困难。在实际操作中需要注意以下几个方面：

1．问题提出的必要性

提出的问题应该是学生学习中普遍存在的困惑，能激发学生更深入地思考或理解，为解决下一问题做好铺垫，而不是学生已有知识的简单反应。

2．问题设定的指向性

设定的问题应该有明确的指向，并能够被学生理解，以便学生在思考或讨论中有明确的目的。