一名优秀的教师就要对每一课堂负责,高中教师要准备好教案,这是教师工作中的一部分。教案可以让学生能够听懂教师所讲的内容,帮助高中教师营造一个良好的教学氛围。优秀有创意的高中教案要怎样写呢?以下是小编为大家收集的“向心力的实例分析”供大家借鉴和使用,希望大家分享!
向心力的实例分析学案
【学习目标】
(1).知道向心力是使物体产生向心加速度的原因.
(2).会在具体问题中分析向心力的来源,并能初步应用公式计算.
(3).能理解运用匀速圆周运动的规律分析和处理生产和生活中的具体实例.
(4).知道向心力和向心加速度的公式也适用于变速圆周运动,会求变速圆周运动中物体在特殊点的向心力和向心加速度.
【学习重点】会在具体问题中分析向心力的来源,并结合牛顿运动定律求解有关问题.
【学习难点】
1.具体问题中向心力的来源.
2.对变速圆周运动的理解和处理.
【学习过程】
一、复习提问
提问1:做匀速圆周运动的物体有什么特点?
提问2:做匀速圆周运动的物体的向心力就是物体受到的合外力,那么什么样的力可以提供或充当向心力呢?
提问3:向心力是一种实际存在的力吗?在受力分析中如何处理向心力?在实际问题中又如何确定向心力的大小呢?
展示生活中的圆周运动实例的图片或影片,生活中有很多物体在做圆周运动,他们的向心力是由哪些力来提供呢?这节课我们结合生活中一些具体的问题来分析向心力的来源问题。
二、新课学习
(一)、火车转弯问题
1.分析火车在平直轨道上匀速运动时受什么力?
2.如果火车在水平面内转弯时情况又有何不同呢?。
3.火车转弯做的是一段圆周运动,需要有力来提供火车做圆周运动的向心力,而平直路前行不需要.那么火车转弯时是如何获得向心力的?
4.高速行驶的火车的轮缘与铁轨挤压的后果会怎样?
如何解决这一实际问题?结合学过的知识加以讨论,提出可行的解决方案,并画出受力图,加以定性说明.
交流与讨论
学生发挥自己的想象能力,结合知识点设计方案.结合受力图发表自己的见解……
设计的方案:
5.运用刚才的分析进一步讨论:火车转弯时的速度多大时才不至于对内外轨道产生相互挤压?
选择合适的弯道倾斜角度,使向心力仅由支持力FN和重力G的合力F合提供:
F向=mv02/r=F合=mgtanθ
v0=
讨论:
(1)当v=v0,F向=F合内外轨道对火车两侧车轮轮缘都无弹力。
(2)当vv0,F向F合外轨道对外侧车轮轮缘有弹力。
(3)当vv0,F向F合内轨道对内侧车轮轮缘有弹力。
6.提问:要使火车转弯时损害最小,对行驶的速度有什么要求?
〖拓展应用〗
1.解释下列现象:
(1).为什么高速公路弯道处外高内低,超速车道比主车道更倾斜?
(2).在场地自行车比赛中,为什么比赛路面也是外高内低,
(3).飞机要在空中实施水平转弯,应该怎样飞行?
(4).汽车在水平面内转弯是什么力提供向心力?
(二)、汽车过拱形桥(只限在最高点)
分析汽车过桥的特点
1.汽车过桥时做什么运动?在最高点汽车受什么力的作用?什么力提供汽车做圆周运动的向心力?
投影问题情境:质量为m的汽车在拱形桥上以速度v行驶,若桥面的圆弧半径为R,试画出受力分析图,分析汽车通过桥的最高点时对桥的压力.通过分析你可以得出什么结论?汽车在桥顶出现什么现象?
2.当汽车对桥的压力刚好减为零时,汽车的速度有多大,当汽车的速度大于这个速度时,会发生什么现象?
3.分析汽车通过凹形桥最低点时,汽车对桥的压力比汽车的重力大些还是小些?
4.刚才同学们分析了汽车在拱形桥最高点和凹形桥的最低点的情形,如果汽车不在拱形桥的最高点或最低点,前面的结论还是否能用?如果不能直接运用,又如何来研究这一问题呢?
〖拓展应用〗
下面请同学看影片回答问题
1、杂技”水流星”在通过最高点时为什么水没有流出来?
2、演示小球过“山车”,学生求小球过“山车”在竖直平面内做圆周运动的最高点最小速度(知小球过“山车”在竖直平面内做圆周运动的半径为R)
3、满足什么条件如图所示的翻滚过山车就不会从最高点掉不下来?
4、思维拓展-------思考与讨论
地球可以看做一个巨大的拱形桥。汽车沿南北行驶,不断加速。请思考:会不会出现这样的情况。速度大到一定程度时,地面对车的支持力是零,此时汽车处于什么状态?驾驶员与座椅间的压力是多少?驾驶员躯体各部分间的压力是多少?驾驶员此时可能有什么感觉?
[课堂训练]
例:一辆质量m=2t的小轿车,驶过半径R=90m的一段圆弧形桥面,求:
(1)若桥面为凹形,汽车以20m/s的速度通过桥面最低点时,对桥面压力是多大?
(2)若桥面为凸形,汽车以l0m/s的速度通过桥面最高点时,对桥面压力是多大?
(3)汽车以多大速度通过凸形桥面顶点时,对桥面刚好没有压力?
【课堂小结】
本节课通过一些具体的实例探究了物体在水平面内和竖直平面内作圆周运动的运动规律,知道了在具体圆周运动中如何来确定向心力。用向心力公式求解问题时的解题步骤如何?
(1)明确研究对象,确定它在哪个平面内做圆周运动,找到圆心和半径;
(2)确定研究对象在某个位置所处的状态,进行具体的受力分析,分析哪些力提供了向心力;
(3)根据牛顿第二定律,以及向心力公式列方程;
(4)解方程,对结果进行必要的讨论。
【阅读资料】
海南汽车试验场
海南汽车试验场内环境优美,花香鸟语,各种试验道路纵横交错,形成一道独特的风景线。其中,高速性能试验跑道尤为特别,它全长6公里,是我国最长的高速试车道,南北两个环道有如两个环型墙壁绕成一圈,跑道两边高差达5米多,有两层楼高,路面与地平面的夹角成43度多,当汽车在上面驾驶时,有如飞车走壁一般,真叫人惊叹不已。
有机会乘上试验车在高速跑道上奔驰一圈,感受更为奇妙:从车内往外看,车好象是贴着斜壁,如履平地,疾走如飞;而此时乘客的感觉,象是被一股力量紧紧地吸住,如果挥动双手将有一种沉重感,这种感觉是在一般跑道上无法感受到的。
4.2《向心力与向心加速度》学案
【学习目标】
(一)知识与技能
1、理解向心加速度和向心力的概念
2、知道向心力、向心加速度与线速度、角速度的关系式。
3、能够运用向心力公式求解有关问题。
【学习重点】
理解匀速圆周运动中加速度的产生原因,掌握向心力的确定方法和计算公式。
【知识要点】
1.向心力
(1)大小:
(2)方向:总指向圆心,时刻变化
(3)“向心力”是一种效果力。任何一个力,或者几个力的合力,或者某一个力的某个分力,只要其效果是使物体做圆周运动的,都可以作为向心力。“向心力”不一定是物体所受合外力。做匀速圆周运动的物体,向心力就是物体所受的合外力,总是指向圆心。做变速圆周运动的物体,向心力只是物体所受合外力在沿着半径方向上的一个分力,合外力的另一个分力沿着圆周的切线,使速度大小改变。
2.向心加速度
做匀速圆周运动的物体,加速度方向始终指向,这个加速度叫做。
3、向心加速度的大小表达式有an=、an=等。
4、匀速圆周运动是一个加速度大小不变、方向时刻变化的变加速曲线运动。
3.处理方法:
一般地说,当做圆周运动物体所受的合力不指向圆心时,可以将它沿半径方向和切线方向正交分解,其沿半径方向的分力为向心力,只改变速度的方向,不改变速度的大小;其沿切线方向的分力为切向力,只改变速度的大小,不改变速度的方向。分别与它们相应的向心加速度描述速度方向变化的快慢,切向加速度描述速度大小变化的快慢。
做圆周运动物体所受的向心力和向心加速度的关系同样遵从牛顿第二定律:Fn=man在列方程时,根据物体的受力分析,在方程左边写出外界给物体提供的合外力,右边写出物体需要的向心力(可选用等各种形式)。
【典型例题】
例1如图所示,将一质量为m的摆球用长为L的细绳吊起,上端固定,使摆球在水平面内做匀速圆周运动,细绳就会沿圆锥面旋转,这样就构成了一个圆锥摆,则关于摆球A的受力情况,下列说法中正确的是()
A.摆球受重力、拉力和向心力的作用
B.摆球受拉力和向心力的作用
C.摆球受重力和拉力的作用
D.摆球受重力和向心力的作用
【解析】:我们在进行受力分析时,“物体受到哪几个力的作用”中的力是指按照性质命名的力,显然,物体只受重力G和拉力FT的作用,而向心力F是重力和拉力的合力,如图所示。也可以认为向心力就是FT沿水平方向的分力FT2,显然,FT沿竖直方向的分力FT1与重力G平衡。所以,本题正确选项为C。
例2如图所示,一个内壁光滑的圆锥形筒的轴线垂直于水平面,圆锥筒固定不动,有两个质量相等的小球A和B紧贴着内壁分别在图中所示的水平面内做匀速圆周运动,则以下说法中正确的是()
A.A球的线速度必定大于B球的线速度
B.A球的角速度必定小于B球的线速度
C.A球的运动周期必定小于B球的运动周期
D.A球的向心加速度必定小于B球的向心加速度
答案:AB
【解析】:小球A和B的受力情况如图所示,由图可知,两球的向心力都来源于重力G和支持力FN的合力,建立如图所示的坐标系,则有:
FN1=FNsinθ=mg
FN2=FNcosθ=F
所以F=mgcotθ。
也就是说FN在指向圆心方向的分力即合力F=mgcotθ提供小球做圆周运动所需的向心力,可见A、B两球受力情况完全一样,当然向心力肯定也大小相等。由于前提是两球的向心力一样,所以比较时就好比较了
比较两者线速度大小时,由F=mv2r可知:r越大,v一定较大,因此选项A正确。
比较两者角速度大小时,由F=mrω2可知:r越大,ω一定较小,因此选项B正确。
比较两者的运动周期时,由F=mr(2πT)2可知:r越大,T一定较大,因此选项C不正确。
由a=Fm,可知,两球的向心加速度一样大,因此选项D不正确。
例3如图所示,细绳的一端固定于O点,另一端系一个小球,在O点的正下方钉一个钉子A。让小球从一定高度摆下,经验告诉我们,当细绳与钉子相碰时,如果钉子的位置越靠近小球,绳就越容易断。请用圆周运动的知识加以论证。
【解析】:在绳子与钉子相碰的瞬间,速度大小不变,但小球从大半径的圆周运动突变到小半径的圆周运动,所以由于v不变,根据公式知:r越小,F越大,故绳越易断。
【达标训练】
1.关于做匀速圆周运动物体的向心加速度方向,下列说法正确的是()
A.与线速度方向始终相同B.与线速度方向始终相反
C.始终指向圆心D.始终保持不变
2.关于质点做匀速圆周运动的下列说法正确的是()
A.由a=v2/r,知a与r成反比
B.由a=ω2r,知a与r成正比
C.由ω=v/r,知ω与r成反比
D.由ω=2πn,知ω与转速n成正比
3.A、B两小球都在水平面上做匀速圆周运动,A球的轨道半径是B球轨道半径的2倍,A的转速为30r/min,B的转速为15r/min。则两球的向心加速度之比为()
A.1:1B.2:1C.4:1D.8:1
4.如图所示,轻杆的一端有一个小球,另一端有光滑的固定轴O.现给球一初速度,使球和杆一起绕O轴在竖直面内转动,不计空气阻力,用F表示球到达最高点时杆对小球的作用力,则F()
A.一定是拉力
B.一定是推力
C.一定等于零
D.可能是拉力,可能是推力,也可能等于零
5.一质点沿着半径r=1m的圆周以n=1r/s的转速匀速转动,如图,试求:
(1)从A点开始计时,经过1/4s的时间质点速度的变化;
(2)质点的向心加速度的大小。
【达标训练参考答案】
1.C
2.D
3.D
4.D
5.解析(1)求出1/4s的时间连接质点的半径转过的角度是多少;
(2)求出质点在A点和1/4s末线速度的大小和方向。
(3)由矢量减法作出矢量三角形。
(4)明确边角关系,解三角形求得Δv的大小和方向。
(5)根据an=v2/r或an=ω2r求出向心加速度的大小。
答案(1)Δv=2πm/s方向与OA连线成45°角指向圆心O(2)a=4π2m/s2
人教版高中物理必修二《向心力》教学设计
一、教学目标
(一)、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。
2、会分析向心力的来源
3、掌握向心力的表达式,计算简单情景中的向心力。
4、从牛顿第二定律角度理解向心力表达式
5、初步了解用圆锥摆粗略验证向心力的表达式的原理。会测量、分析实验数据,获得实验结论。
6、知道在变速圆周运动中向心力是合外力的一个分力,知道合外力的作用效果。
(二)过程与方法
1、利用身边的事例分析匀速圆周运动所需的向心力,物理知识来源于生活而又服务于生活。
2、在验证向心力表达式的过程中,体会控制变量法在解决问题中的使用。
3、进一步体会力是产生加速度的原因,并通过牛顿第二定律来理解匀速圆周运动、变速圆周运动及一般曲线运动的各自特点。
4、让学生阅读课本并演示实验,体现教师只是引导者,学生是课堂主人的理念。
(三)情感态度与价值观
1、培养学生动手、探究的习惯,经历科学探究的过程,领略实验是解决物理问题的一种基本途径。
2、通过实验,激发学生学习物理的兴趣。
二、教学重点
理解向心力的概念和分析向心力的来源,能进行计算。
三、教学难点:
向心力来源的分析。
四、教学课时:
1课时
五、教学准备:
向心力演示仪、圆锥摆、小球、细绳
六、学情分析:
通过前几节课的学习,学生已知道了物体做曲线运动的条件,知道描述匀速圆周运动快慢的物理量,已知道向心加速度的方向指向圆心,它描述物体速度方向变化的快慢。上学期已对牛顿第二定律深入的学习,因此学生很容易理解向心力的概念,这种认识层层递进,但由于学生往往认为向心力是一种新的力,因此学习向心力是一种效果力将是学生学习的一个难点。
七、教材分析:
这节课是本章的重点内容,学好这部分内容,后一章的天体运动和高二阶段的带电粒子在匀强磁场中的运动的难度就会降低。本节内容通过实例让学生从运动和力的角度进行分析,得出向心力的概念,接着又从牛顿第二定律,推导出向心力的数学表达式,为了进一步理解向心力公式,用实验圆锥摆粗略验证向心力的表达式,使学生感受理论与实践是相结合的,理论知识来自于实践,可以用实验去证明,最后由特殊到一般地哲学思想,让学生轻松学习变速圆周运动和一般曲线运动的处理方法。
八、教学过程:
A引入新课
1、知识回顾:
师:上节课学习了匀速圆周运动向心加速度,它的大小和方向有何特点?(学生思考,回答)
师:翻开课本P22,完成练习4
学生练习后教师评价
2、情景设置:
两艘快艇在湖面上做匀速圆周运动,相向心加速度之比为2:1,那么他们的向心加速度是怎样产生的呢?这节课我们就来共同探讨与它息息相关的一个课题———向心力。
课题板书:5.6向心力
B、新课进行中
1、向心力的认识
师:举例生活中的匀速圆周运动:(1)教师演示绳系小球,小球在光滑水平面内做匀速圆周运动;(2)地球围绕太阳做匀速圆周运动;(3)演示漏斗内的小球做匀速圆周运动(4)小球在向心力演示仪中做匀速圆周运动。
归纳特点:物体做匀速圆周运动必有指向圆心的合外力来维持。
明确向心力的概念:这个合外力就是向心力。
学生阅读课本(大声)P23,第二段,向心力的概念
板书:一、向心力
1、概念:F=F合
师生:对以上例子进行受力分析
师:向心力是不是一个新的性质力?
学生思考并回答
板书:
2、来源:向心力是效果力,它可以是某几个性质力的合力,单个力或某个力的分力。
师:物体做圆周运动时,先对物体进行受力分析,受力分析时能否画上向心力?
学生思考并回答
师:向心力是矢量,就要考虑它的大小和方向,它的大小如何计算?
学生思考并回答,根据牛顿第二定律。
学生回答,教师板书:
3、大小Fn=man
=mV2/r
=m.ω2.r
=……
师:大家考虑,向心力Fn与半径r之间成什么样的比例关系?
学生思考并回答
师:纠正并归纳:看公式Fn=mV2/r=mω2r,用控制变量法解决此问题,在线速度V不变的条件下,向心力与半径成反比,半径越大,向心力越小。
学生练习:练习册P23第三题。教师评价,并在此环节渗透物理学习中审题的重要性。
师:那向心力的方向如何确定?
学生思考并回答
板书:
方向:沿着半径指向圆心。
师:由此知是变力,大家思考一下在匀速圆周运动中那些物理量不变?
学生思考并回答,
教师强调:速度的大小,加速度的大小,角速度、周期、频率、转速、向心力的大小。
师:物理实验室检验真理的一个基本途径,理论的正确与否是要用实践来证明的。
学生动手让小球做圆锥摆运动
建立物理模型(如图所示)
师:
(1)如图所示,做匀速圆周运动的小球受到哪些力的作用?合力产生了怎样的加速度?
(2)能否在实验室里粗略计算此匀速圆周运动中的向心力大小?
学生思考并回答
师:课本上就是利用圆锥摆中可以有两种方法测向心力来粗略验证向心力的表达式的,同学们课后有兴趣完全可以自己做一下。
2变速圆周运动和一般曲线运动的学习
观看过山车视频,师:
(1)过山车做的是不是圆周运动?
(2)运动时速度大小变不变?
(3)向心力指向以圆心吗?
学生思考并回答,教师评价
引导学生阅读课本P24思考回答以下问题:
(1)变速圆周运动的合外力也指向圆心吗?
(2)变速圆周运动的速度大小是怎么改变的?
教师明确,并板书:
二做变速圆周运动的物体所受的力:
Ft:切向分力,它产生切向加速度,改变速度的大小.
Fn:向心分力,它产生向心加速度,改变速度的方向.
师:怎么分析研究一般的曲线运动?
教师引导学生总结:
处理一般曲线运动的方法:
把一般曲线分割为许多极短的小段,每一段都可以看作一小段圆弧.这些圆弧的弯曲程度不一样,表明它们具有不同的半径。在分析质点经过曲线上某位置的运动时,可以采用圆周运动的分析方法进行处理.
C知识小结
学生静下心闭上眼睛两分钟回顾本节课知识,
九板书设计
5.6向心力
一、向心力
1、概念:F=F合
2、来源:向心力是效果力,它可以是某几个性质力的合力,单个力或某个力的分力。
3、大小Fn=man
=mV2/r
=m.ω2.r
=……
方向:沿着半径指向圆心。
二做变速圆周运动的物体所受的力:
Ft:切向分力,它产生切向加速度,改变速度的大小.
Fn:向心分力,它产生向心加速度,改变速度的方向.
三、处理一般曲线运动的方法:
十作业布置
课后练习123
文章来源:http://m.jab88.com/j/15604.html
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