学习目标:
(1)理解向心力的概念,通过实例认识向心力的作用及向心力的来源。
(2)通过实验理解向心力大小与哪些因素有关系,能运用向心力公式进行计算。
(3)知道向心加速度及其公式,能运用牛顿第二定律分析匀速圆周运动的向心力和向心加速度。
实验探究:向心力的大小与哪些因素有关?
猜想:_____________________________________________。
实验方法:控制变量法
实验器材:向心力演示器
实验步骤:
1.探究向心力F与质量m的关系
r、ω相同,长短槽上小球质量比为1比2。
在r、ω一定时,F向与m成_______比。
长槽端标尺露出
格数(向心力)
短槽端标尺露出
格数(向心力)
1
2
3
向心力之比为
2.探究向心力F与半径r的关系
m、ω相同,长短槽上小球半径比为2比1。
在m、ω一定时,F向与r成_______比。
长槽端标尺露出
格数(向心力)
短槽端标尺露出
格数(向心力)
2
4
6
向心力之比为
3.探究向心力F与角速度ω的关系
m、r相同,长短槽上小球角速度比为1比2。
在m、r一定时,F向与ω____________比。
长槽端标尺露出
格数(向心力)
短槽端标尺露出
格数(向心力)
1
2
向心力之比为
巩固1:
对物体受力分析,说明向心力的来源。
物体随转盘一起匀速圆周运动物体随滚筒一起匀速圆周运动
巩固2:
长度为0.5m的轻绳一端系一质量为2kg的小球,另一端固定,小球绕固定点在光滑水平面上以4m/s的速度做匀速圆周运动,请计算小球做匀速圆周运动的向心力和向心加速度的大小?
当堂检测:
1、下列关于向心力的说法正确的是()
A、向心力是物体做匀速圆周运动时产生的一个特殊性质的力
B、做匀速圆周运动的物体的向心力是不变的
C、向心力不改变物体的速度
D、做匀速圆周运动的物体,合外力提供向心力
2、关于向心加速度说法正确的是()
A、它是描述物体运动快慢的物理量
B、它是描述向心力变化快慢的物理量
C、它是描述速度方向变化快慢的物理量
D、它是描述速度大小变化快慢的物理量
3、向心力、向心加速度和半径的关系说法正确的有()
A、由公式F=mω2r可知在m和ω一定的情况下,向心力和半径成正比
B、由公式F=mv2/r可知向心力和半径成反比
C、由公式a=ω2r可知向心加速度和半径成正比
D、由公式a=v2/r可知向心加速度和半径成反比
【设计思想】
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。本节课目的是想通过先理论分析,得出向心力的存在,再通过实验探究,用理论指导实践。理论推导严谨,能训练学生的推理能力,实验方法讲向心力,降低了难度,便于学生理解接受。这样让学生真正认识到向心力的存在及意义。
【教学目标】
一、知识与能力
1、知道向心力的定义和方向,通过实例认识向心力的作用效果及来源。
2、通过实验理解向心力的大小与哪些因素有关,初步掌握向心力的公式并可以进行计算。
3、知道向心加速度及其公式,能运用牛顿第二定律分析匀速圆周运动的向心力及向心加速度。
4、经历向心力和向心加速度的概念形成过程的体验,大胆发表自己对有关问题的认识。
二、过程与方法
通过向心力理论分析到实验探究,培养学生用理论指导实践的素养和能力。
三、情感态度与价值观
培养学生观察生活,思考生活现象的能力,同时培养学生大胆分析及勇于探究的科学素养,以及尊重实验、实践的客观唯物精神。
【教学重点】
向心力概念的建立及实验探究向心力的大小是教学重点。
【教学难点】
向心力概念的建立及实验探究向心的大小也是教学难点。通过简单实例及分组实验加强感知,突破难点。
【教具准备】
1、小球、细绳和光滑木板16套
2、小链球16对。
3、向心力演示器16台。
4、课件。
【教学过程】
一、引入新课
欣赏视频:我国选手赵宏博和申雪在06年冬奥会花样滑冰比赛中,以精彩表演获得金牌,为国争光。视频中申雪的运动可以近似看成什么运动?(学生回答:匀速圆周运动),其运动状态时刻改变的原因是什么?(学生回答:受到合外力)有力就会产生(加速度)。这节课我们共同探究做匀速圆周运动的物体合外力及加速度的特点。
板书:向心力与向心加速度
二、学生实验引出向心力的定义
引导学生分组利用手中的小球、细线、光滑水平木板,构建一个简单的匀速圆周运动,让学生对小球进行受力,得出匀速圆周运动物体所受合外力的特点:始终指向圆心,从而引出向心力的定义。
板书:向心力
1、向心力的定义:做匀速圆周运动的物体会受到一个始终指向圆心等效的力。
三、学生观察得到向心力的方向
再引导学生观察分析得到向心力的方向时刻在变化,是一个变力但始终指向圆心而且和速度方向垂直。
板书:向心力的方向:始终指向圆而且速度方向垂直
四、引导学生分析得到向心力的作用效果
因为向心力和速度方向始终垂直,所以向心力不做功,不改变速度的大小,只改变速度的方向,得到向心力的作用效果。
板书:向心力的作用效果:不改变速度的大小,只改变速度的方向。
五、通过三个典型题目引导学生分析向心力的来源
对物体受力分析,说明向心力的来源。
物体随转盘一起匀速圆周运动物体随滚筒一起匀速圆周运动
板书:向心力的来源:向心力可以由重力、弹力、摩擦力等某个力提供,也可以由它们的合力,或某个力的分力提供。
六、实验探究:向心力的大小
提出问题:向心力的大小跟哪些因素有关?
(引导学生用两个小链球实验,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。)
学生的猜想:向心力跟物体质量m、半径r、角速度ω有关。
(若学生说到v,可引导学生由公式v=ωr得出ω和v有重复的部分)
进一步引导学生猜想它们的定量关系。学生可能猜想向心力与质量成正比,与半径成正比,与角速度成正比。老师先不要作出判断。
提问:实验时能否让三个量同时变。
学生:不行,应该保持其它量不变,使一个量变化即控制变量法。
实验装置:向心力演示器。
介绍构造:
讲解工作原理: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。
演示操作:如何实现控制变量。
强调注意事项:
学生分组实验得出:
①F向心力与质量的关系:ω、r一定,取两球使mA=2mB观察:(学生读数)FA=2FB。
结论:向心力F∝m。
②F向心力与半径的关系:m、ω一定,取两球使rA=2rB观察:(学生读数)FA=2FB。
结论:向心力F∝r。
③F向心力与角速度的关系:m、r一定,使ωA=2ωB观察:(学生读数)FA=4FB。
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,同时选取更精密的仪器,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。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=mrω2r。
板书:向心力:F向心力=mω2r=mv2/r
我们知道合外力必然产生加速度,向心力实际就是物体做匀速圆周运动的合外力,这个力产生的加速度是怎么样的呢?
七、根据牛顿第二定律推导出向心加速度
板书:向心加速度
1、向心加速度大小:a=F向心力/m=ω2r=v2/r=ωv
a=4π2r/T2=4π2rf2
提问:方向是怎么样的?
板书:向心加速度的方向:与向心力同向,始终指向圆心
思考:匀速圆周运动是匀变速运动还是非匀变速运动?
学生:不是,因为加速度不恒定。方向时刻在改变。
板书:向心加速度的物理意义:描述速度方向变化快慢的物理量。
【及时巩固】
长度为0.5m的轻绳一端系一质量为2kg的小球,另一端固定,小球绕固定点在光滑水平面上以4m/s的速度做匀速圆周运动,请计算小球做匀速圆周运动的向心力和向心加速度的大小?
【课堂小结】
1.知识内容:(见板书)
2.实验方法:控制变量法。
3.物理思想:先猜想后探究,从定性到定量。
一、知识目标:
1、理解向心加速度和向心力的概念
2、知道匀速圆周运动中产生向心加速度的原因。
3、掌握向心力与向心加速度之间的关系。
二、能力目标:
1、学会用运动和力的关系分析分题
2、理解向心力和向心加速度公式的确切含义,并能用来进行计算。
三、德育目标:
通过a与r及、v之间的关系,使学生明确任何一个结论都有其成立的条件。
教学重点:
1、理解向心力和向心加速的概念。
2、知道向心力大小,向心加速的大小,并能用来进行计算。
教学难点:
匀速圆周运动的向心力和向心加速度都是大小不变,方向在时刻改变。
教学方法:
实验法、讲授法、归纳法、推理法
教学用具:
投影仪、投影片、多媒体、CAI课件、向心力演示器、钢球、木球、细绳
教学步骤:
一、引入新课
1:复习提问(用投影片出示思考题)
(1)什么是匀速圆周运动
(2)描述匀速圆周运动快慢的物理量有哪几个?
(3)上述物理量间有什么关系?
2、引入:由于匀速云的速度方向时刻在变,所以匀速圆周运动是变速曲线运动。而力是改变物体运动状态的原因。所以做匀速圆周运动的物体所受合外力有何特点?加速度又如何呢?本节课我们就来共同学习这个问题。
二、新课教学
(一)用投影片出示本节课的学习目标:
1、理解什么是向心力和向心加速度
2、知道向心力和向心加速度的求解公式
3、了解向心力的来源
(二)学习目标完成过程
1:向心力的概念及其方向
(1)在光滑水平桌面上,做演示实验
a:一个小球,拴住绳的一端,绳的另一端固定于桌上,原来细绳处于松驰状态
b:用手轻击小球,小球做匀速直线运动
c:当绳绷直时,小球做匀速圆周运动
(2)用CAI课件,模拟上述实验过程
(3)引导学生讨论、分析:
a:绳绷紧前,小球为什么做匀速圆周运动?
b:绳绷紧后,小球为何做匀速圆周运动?小球此时受到哪些力的作用?合外力是哪个力?这个力的方向有什么特点?这个力起什么作用?
(4)通过讨论得到:
a:做匀速圆周运动的物体受到一个指向圆心的合力的作用,这个力叫向心力。
b:向心力指向圆心,方向不断变化。
c:向心力的作用效果——只改变运动物体的速度方向,不改变速度大小。
2、向心力的大小
(1)体验向心的大小
a:每组学生发用细线联结的钢球、木球各一个,让学生拉住绳的一端,让小球尽量做匀速圆周运动,改变转动的快慢、细线的长短多做几次。
b:引导学生猜想:向心力可能与物体的质量、角速度、半径有关。
c:过渡:刚才同学们已猜想大向心力可能与m、v、r有关,那么,我们的猜想是否正确呢?下边我们通过实验来检验一下。
(2)a:用实物投影仪,投影向心力演示器。
b:介绍向心力演示的构造和使用方法
构造:(略)主要介绍各部分的名称
使用方法:匀速转动手柄1,可以使塔轮2和3以及长槽4和短槽5随之匀速转动,槽内的小球就做匀速圆周运动。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杠杆的作用使弹簧测力套筒7下降,从而露出标尺8,标尺8上露出的红白相间等方格可显示出两个球所受向心力的比值。
(3)操作方法:
a:用质量不同的钢球和铝球,使他们运动的半径r和角速度相同观察得到:向心力的大小与质量有关,质量越大,向心力也越大。
b:用两个质量相同的小球,保持运动半径相同,观察向心力与角速度之间的关系
c:仍用两个质量相同的小球,保持小球运动的角速度相同,观察向心力的大小与运动半径之间的关系。
(4)总结得到:向心力的大小与物体质量m、圆周半径r和角速度都有关系,且给出公式:F=mr2(说明该公式的得到方法,空气变量法、定量测数据)
(5)学生据推导向心力的另一表达式
3、向心加速度
(1)做圆周运动的物体,在向心力F的作用下必然要产生一个加速度,据牛顿运动定律得到:这个加速度的方向与向心力的方向相同,叫做向心加速度。
(2)结合牛顿运动定律推导得到
4、说明的几个问题:
(1)由于a向的方向时刻在变,所以匀速圆周运动是瞬时加速度的方向不断改变的变加速运动。
(2)做匀速圆周运动的物体,向心力是一个效果力,方向总指向圆心,是一个变力。
(3)做匀速圆周运动的物体受到的合外力就是向心力。
三、巩固训练
1:向心加速度只改变速度的,而不改变速度的。
2、一个做匀速圆周运动的物体,当它的转速度为原来的2倍时,它的线速度、向心力分别变为原来的几倍?如果线速度不变,当角速度变为原来的2倍时,它的轨道半径和所受的向心力分别为原来的几倍
3、(1)用CAI课件展示思考与讨论中的物理情景
(2)分析木块受几个力的作用?各是什么性质的力?
(3)木块所受的向心力是由什么提供的?
四、小结
1:什么是向心力和向心加速度?它们的大小和方向有什么特点?
2:向心力的求解公式(1)(2)
3:向心加速度的求解公式(1)(2)
4、匀速圆周运动是一种什么性质的运动?
五、作业
课后练习三
六、板书设计
一名优秀的教师就要对每一课堂负责,教师要准备好教案,这是教师工作中的一部分。教案可以让学生们能够更好的找到学习的乐趣,帮助授课经验少的教师教学。你知道怎么写具体的教案内容吗?下面是小编为大家整理的“高一物理教案:《向心力 向心加速度》教学设计”,希望能为您提供更多的参考。
高一物理教案:《向心力 向心加速度》教学设计
教学目标
知识目标
1、知道什么是向心力,什么是向心加速度,理解匀速圆周运动的向心力和向心加速度大小不变,方向总是指向圆心.
2、知道匀速圆周运动的向心力和向心加速度的公式,会解答有关问题.
能力目标
培养学生探究物理问题的习惯,训练学生观察实验的能力和分析综合能力.
情感目标
培养学生对现象的观察、分析能力,会将所学知识应用到实际中去.
教学建议
教材分析
教材先讲向心力,后讲向心加速度,回避了用矢量推导向心加速度这个难点,通过实例给出向心力概念,再通过探究性实验给出向心力公式,之后直接应用牛顿第二定律得出向心加速度的表达式,顺理成章,便于学生接受.
教法建议
1、要通过对物体做圆周运动的实例进行分析入手,从中引导启发学生认识到:做圆周运动的物体都必须受到指向圆心的力的作用,由此引入向心力的概念.
2、对于向心力概念的认识和理解,应注意以下三点:
第一点是向心力只是根据力的方向指向圆心这一特点而命名的,或者说是根据力的作用效果来命名的,并不是根据力的性质命名的,所以不能把向心力看做是一种特殊性质的力.
第二点是物体做匀速圆周运动时,所需的向心力就是物体受到的合外力.
第三点是向心力的作用效果只是改变线速度的方向.
3、让学生充分讨论向心力大小,可能与哪些因素有关?并设计实验进行探究活动.
4、讲述向心加速度公式时,不仅要使学生认识到匀速圆周运动是向心加速度大小不变,向心加速度方向始终与线速度垂直并指向圆心的变速运动,在这里还应把“向心力改变速度方向”与在直线运动中“合外力改变速度大小”联系起来,使学生全面理解“力是改变物体运动状态的原因”的含义,再结合无论速度大小或方向改变,物体都具有加速度,使学生对“力是物体产生加速度的原因”有更进一步的理解.
教学设计方案
向心力、向心加速度
教学重点:向心力、向心加速度的概念及公式.
教学难点:向心力概念的引入
主要设计:
一、向心力:
(一)让学生讨论汽车急转弯时乘客的感觉.
(二)展示图片1.链球做圆周运动需要向心力.〔全日制普通高级中学教科书(试验修定本·必修)物理.第一册98页〕
(三)演示实验:做圆周运动的小球受到绳的拉力作用.
(四)让学生讨论,猜测向心力大小可能与哪些因素有关?如何探究?引导学生用“控制变量法”进行探索性实验.(用向心力演示器实验)
演示1:半径r和角速度 一定时,向心力 与质量m的关系.
演示2:质量m和角速度 一定时,向心力 与半径r的关系.
演示3:质量m和半径r一定时,向心力 与角速度 的关系.
给出 进而得在 .
(五)讨论向心力与半径的关系:
向心力究竟与半径成正比还是反比?提醒学生注意数学中的正比例函数 中的k应为常数.因此,若m、 为常数 据 知 与r成正比;若m、v为常数,据 可知 与r成反比,若无特殊条件,不能说向心力 与半径r成正比还是成反比.
二、向心加速度:
(一)根据牛顿第二定律
得:
(二)讨论匀速圆周运动中各个物理量是否为恒量:
v T f
探究活动
感受向心力
在一根结实的细绳的一端拴一个橡皮塞或其他小物体,抡动细绳,使小物体做圆周运动(如图).依次改变转动的角速度、半径和小物体的质量.
体验一下手拉细绳的力(使小球运动的向心力),在下述几种情况下,大小有什么不同:使橡皮塞的角速度 增大或减小,向心力是变大,还是变小;改变半径r尽量使角速度保持不变,向心力怎样变化;换个橡皮塞,即改变橡皮塞的质量m,而保持半径r和角速度 不变,向心力又怎样变化.
做这个实验的时候,要注意不要让做圆周运动的橡皮塞甩出去,碰到人或其他物体.
文章来源:http://m.jab88.com/j/22142.html
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