2024_2025学年新教材高中物理第3章圆周运动第2节科学探究向心力教案2鲁科版必修第二册.doc

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第2节科学探究：向心力

本节课是从动力学的角度争论匀速圆周运动的，这部分学问是本章的重点和难点，学好这部分学问，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。让学生生疏到“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。最终分析一般曲线运动和变速圆周运动中的向心力。

【物理观念】理解向心力和向心加速度的概念，把握向心力和向心加速度的计算方法，精确生疏向心力并能找出向心力。

【科学思维】能用牛顿其次定律分析匀速圆周运动的向心力，通过实例生疏向心力的作用及来源。

【科学探究】在“探究影响向心力大小与半径、角速度、质量的关系”试验过程中，生疏掌握变量法的应用，提高科学探究的力量。

【科学态度与责任】有主动将所学学问应用与日常生活的意识，能在合作中坚持自己的观点；能体会物理学技术应用对日常生活的影响。

【教学重点】理解向心力、向心加速度的概念，把握向心力公式并能进行相关计算。

【教学难点】理解向心力是按作用效果命名的力，向心力的方向时刻在转变。

【导入新课】

思考：做圆周运动的物体为什么不沿直线飞去而沿着一个圆周运动？

【新课讲授】

一、向心力

1.感受向心力与圆周运动

取一根细线，一端系一小球，另一端固定住图钉上，将图钉固定在光滑木板上。

（1）在细线松弛时轻弹小球，观看在细线伸直前，小球做什么运动？

（2）加大弹击力气，使小球在运动过程中细线伸直，观看细线伸直后小球做什么运动？

思考：

①细线的松弛或绷直使小球在受力上有什么差别？

②是什么力转变了小球的运动方向，使小球做圆周运动？

③你能从这个试验中发觉圆周运动的受力与抛体运动有什么差别吗？

结论：（1）拉力转变了小球的运动方向，使它做圆周运动。

（2）拉力始终与速度垂直，所以拉力不对小球做功，不转变小球的速度大小

1、向心力

做圆周运动的物体肯定受到指向圆心的力的作用，这个力就叫作向心力，符号：Fn

2、方向：始终指向圆心（与v垂直或与半径垂直），是变力。

3、向心力的作用只转变线速度的方向，不转变速度的大小。

思考：向心力是不是一种新的性质力？即向心力是不是与重力、弹力、摩擦力一样都是依据某种性质来命名的力？

Fn＝FfF合＝F引＝FnFn＝FN+mg

由这三个例子可知：向心力是依据效果命名的力，并不是物体额外受到的一个力；受力分析时,不能多出一个向心力。

4、向心力的来源

（1）物体做匀速圆周运动时：物体所受的合力供应了物体所需的向心力，即匀圆运动物体的合外力肯定指向其圆运动的圆心。（可以是重力、弹力、摩擦力等各种性质力的合力）

思考：假如做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？（引出对非匀速圆周运动的分析）

速度增大的圆周运动速度减小的圆周运动

切向力Ft：垂直半径方向的合力转变速度的大小

向心力Fn：沿着半径（或指向圆心）的合力转变速度的方向

结论:当做圆周运动的物体所受的合力不指向圆心时，物体做变速圆周运动。

（2）物体做非匀速圆周运动时：向心力由沿半径方向的合力供应。

思考：向心力的大小与什么因素有关？

二、探究影响向心力大小的因素

【感受向心力的影响因素】

用细绳连接的钢球、木球各一个，拉住绳的一端，让小球尽量做匀速圆周运动。分别转变转动的快慢、细绳的长短做几次试验。

思考：向心力的大小与哪些因素有关？

猜想：

【探究影响向心力大小的因素】

1、试验器材：向心力演示器、两个质量相同的钢球和一个质量小的铝球。

2、向心力演示器的构造

匀速转动手柄1、变速塔轮2和3、长槽4和短槽5、横臂6、弹簧测力套筒7、标尺8。

3、原理：匀速转动手柄，使变速塔轮以及长槽和短槽和槽内的小球随之匀速转动，使小球做匀速圆周运动的向心力由横臂的挡板对小球的压力供应。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下降，从而露出标尺。依据标尺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。

4、试验方法：掌握变量法

当m,r肯定时，F与ω的关系；当r,w肯定时，F与m的关系；当m,w肯定时，F与r的关系

5、试验步骤

（1）把两个质量不同的小球分别放在长槽和短槽上，调整塔轮上的皮带和小球在位置，使两球的转动半径和角速度都相同。转动手柄，观看向心力的大小与质量的关系。

（2）换两个质量相同的小球，使两球的角速度相同。再增大长槽上小球的转动半径，使两球的转动半径不同。转动手柄，观看向心力的大小与半径的关系。

（3）若要争论向心力的大小，请依据你设计的试验步骤操作。

6、数据处理

（1）其他条件相同的条件下，质量越大，套桶露出标度的