2014届湖南省临湘一中高考物理二轮复习能力提升学案第8讲《向心力》(新人教版必修2)
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高中物理向心力教案
一、教学目标
1. 理解向心力的定义及其产生条件。
2. 掌握向心力的计算公式和方向特点。
3. 能够分析并解释生活中与向心力相关的实例。
4. 培养学生的实验观察能力和科学探究精神。
二、教学内容与重点
1. 向心力的定义:物体做圆周运动时,指向圆心的力称为向心力。
2. 向心力的产生:只有当物体受到不指向圆心的合外力作用时,才会产生向心力。
3. 向心力的计算:F = m v^2 / r,其中m是物体的质量,v是物体沿圆周的速度,r是圆的半径。
4. 向心力的方向:始终垂直于物体的运动平面,指向圆心。
三、教学方法与步骤
1. 启发式引入:通过播放地球绕太阳公转的视频,引出向心力的概念。
2. 讲解与示范:教师详细讲解向心力的概念、公式和方向,同时利用多媒体工具进行直观展示。
3. 互动探讨:分组讨论,让学生举例说明生活中哪些现象与向心力有关,并尝试解释其背后的物理原理。
4. 实验操作:学生在教师指导下完成向心力的实验,观察并记录实验现象。
5. 总结归纳:学生汇报实验结果,教师引导学生总结向心力的特点和作用。
6. 作业布置:设计相关的习题,巩固学生对向心力概念的理解和应用。
四、教学资源
- 多媒体课件(包含向心力的定义、公式、方向等内容)
- 实验器材(如小球、细绳、旋转台等)
- 相关视频资料(如地球绕太阳公转的动画演示)
五、评价方式
- 课堂参与度:学生在讨论和实验中的积极程度。
- 实验报告:学生对实验的观察记录和理论分析。
- 课后作业:学生对向心力概念理解的深度和应用能力。
高中物理教案向心力5篇教案取材内容合理,切合课程宗旨,符合培养目标定位的要求,适应现实需要,讲述内容观点正确,有实际应用价值。
这里由小编给大家分享高中物理教案向心力,方便大家学习。
高中物理教案向心力篇1一、教材分析首先介绍热传递的三种方式:热传导、热对流和热辐射。
进而分析系统在单纯的热传递过程中系统内能的变化,自然引出热量与系统内能概念的区别与联系,最后研究做功与热传递在改变系统内能上的异同。
二、教学目标知识与技能1.了解热传递的三种方式。
2.知道热传递是改变系统内能的一种方式。
3.能区分热量与内能的概念。
4.知道热传递与做功对改变系统的内能是有区别的过程与方法能举例说明热传递能够改变系统内能情感、态度与价值观了解感受能量的转移,增强我们学习物理、探索自然的兴趣。
三、教学重点难点重点:热传递对内能的改变。
难点:热量与内能的区别四、学情分析本节内容稍简单,易于学生接受。
五、教学方法自主学习、讨论、讲解六、课前准备铁丝、布、酒精灯七、课时安排1课时八、教学过程(一)预习检查、总结疑惑基础知识提问:1、焦耳的两个实验说明了什么?2、什么是内能?内能于什么有关?(二)情景引入、展示目标想一想,使一段铁丝的温度升高有哪些方法?回答:将铁丝来回多次弯折,用布摩擦,将铁丝放在火上烧,与高温物体接触……教师:可以通过做功改变物体内能,今天我们来学习改变物体内能的另一种方式——热传递。
(三)合作探究、精讲点播教师:引导学生阅读教材62页有关内容,思考并回答问题。
(1)什么是热传递?(2)热传递有几种方式?举例说明。
(3)热传递过程的实质是什么?1.热传递(1)热量从高温物体传递到低温物体,或从物体的高温部分传递到低温部分,叫做热传递。
(2)热传递的三种方式:热传导、热对流和热辐射。
(3)热传递的实质:能量的转移①热传导:不借助于物质的宏观移动,而靠分子、原子等粒子的热运动,使能量由高温物体(或物体的高温部分)向低温物体(或物体的低温部分)传递的过程,这种过程在气体、液体和固体中都能发生。
高中物理必修向心力教案
一、教学目标:
1. 理解向心力的概念和作用。
2. 掌握向心力的计算方法。
3. 能够应用向心力的知识解决相关问题。
二、教学重点和难点:
1. 向心力的概念和作用。
2. 向心力的计算方法。
三、教学内容和教学步骤:
1. 引入:通过展示一个旋转的物体或者人体,引发学生对向心力的好奇和疑惑,引出向心力的概念和作用。
2. 概念讲解:向学生介绍向心力的概念,即物体在做圆周运动时,向心力是使其朝向圆心的力,同时向学生解释向心力与向心加速度之间的关系。
3. 计算方法:向学生讲解向心力的计算方法,即向心力的大小等于物体的质量乘以向心加速度,向学生展示向心力的计算公式并进行相关例题讲解。
4. 案例分析:让学生分组进行案例分析,让他们运用向心力的知识解决实际问题,提高他们的应用能力。
5. 练习与讨论:让学生进行相关练习,并对练习内容进行讨论,解答学生的疑问。
6. 总结与复习:总结本节课的重点内容,帮助学生理清向心力的概念和计算方法,做好复习准备。
四、教学手段:
1. 多媒体教学。
2. 实物展示。
3. 小组讨论。
五、作业布置:
1. 完成课堂上未能完成的练习题。
2. 利用向心力的知识解决实际问题。
六、教学反思:
本节课主要围绕向心力的概念和计算方法展开,通过案例分析和练习让学生掌握向心力的应用技能。
在教学过程中,要注重启发学生思维,培养他们解决问题的能力,同时要引导学生将理论知识与实际问题相结合,提高他们的应用能力。
7 向心力整体设计向心力是本节教学的重点,由向心加速度和牛顿第二定律引入向心力是教材所用的方法,这与以前的先学习向心力再学习向心加速度有所不同.学生对于向心力的理解不是很清楚,本节重点突出了向心力的理解及向心力在圆周运动中的作用.而向心力概念的学习,应及时强调指出,向心力是根据力的效果命名的,而不是根据力的性质命名的,它不是重力、弹力、摩擦力等以外的特殊力,而是做匀速圆周运动的质点受到的合外力,沿着半径指向圆心,它的方向时刻改变.本节的难点是运用向心力、向心加速度知识解释有关现象,处理有关问题.在学习时可以让学生认识实例:用细线系着的小球在水平面上做匀速圆周运动或是一些生活中的实例让学生体验或观察,从而引入向心力概念.教学重点向心力概念的建立及计算公式的得出及应用.教学难点向心力的来源.时间安排1课时三维目标知识与技能1.理解向心力的概念.2.知道向心力大小与哪些因素有关.理解公式的确切含义,并能用来计算.3.会根据向心力和牛顿第二定律的知识分析和讨论与圆周运动相关的物理现象.过程与方法1.通过向心力概念的学习,知道从不同角度研究问题的方法.2.体会物理规律在探索自然规律中的作用及其运用.情感态度与价值观1.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,培养学生实事求是的科学态度.2.通过探究活动,使学生获得成功的喜悦,提高他们学习物理的兴趣和自信心.3.通过向心力和向心加速度概念的学习,认识实验对物理学研究的作用,体会物理规律与生活的联系.课前准备细杆、细绳(2)、小球、直尺、秒表、盛水的透明小桶.教学过程导入新课情景导入前面两节课,我们学习、研究了圆周运动的运动学特征,知道了如何描述圆周运动.知道了什么是向心加速度和向心加速度的计算公式,这节课我们再来学习物体做圆周运动的动力学特征.观察下面几幅图片,并根据图做水流星实验,让学生自己体验实验中力的变化,考虑一下为什么做圆周运动的物体没有沿着直线飞出去而是沿着一个圆周运动.前三幅图可以看出物体之所以没有沿直线飞出去是因为有绳子在拉着物体,而第四幅图是太阳系各个行星绕太阳做圆周运动是由于太阳和行星之间有引力作用,是太阳和行星之间的引力使各个行星绕太阳在做圆周运动.如果没有绳的拉力和太阳与行星之间的引力,那么这些物体就不可能做圆周运动,也就是说做匀速圆周运动的物体都会受到一个力,这个力拉着物体使物体沿着圆形轨道在运动,我们把这个力叫做向心力.复习导入复习旧知1.向心加速度:做匀速圆周运动的物体,加速度指向圆心,这个加速度称为向心加速度.2.表达式:a n =rv 2=r ω2. 3.牛顿第二定律: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.推进新课一、向心力通过刚才的学习我们知道了向心力和向心加速度具有相同的方向,都指向圆心,而且物体是在向心力的作用下做圆周运动,因此我们根据牛顿第二定律可知向心力的大小为:F n =m a n =m Rv 2=m r ω2=mr(T 2)2. 实验探究演示实验(验证上面的推导式):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.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.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∝m.②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∝r.③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. 归纳总结: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、一个测量就得到定论,实际上要进行多次测量,大量实验,但我们不可能一一去做.同学们由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,如教材中所介绍的小实验,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=mr ω2.二、实验:用圆锥摆粗略验证向心力表达式原理:如图所示,让细绳摆动带动小球做圆周运动,逐渐增大角速度直到绳刚好拉直,用秒表测出n 转的时间t ,计算出周期T ,根据公式计算出小球的角速度ω.用刻度尺测出圆半径r 和小球距悬点的竖直高度h,计算出角θ的正切值.向心力F=mgtan θ,测出数值验证公式mgtan θ=mr ω2.课堂训练1.下列关于向心力的说法中,正确的是( )A.物体由于做圆周运动产生了一个向心力B.做匀速圆周运动的物体,其向心力为其所受的合外力C.做匀速圆周运动的物体,其向心力不变D.向心加速度决定向心力的大小2.有长短不同、材料相同的同样粗细的绳子,各拴着一个质量相同的小球在光滑水平面上做匀速圆周运动,那么( )A.两个小球以相同的线速度运动时,长绳易断B.两个小球以相同的角速度运动时,长绳易断C.两个球以相同的周期运动时,短绳易断D.不论如何,短绳易断3.A 、B 两质点均做匀速圆周运动,m A ∶m B =R A ∶R B =1∶2,当A 转60转时,B 正好转45转,则两质点所受向心力之比为多少?参考答案:1.B 2.B3.解答:设在时间t 内,n A =60转,n B =45转,质点所受的向心力F=m ω2R=m(tn π2)2·R ,t 相同,F∝mn 2R 所以94214560212222=⨯⨯==B B B A A A B A R n m R n m F F . 讨论交流1.根据我们前面的学习,大家讨论生活中你所遇到的圆周运动中是哪些力在提供向心力. 强调:向心力不是像重力、弹力、摩擦力那样作为某种性质的力来命名的.它是从力的作用效果来命名的,凡是产生向心加速度的力,不管是属于哪种性质的力,都是向心力.2.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,匀速圆周运动是一种曲线运动,匀速圆周运动合外力的方向有何特点呢?匀速圆周运动速率不变,方向始终垂直半径,说明合外力不会使速度大小发生变化,只改变速度方向,匀速圆周运动合外力的方向始终指向圆心.三、变速圆周运动和一般曲线运动问题:前面我们学习了加速度,做直线运动的物体其加速度可以改变物体运动的快慢,现在我们又学习了向心加速度,那么向心加速度是否也改变物体运动速度的大小?讨论交流根据刚才我们的实验(验证向心力表达式的实验)可知,向心加速度并不能改变物体运动速度的大小,而是在改变物体运动的方向.我们在这个实验中可以感受到,如果要使物体的速度不断增大,我们对物体施加的力就不能保持始终指向圆心,而是与向心力的方向有一个角度.根据力F产生的效果可以把力F分解成两个相互垂直的两个分力:一个是指向圆心的产生向心加速度的向心力;另一个是沿圆周的切线方向的分力,这个力沿圆周切线方向产生加速度,这个加速度使物体的速度不断变大.因此这个运动不能是匀速圆周运动,而是变速圆周运动.也就是说变速圆周运动既有指向圆心的向心加速度,还有沿圆周切线方向的加速度,称为切向加速度.做变速圆周运动的物体所受的力曲线运动:物体的运动轨迹不是直线也不是圆周的曲线运动.对于这样的运动尽管曲线的各个地方的弯曲程度不同,我们在研究时可以把这条曲线分成许多极短的小段,每一小段可以看作是一段圆弧.这些圆弧的弯曲程度不同,可以表示为有不同的半径,这样在分析质点运动时,就可以采用圆周运动的分析方法来处理问题了.一般的曲线可以分为很多小段,每段都可以看作一小段圆弧,各段圆弧的半径不一样课堂训练1.如图所示,在光滑的水平面上钉两个钉子A和B,相距20 cm.用一根长1 m的细绳,一端系一个质量为0.5 kg的小球,另一端固定在钉子A上.开始时球与钉子A、B在一条直线上,然后使小球以2 m/s的速率开始在水平面内做匀速圆周运动.若绳子能承受的最大拉力为4 N,那么从开始到绳断所经历的时间是多少?解析:球每转半圈,绳子就碰到不作为圆心的另一个钉子,然后再以这个钉子为圆心做匀速圆周运动,运动的半径就减小0.2 m,但速度大小不变(因为绳对球的拉力只改变球的速度方向).根据F=mv2/r知,绳每一次碰钉子后,绳的拉力(向心力)都要增大,当绳的拉力增大到F max =4 N 时,球做匀速圆周运动的半径为r min ,则有F max =mv 2/r minr min =mv 2/F max =(0.5×22/4)m=0.5 m.绳第二次碰钉子后半径减为0.6 m ,第三次碰钉子后半径减为0.4 m.所以绳子在第三次碰到钉子后被拉断,在这之前球运动的时间为:t=t 1+t 2+t 3=πl/v+π(l-0.2)/v+π(l-0.4)/v=(3l-0.6)·π/v=(3×1-0.6)×3.14/2 s=3.768 s.答案:3.768 s说明:需注意绳碰钉子的瞬间,绳的拉力和速度方向仍然垂直,球的速度大小不变,而绳的拉力随半径的突然减小而突然增大.2.如图所示,水平转盘的中心有个竖直小圆筒,质量为m 的物体A 放在转盘上,A 到竖直筒中心的距离为r.物体A 通过轻绳、无摩擦的滑轮与物体B 相连,B 与A 质量相同.物体A 与转盘间的最大静摩擦力是正压力的μ倍,则转盘转动的角速度在什么范围内,物体A 才能随盘转动?解析:由于A 在圆盘上随盘做匀速圆周运动,所以它所受的合外力必然指向圆心,而其中重力、支持力平衡,绳的拉力指向圆心,所以A 所受的摩擦力的方向一定沿着半径或指向圆心或背离圆心.当A 将要沿盘向外滑时,A 所受的最大静摩擦力指向圆心,A 的向心力为绳的拉力与最大静摩擦力的合力,即F+F m ′=m ω12r ①由于B 静止,故F=mg ② 由于最大静摩擦力是压力的μ倍,即F m ′=μF N =μmg ③由①②③解得ω1=r g /)1(μ+当A 将要沿盘向圆心滑时,A 所受的最大静摩擦力沿半径向外,这时向心力为:F-F m ′=m ω22r ④由②③④得ω2=r g /)1(μ-.故A 随盘一起转动,其角速度ω应满足r g r g /)1(/)1(μωμ+≤≤-. 答案:r g r g /)1(/)1(μωμ+≤≤-课堂小结1.向心力来源.2.匀速圆周运动时,仅有向心加速度.同时具有向心加速度和切向加速度的圆周运动是变速圆周运动.3.匀速圆周运动向心加速度大小不变,方向指向圆心,时刻在变化,所以不是匀变速 运动.布置作业教材“问题与练习”第1、3题.板书设计7.向心力1.做匀速圆周运动的物体具有向心加速度,根据牛顿第二定律,这个加速度一定是由于它受到了指向圆心的合力.这个合力叫做向心力2.表达式:F n =m a n = m Rv 2=m r ω2=mr(T π2)2 3.向心力的方向:指向圆心4.向心力由物体所受的合力提供活动与探究课题:讨论汽车在过弯道时为什么要减速,不减速会出现什么情况,如果让你设计弯道你应该怎么设计,设计的依据是什么.过程:用汽车模型(最好用遥控小汽车,以便于方向的改变)或其他工具模拟汽车在过弯道时,为何要减速.若不减速应该怎么办.通过实际操作,找到合适的方法,并进行理论分析.习题详解1.解答:地球绕太阳做匀速圆周运动的向心加速度为a=ω2r=22)36002436514.32()2(⨯⨯⨯=r T π×1.5×1011 m/s 2=5.95×10-5 m/s 2 所以太阳对地球的引力是F=ma=6.0×1024×5.95×10-5N=3.57×1020 N.2.解答:小球的受力分析如图所示,因此小球的向心力是由重力和支持力的合力提供的.3.解答:(1)向心力F=m ω2r=0.10×42×0.10 N=0.16 N.(2)我同意甲的观点,因为物体的受力为重力、支持力和静摩擦力,其中重力和支持力的合力为零,所以合外力即为静摩擦力.另外,物体相对于圆盘的运动趋势是沿半径方向向外,而不是向后,故乙的观点是错误的.4.解答:根据机械能守恒有不论钉子钉在何处,小球到达最低点的速度都是相等的,而在碰钉子前和碰钉子后的区别就是做圆周运动的圆心由O 点移到A 点,即圆周运动的半径不一样.设碰钉子后细绳的拉力为T ,则据牛顿第二定律有T-mg=rv m 2.可以看出,当r 越小时,细绳的拉力T 越大,即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.5.解答:我认为正确的是丙图,因为如果将力F 分解为沿切线和垂直于切线的两个方向,由于汽车是沿M 向N 的方向上做减速运动,则只有丙图是符合的.设计点评向心力和向心加速度是比较抽象的内容,因此学生不太容易理解,在教学设计时尽量采用了一些生活中的事例,易于帮助学生理解.本设计让学生通过自己动手实验亲自感受拉力的变化,加深对向心力的理解.教学中尽可能多地让学生参与课堂教学活动和课堂实验,体现了以学生为主体的教学理念.。
高中物理人教版向心力教案教学内容:向心力的概念、性质及应用教学目标:1. 理解向心力的定义和性质;2. 掌握向心力的计算方法;3. 能够解决相关向心力应用问题。
教学重点:理解向心力的概念和性质,掌握向心力的计算方法。
教学难点:能够熟练运用向心力计算方法解决实际问题。
教学准备:实验器材、实验文档、PPT或教学板书教学步骤:一、导入新知识(5分钟)1. 利用实验或实例引出向心力的概念;2. 引导学生思考,提出问题:什么是向心力?向心力的作用是什么?二、向心力的定义和性质(15分钟)1. 理解向心力的定义;2. 探讨向心力的性质和特点;3. 讲解向心力与离心力的区别。
三、向心力的计算方法(15分钟)1. 介绍向心力的计算公式及相关物理量;2. 讲解如何根据不同情况计算向心力;3. 联系具体例题,引导学生进行实际计算练习。
四、向心力的应用(15分钟)1. 分析向心力在日常生活和工程中的应用;2. 案例分析讨论:什么情况下会产生向心力?向心力如何影响物体运动?3. 带领学生结合案例进行讨论和思考,深化理解向心力的应用。
五、课堂练习和展示(10分钟)1. 组织学生进行相关计算练习;2. 学生展示解题过程和答案,老师进行点评和指导。
六、课堂总结(5分钟)1. 总结本节课的重要内容和要点;2. 引导学生将学到的知识进行总结和归纳。
教学反思:通过本节课的教学,学生能够全面掌握向心力的概念、性质和计算方法,进一步理解向心力在实际问题中的应用。
同时,通过案例分析和课堂练习,激发学生学习兴趣,提高学生的学习效果。
高中物理向心力讲解一、教学任务及对象1、教学任务本节课的教学任务是以高中物理中的向心力为主题,旨在帮助学生深入理解向心力的概念、性质及其在圆周运动中的作用。
通过讲解、示例和练习,使学生掌握向心力的计算方法,并能运用相关知识解决实际问题。
2、教学对象本节课的教学对象是高中二年级的学生,他们已经学习了力学基础知识,如牛顿运动定律、圆周运动等,具备了一定的物理基础和解决问题的能力。
在此基础上,学生需要进一步理解向心力的内涵,为后续学习更复杂的物理问题打下基础。
此外,针对不同学生的认知水平和学习兴趣,教学过程中将采取差异化教学策略,以激发学生的学习兴趣和积极性。
二、教学目标1、知识与技能(1)理解向心力的概念,掌握向心力的定义及其在圆周运动中的作用;(2)掌握向心力的计算方法,能运用向心力公式解决实际问题;(3)了解向心力与线速度、半径的关系,理解向心加速度的概念;(4)能够运用牛顿运动定律分析圆周运动中的向心力问题;(5)通过实例分析,培养学生运用物理知识解决实际问题的能力。
2、过程与方法(1)通过引入生活中的实例,激发学生的兴趣,引导学生主动探究向心力的相关知识;(2)采用问题驱动的教学方法,引导学生思考问题、分析问题,培养学生的逻辑思维能力和解决问题的能力;(3)运用小组讨论、合作学习的方式,让学生在互动交流中掌握知识,提高沟通能力;(4)通过课堂练习和课后作业,巩固所学知识,培养学生的自主学习能力和独立思考能力;(5)利用多媒体教学手段,如动画、视频等,帮助学生形象地理解向心力的作用及其与圆周运动的关系。
3、情感,态度与价值观(1)培养学生对物理学科的兴趣和热情,激发学生的学习积极性;(2)通过探究向心力在生活中的应用,使学生认识到物理知识与现实生活的紧密联系,提高学生的科学素养;(3)培养学生的团队合作意识,让学生在合作学习过程中学会尊重他人、倾听他人意见;(4)引导学生树立正确的价值观,认识到科学技术对社会发展的推动作用,增强学生的社会责任感;(5)培养学生勇于面对困难、敢于挑战的精神,使学生在解决复杂物理问题时保持积极的态度。
5.6 《向心力》教学设计一、核心素养通过《向心力》的学习探究过程,让学生体会科学紧密联系生活实践,拉近与科学的距离,让学生感受科学就在身边,发展对学习的积极性和学习兴趣。
二、教学目标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. 知道向心力的大小与哪些因素有关,并能用来进行简单的计算。
3. 通过对圆周运动的物体受力分析,体会到任何运动状态的变化都能找到动力学原因。
4. 创设物理情景,感受物理实验,学生通过对具体现象的分析,归纳向心力产生的来源,体会向心力是如何产生的。
三、教学重难点1. 理解向心力的概念、公式。
2. 会在具体问题中分析向心力。
3. 理解向心力是一个效果力,会分析向心力的来源。
四、教学过程1. 复习回顾,引出本节知识点。
已经学习了曲线运动中的一种典型运动——匀速圆周运动,请同学们回顾匀速圆周运动的特点。
匀速圆周运动中,圆周说明这是一个曲线运动,质点的速度方向时刻改变;匀速说明速度的大小不变。
由此得出匀速圆周运动属于一种变速运动。
能够导致速度发生变化说明质点有加速度,这个加速度与速度在方向上应该有什么关系呢?因为a与v垂直,v沿圆周的切线方向,那么a就沿半径方向指向圆心,我们把这样的加速度形象的称为向心加速度。
向心加速度的方向始终指向圆心,与速度方向垂直。
大小可以用公式进行计算。
由牛顿第二定律的表达式可知,加速度是由质点所受的合外力来提供的,因此向心加速度也是由做圆周运动的质点所受的合力来提供的。
下面研究这个用来提供向心加速度的力。
2. 实验探究:运动与力的关系。
小组进行实验探究,用笔尖在白纸上确定一个圆心,将绳套的一端套在笔上,给小球蘸上印泥。
将绳子放松为自由状态,即不把绳子绷紧,给小球一个垂直于绳子方向的初速度,纸上就会留下小球运动的轨迹。
进行实验,观察小球的运动轨迹,并讨论分析产生这一轨迹的原因。
实验发现,小球先做匀速直线运动;后做匀速圆周运动。
小球先后做这两种运动的原因是合外力不同,不同的力对用产生不同的运动性质。
高中物理教案:向心力一、教学目标1. 让学生理解向心力的概念,知道向心力是由什么力提供的。
2. 让学生掌握向心力的计算公式,能够运用向心力解释实际问题。
3. 培养学生运用物理学知识解决生活中的问题的能力。
二、教学内容1. 向心力的概念向心力是指物体在做圆周运动时,指向圆心的那个力。
向心力使物体始终沿着圆周运动,不偏离圆轨道。
2. 向心力的来源向心力可以由一个力提供,也可以由几个力的合力提供。
当物体受到多个力的作用时,只有其中一个力或者几个力的合力指向圆心,这个力或者合力就是向心力。
3. 向心力的计算公式向心力F=mv²/r,其中m是物体的质量,v是物体做圆周运动的速度,r是圆周运动的半径。
三、教学过程1. 导入新课通过提问学生:“什么是圆周运动?”、“在做圆周运动时,物体需要一个指向圆心的力吗?为什么?”来引导学生思考,引出向心力的概念。
2. 讲解向心力讲解向心力的概念,让学生明白向心力是指向圆心的那个力,它使物体始终沿着圆周运动。
通过示例或者动画演示,让学生更直观地理解向心力。
3. 讲解向心力的来源讲解向心力可以由一个力提供,也可以由几个力的合力提供。
分析物体受到的多个力,让学生找出指向圆心的那个力或者几个力的合力,即为向心力。
4. 推导向心力的计算公式运用牛顿第二定律,分析物体在做圆周运动时的受力情况,推导出向心力的计算公式F=mv²/r。
让学生理解并掌握公式。
5. 应用向心力公式解决实际问题通过示例或者让学生自己动手计算,运用向心力公式解决实际问题,如计算在一定速度下,物体做圆周运动所需的向心力。
四、教学评价1. 课堂问答:检查学生对向心力概念的理解。
2. 习题练习:布置一些有关向心力的习题,检查学生对向心力计算公式的掌握程度。
3. 实际问题解答:让学生运用向心力公式解决实际问题,评价学生运用物理学知识解决生活中的问题的能力。
五、教学延伸1. 讲解向心力的作用:向心力不仅使物体做圆周运动,还与物体的质量、速度、半径等因素有关。
高一物理向心力习题课(2014-3-8)【学习目标】能正确分析向心力的来源,根据牛顿第二定律利用向心力公式解决实际问题【发展目标】通过实例体会物理在生活中的应用,培养学生学习物理的兴趣【重、难点】分析向心力的来源【学习过程】【例题】如图所示,长为L的细绳一端固定,另一端系一质量为m的小球.给小球一个合适的初速度,小球便可在水平面内做匀速圆周运动,这样就构成了一个圆锥摆,设稳定时细绳与竖直方向的夹角为θ.求小球运动的周期。
〖分析过程〗(1)研究对象是谁?(2)圆周运动在哪个平面?圆心位置在哪?半径是多大?(3)小球受几个力?如何建系?(4)要用到哪个向心力公式?〖解题过程〗〖归纳总结〗运用牛顿第二定律解决圆周运动问题的基本步骤:(1)确定研究对象(2)明确研究对象做圆周运动的圆平面,确定圆心位置O及半径r(3)对物体进行受力分析(必要时建系)(4)列方程求解【反馈练习】A1、如图所示,小物块放在水平转盘上,随盘同步做匀速圆周运动,则下列关于物块受力情况的叙述正确的是A.受重力、支持力、静摩擦力和向心力的作用B.摩擦力的方向始终指向圆心OC.摩擦力的方向始终与线速度的方向相同D.静摩擦力提供使物块做匀速圆周运动的向心力A2、如图所示,用细线吊着一个小球,使小球在水平面内做匀速圆周运动,关于小球的受力情况,正确的是A.重力、绳子的拉力、向心力B.重力、绳子的拉力C.重力D.以上说法均不正确A3、一圆筒绕其中心轴OO1匀速转动,筒内壁上紧挨着一个物体与筒一起运动(相对筒无滑动),如图所示,物体所受向心力是A.物体的重力 B.筒壁对物体的静摩擦力C.筒壁对物体的弹力 D.物体所受重力与弹力的合力A4、如图所示,在双人花样滑冰运动中,有时会看到被男运动员拉着的女运动员离开地面在空中做圆锥摆运动的精彩场面,目测体重为G的女运动员做圆锥摆运动时和水平冰面的夹角约为30°,重力加速度为g,估算该女运动员A.受到的拉力为3GB.受到的拉力为2GC.向心加速度为3gD.向心加速度为2gA5、如图所示,杂技演员在表演“水流星”的节目时,杯子和水的总质量为1kg,转动半径为1m,水杯通过最低点时的速度为10m/s,求在最低点时绳的拉力?(g=10m/s2)A6、如图所示,一个内壁光滑的圆锥筒的轴线垂直于水平面,圆锥筒固定不动,母线与轴线间夹角为θ,小球的质量为m,小球和圆锥顶点的高度差为h,紧贴圆锥筒内壁在水平面内做匀速圆周运动,求小球运动的线速度大小。
第8讲向心力考点l 向心力概念的理解向心力是一种由效果命名的非性质力,由其他力或其他力的合力、分力提供。
1.向心力:做匀速圆周运动的物体受到一个指向圆心的等效的力的作用。
做匀速圆周运动的物体的速度大小是恒定的,但速度方向时刻改变,所以匀速圆周运动是变速运动。
做匀速圆周运动的物体并不处于平衡状态,物体做匀速圆周运动的条件是物体时刻受到与速度方向垂直的合外力作用,并且这个合外力总是沿着半径指向圆心。
所以叫向心力。
2.方向:向心力的方向不断变化,但总是沿着半径指向圆心,而物体运动的方向沿切线方向,所以向心力的方向总与物体运动的方向垂直。
3.向心力的作用效果向心力总是指向圆心,而线速度是沿圆周的切线方向,故向心力始终与线速度垂直。
所以向心力的作用效果只是改变物体速度的方向,而不改变速度的大小【考题1】关于向心力.以下说法中不正确的是( ).A.向心力是除物体所受重力、弹力以及摩擦力以外的一种新力B.向心力就是做匀速圆周运动的物体所受的合外力C.向心力是做匀速圆周运动的物体线速度变化的原因D. 只要物体受到向心力的作用,物体就做匀速圆周运动【解析】理解向心力的定义、作用效果,弄清向心力的来源和物体做匀速圆周运动的条件,然后与选项加以比较可作出判断。
【答案】B、C【变式1—1】关于向心力,下列说法中正确的是( ).A.向心力是一种效果力B.向心力是一种具有某种性质的力C.向心力既可以改变线速度的方向,又可以改变线速度的大小D.向心力只改变线速度的方向,不改变线速度的大小【变式1—2】如图9—1所示,小物块A与圆盘保持相对静止,跟着圆盘一起做匀速圆周运动。
则下列关于A的受力情况的说法中正确的是( ).A.受重力、支持力 B.受重力、支持力和与运动方向相反的摩擦力C.受重力、支持力、摩擦力和向心力 D.受重力、支持力和指向圆心的摩擦力考点2 向心力来源的分析向心力可由其他一切力提供,也可以是由其他力的合力或分力提供。
1.凡是产生向心加速度的力,不管属于哪种性质,都是向心力。
它既可以是重力、弹力等各种性质的力,也可以是它们的合力,还可以是某个力的分力。
绝不能在分析受力时多加一个向心力.2.当物体做匀速圆周运动时,合外力提供向心力,它沿着半径的方向指向圆心,并且大小恒定;当物体做变速圆周运动时,合外力指向圆心的分力提供向心力,而合外力在切线方向上的分力用以改变速度的大小。
几个特例:(1)“向心力”可能是重力(万有引力)。
如图9—5(a)所示。
人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动,卫星受到的万有引力提供向心力。
(2)“向心力”可能是弹力。
如图9-5(b)所示.物体在光滑平面上,在绳的拉力作用下做匀速圆周运动,拉力(弹性力)提供向心力.(3)“向心力”可能是摩擦力。
如图9—5(c)所示。
物体随转盘做匀速圆周运动,摩擦力提供向心力。
(4)“向心力”可能是重力、弹力的合力沿半径方向的分力。
如图9—5(d)所示。
摆球做变速圆周运动,摆线的拉力与重力在摆线方向的分力共同提供向心力。
分析匀速圆周运动向心力来源的步骤:(1)确定匀速圆周运动的圆周轨道所在平面;(2)找出轨道圆心的位置,接着对物体进行受力分析;(3)找出这些力指向圆心方向的合外力,这就是向心力.【考题2】如图9—2所示,被一细绳系住的小球质量为m ,小球在水平面内做半径为r 的匀速圆周运动。
小球做匀速圆周运动的角速度为ω,则小球受几个力的作用?各是什么性质的力?向心力是由什么力提供的?【解析】小球受到的重力mg 和细绳拉力T 两个力的作用。
一个是由于地球吸引而产生的重力,一个是由于细绳发生弹性形变而产生的弹力.由向心力公式知,向心力大小F 向=m ω2r 。
由于小球在水平面内做匀速圆周运动,在竖直方向上始终没有运动,所以将细绳的拉力分别沿水平方向和竖直方向进行正交分解,则T 的竖直分力必与小球的重力等大反向相互抵消,水平面内只有T 的水平分力,它就是小球受到的向心力。
所以说,向心力是由细绳拉力的水平分力提供的。
或由拉力和重力的合力提供的。
【变式2—1】狗拉雪橇沿位于水平面内的圆弧形道路匀速率行驶,图9-3为四个关于雪橇受到的牵引力F 及摩擦力F ,的示意图(O 为圆心),其中正确的是( ).【变式2—2】如图9-4所示,在匀速转动的圆筒内壁上紧靠着一物体P ,它随圆筒一起转动,若想使P 相对于圆筒静止,则物体所受向心力为:A. 重力B. 弹力C. 静摩擦力D. 滑动摩擦力 考点3 向心力大小的计算向心力22222)2()2()2(n mr f mr Tmr mr r v m F n πππω=====。
在不同情景中应选用不同的表达式。
把向心加速度的表达式代入牛顿第二运动定律,可得 22222)2()2()2(n mr f mr Tmr mr r v m F n πππω===== . 向心力公式,不仅是为了计算向心力的,它同时也反映了物体所受合外力、质量、线速度、轨道半径四个物理量在匀速圆周运动中的对应关系,要使物体做匀速圆周运动,这些物理量必须恰好满足这一关系。
也就是说这个关系和匀速圆周运动是互为充要条件的。
圆周运动中如果涉及弹簧的问题,弹簧的长度通常会随着物体运动速度的变化而变化,要注意圆周运动的半径和弹簧伸长量之间的关系。
【考题3】如图9-6所示,弹簧一端固定在转轴上,另一端与小球相连,小球在光滑的水平面上绕轴做匀速圆周运动。
若弹簧原来的长度为0.5m ,劲度系数为2000N/m ,小球的质量为225πkg ,当小球转动的周期为0.4s 时,弹簧的伸长量是多少?【解析】设弹簧的伸长量为x ,则有 20)2)((Tx l m kx π+= 代入数据解得x =0.016m .【变式3—1】如图9—7所示,质量相等的两个小球A 、B ,用一根轻绳相连,另用一根绳的两端分别连接轴O 和B 球,让两小球绕轴0在光滑的水平桌面上以相同的角速度做圆周运动。
若OB 绳上的拉力为F 1.AB 绳上的拉力为F 2,0B =AB ,则( ).A .F 1:F 2=2:3B .F 1:F 2=3:2C .F 1:F 2=5:3D .F 1:F 2=2:1【变式3—2】在水平转动的圆盘上距转动中心10cm 处,放着的物块随圆盘一起转动。
若物块质量m =0.1kg ,圆盘转速为n =l r/s ,求物块与圆盘间的静摩擦力。
考点4 匀速圆周运动与变速圆周运动的区别匀速圆周运动的向心力等于合外力,变速圆周运动的向心力不等于合外力,合外力也不指向圆心,向心力仅是合外力在沿半径方向的分量。
(1)做变速圆周运动的物体,若其速度大小发生变化,则向心加速度和向心力都会相应地发生变化。
仅有向心加速度的圆周运动是匀速圆周运动,同时具有向心加速度和切向加速度的圆周运动才是变速圆周运动。
只有在匀速圆周运动中,合外力才是向心力。
合外力的方向才指向圆心(这是做匀速圆周运动的条件)。
当物体做变速圆周运动时,物体所受的合外力不再指向圆心,由此也产生了两个加速度:一是切向加速度a τ;二是法向加速度,即向心加速度a n 。
(2)向心力和向心加速度的瞬时性物体做变速圆周运动时,向心力和向心加速度的大小也是变化的。
所有关于向心力和向心加速度的公式虽然是从匀速圆周运动中得出的,但它们对变速圆周运动仍然适用.应用时要注意F 、a 、ω、v 必须是同一时刻的瞬时值。
在变速圆周运动中,求物体在某一点受到的向心力时,应该使用该点的瞬时速度。
【考题4】如图9-8所示,光滑水平面上钉有两个钉子A 和B ,相距为20cm ,用长度为1m 的细绳,一端系一只质量为0.4kg 的小球,另一端固定在钉子A 上。
开始时小球与钉子A 、B 均在同一直线上,然后使小球以2m/s 的速度开始在水平面上做匀速圆周运动,若绳子能承受的最大张力是4N ,那么从开始到绳断所经历的时间有多长?【解析】小球开始在水平面上做匀速圆周运动,当绳碰到B 后,小球做匀速圆周运动的半径减小,由于小球在切线方向不受力,因此小球的线速度不变。
根据rv m F 2=可知,当r 减小时,F 增大,随着绳子在A 、B 上缠绕,r 越来越小,F 越来越大。
当F 超出所能承受的最大极限时,绳就会断裂,因此应先求出绳子张力达到最大值时对应的最小半径。
小球每运动半周,其圆心改变一次,半径减小0.2m ,分析小球由r =1m 到r min 所转过的圈数,由线速度定义式tx v =即可求出运动的最长时间。
由r v m F 2=可知,随着r 的减小,F 增大。
当F =4N 时,最小半径m Fmv r 4.02min ==.若半径小于0.4m ,则绳子的拉力将大于4N ,绳被拉断。
而小球每转半周,其半径减小0.2m 。
故小球半径依次为:m l 0.11=、m l 8.02=、m l 6.03=、m l 4.04=,所用时间为:111v l t π=、222v l t π=、33v l t π=、444v l t π=;则运动总时间为:s s t t t t t ππ4.1)4.06.08.00.1(24321=+++=+++=【变式4—1】如图9-9所示,质量为m 的滑块与轨道间的动摩擦因数为,当滑块从A 滑到B 的过程中,受到的摩擦力的最大值为F ,则( ).A .F =μmgB .F <μmgC .F >μmgD .无法确定F 与μmg 的大小关系考点5 水平面内匀速圆周运动临界状态分析水平面内做匀速圆周运动的物体一般由弹力、静摩擦力等力提供向心力。
确定出维持物体做匀速圆周运动的临界条件是解题关键。
1.明确研究对象。
2.确定研究对象运动的轨道平面和圆心的位置,画出运动轨迹。
确定研究对象运动的轨道平面和圆心的位置,是为了确定向心力的方向。
例如,沿半球形碗的光滑内表面,球在水平面上做匀速圆周运动,如图9—13所示,小球做圆周运动的圆心在与小球同一水平面上的O ’点.而不在球心0(圆周运动的圆心一定在物体做圆周运动的轨道平面内)。
3.对物体正确地进行受力分析,寻求向心力的来源。
向心力是按力的作用效果命名的,不是一种新的性质的力。
向心力可以由某一个力提供,也可以由某个力的分力或几个力的合力提供。
对物体进行受力分析后,找出沿着轨道半径,指向圆心方向的合力,这个合力就是向心力.4.根据牛顿第二定律列方程。
【考题5】如图9-10所示,细绳一端系着质量M =0.6kg 的物体,静止在水平面上,另一端通过光滑小孔吊着质量m =0.3kg 的物体,M 的中点与圆孔距离为0.2m ,并知M 和水平面的最大静摩擦力为2N ,现使此平面绕中心轴线转动,问角速度在什么范围内m 会处于静止状态?(g 取lOm/s 2)【解析】设物体M 和水平面保持相对静止,当角速度具有最小值时,M 有向圆心运动的趋势,所以M 受到的静摩擦力方向沿半径向外,且等于最大静摩擦力,隔离M 分析受力有:21ωmr f T m =- 又 mg T =,得:s rad mrf T m /9.21≈-=ω. 当角速度具有最大值时,M 有离开圆心运动的趋势,M 所受到的最大静摩擦力方向指向圆心,隔离M 分析受力有:22ωmr f T m =+ 又 mg T =,得:s rad mrf T m /5.62≈+=ω. 所以,角速度的范围是:s rad s rad /5.6/9.2≤≤ω【变式5—1】如图9—11所示.一个内壁光滑的圆锥简的轴线垂直于水平面,圆锥筒固定不动,有两个质量相同的小球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。