物理必修2向心力
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教学设计:2024秋季人教版高中物理必修第二册第六章圆周运动《向心力》教学目标(核心素养)1.物理观念:理解向心力的概念,掌握向心力是物体做圆周运动时所受合力的表现,明确向心力不是物体受到的某种新力,而是按效果命名的力。
2.科学思维:通过实例分析,学会运用牛顿第二定律分析圆周运动中向心力的来源,培养逻辑推理和问题解决能力。
3.科学探究:通过实验或模拟实验,观察不同条件下物体做圆周运动时的现象,探究向心力大小与哪些因素有关,提升科学探究能力。
4.科学态度与责任:认识圆周运动在日常生活和科学技术中的应用,如汽车转弯、天体运动等,激发探索自然规律的兴趣,培养用物理知识解决实际问题的意识。
教学重点•向心力的概念及其来源。
•理解和应用向心力公式F=mrv2=mrω2。
教学难点•理解向心力是效果力,不是物体实际受到的力。
•灵活运用向心力公式分析解决实际问题。
教学资源•多媒体课件(包含圆周运动视频、动画演示)。
•实验器材(如向心力演示器、小球、细绳、滑轮等)。
•教材、教辅资料及网络教学资源。
教学方法•讲授法结合演示法:通过教师讲解和实验演示,直观展示圆周运动及向心力的概念。
•探究学习法:引导学生设计实验,探究向心力大小与哪些因素有关。
•讨论交流法:组织学生分组讨论,分享对向心力理解的心得,促进思维碰撞。
教学过程导入新课•情境导入:播放一段汽车高速转弯时轮胎与地面摩擦产生响声的视频,提问学生:“为什么汽车能顺利转弯而不冲出路面?是什么力在起作用?”引发学生思考,引出圆周运动及向心力的概念。
新课教学1.概念建立:•讲解圆周运动的基本特点,强调物体做圆周运动时方向时刻改变,需要有力来改变其运动状态。
•引入向心力概念,解释向心力是使物体产生向心加速度、维持圆周运动所需的合力,不是物体实际受到的力,而是按效果命名的。
2.公式推导:•利用牛顿第二定律,从速度变化的角度推导向心力公式F=mrv2,解释公式中各物理量的含义。
听课记录:2024秋季人教版高中物理必修第二册第六章圆周运动《向心力》一、教学目标(核心素养)•物理观念:理解向心力的概念,掌握向心力在圆周运动中的作用及其来源。
•科学思维:通过逻辑推理和实验观察,分析向心力与物体运动状态的关系,培养物理模型建构能力。
•科学探究:通过实验或实例分析,探究向心力对圆周运动稳定性的影响。
•科学态度与责任:培养严谨的科学态度和实事求是的精神,认识到向心力在日常生活和工程技术中的重要性。
二、导入•教师行为:展示一段视频或动画,展示不同物体在圆周运动中的运动状态,如过山车、摩天轮、自行车轮等。
引导学生观察并思考:“这些物体为什么能够持续做圆周运动而不被甩出?是什么力在起作用?”•学生活动:观看视频或动画,积极思考教师提出的问题,尝试从物理学的角度解释物体能够持续做圆周运动的原因。
•过程点评:通过直观的视频或动画导入,有效激发了学生的学习兴趣和探究欲望。
问题设置具有启发性,引导学生主动思考向心力的概念和作用。
三、教学过程3.1 向心力的概念•教师行为:讲解向心力的定义,即指向圆心、使物体产生向心加速度的力。
通过实例分析(如小球在细绳牵引下做圆周运动),解释向心力是如何产生并维持圆周运动的。
•学生活动:认真听讲,理解向心力的概念和产生原因。
通过笔记或思维导图等方式,整理所学知识。
•过程点评:教师通过实例讲解,使抽象的向心力概念变得具体可感。
学生积极参与,对向心力的理解更加深入。
3.2 向心力的来源•教师行为:引导学生分析不同圆周运动中向心力的来源。
例如,在水平面内的匀速圆周运动中,向心力由绳子的拉力或轨道的支持力提供;在竖直平面内的圆周运动中,向心力可能由重力和拉力的合力提供。
通过公式推导和实例分析,让学生明确向心力的具体计算方法。
•学生活动:分组讨论,针对不同圆周运动实例分析向心力的来源和计算方法。
通过小组讨论和合作学习,加深对向心力来源和计算方法的理解。
•过程点评:通过分组讨论和合作学习,学生不仅掌握了向心力的计算方法,还学会了如何将理论知识应用于实际问题中。
第六章 圆周运动2.向心力 第1课时 向心力【课标定向】1.通过实验,探究并了解匀速圆周运动向心力大小与半径、角速度、质量的关系。
2.能用牛顿第二定律分析匀速圆周运动的向心力。
【素养导引】1.理解向心力的概念及其特点、表达式。
(物理观念)2.通过比较,知道变速圆周运动的合力与向心力的大小与方向。
(科学思维) 3.利用向心力演示器探究向心力大小的表达式。
(科学探究)一、向心力定义 做匀速圆周运动的物体受到总指向圆心的合力方向 始终沿着半径指向圆心 特点 只改变速度的方向 效果力 根据力的作用效果命名表达式F n =m v 2r=m ω2r二、变速圆周运动和一般曲线运动 1.变速圆周运动合力的作用效果: 变速圆周运动的合力产生两个方向的效果:(1)跟圆周相切的分力F t :与物体运动的方向平行,改变线速度的大小。
(2)指向圆心的分力F n :与物体运动的方向垂直,改变线速度的方向。
2.一般曲线运动:(1)曲线运动:运动轨迹既不是直线也不是圆周的曲线运动,称为一般的曲线运动,如图所示。
(2)处理方法:将曲线分割成为许多很短的小段,这样,质点在每一小段的运动都可以看作圆周运动的一部分。
[思考] 如图为公路自行车比赛中运动员正在水平路面上做匀速圆周运动。
若将运动员与自行车看成整体,则运动员转弯时所需向心力的来源如何?所受的合力方向及作用效果是什么?提示:运动员转弯时所需向心力由重力、支持力和地面对车轮的摩擦力的合力提供。
合力指向圆心,充当向心力,改变速度的方向。
如图,一辆汽车正匀速通过一段弯道公路。
判断以下问题:1.汽车受到的合力为零。
( ×)2.汽车做圆周运动的向心力由汽车的牵引力提供。
( ×)3.汽车做圆周运动的向心力既可以改变汽车速度大小,也可以改变汽车速度方向。
( ×)一、向心力的理解及来源分析如图所示,飞机在空中水平面内做匀速圆周运动;滑冰运动员在水平面内做匀速圆周运动。
向心力知识集结知识元向心力知识讲解一、向心力1.定义:在圆周运动中产生向心加速度的力;2.作用效果:改变线速度的方向,不改变线速度的大小;3.方向:沿半径指向圆心,方向时刻变化,即向心力是个变力;4.大小:5.来源:向心力可以由某一个力提供,也可以由几个力的合力提供,要根据物体受力的实际情况判定.二、匀速圆周运动1.定义:如果物体沿着圆周运动,并且线速度的大小处处相等,这种运动叫做匀速圆周运动;2.特点:(1)线速度的大小恒定,角速度、周期和频率都是恒定不变的,向心加速度和向心力的大小也都是恒定不变的;(2)合外力全部提供向心力;3.条件:合外力大小不变,方向始终与速度方向垂直且指向圆心;4.性质:匀速圆周运动是速度大小不变而速度方向时刻在变的变速曲线运动,并且是加速度大小不变,方向时刻变化的变速曲线运动;三、变速圆周运动做变速圆周运动的物体,不仅线速度大小、方向时刻在改变,而且加速度的大小、方向也时刻在改变.变速圆周运动的合力不指向圆心,变速圆周运动所受的合力产生两个效果:1.半径方向的分力:产生向心加速度而改变速度方向.2.切线方向的分力:产生切线方向加速度而改变速度大小.故利用公式求圆周上某一点的向心力和向心加速度的大小,必须用该点的瞬时速度值.四、求解向心力的一般步骤1.确定圆周运动轨迹所在平面;2.确定圆心位置;3.对物体进行受力分析;4.将外力沿半径与垂直于半径方向正交分解;5.求沿半径方向合力,即为向心力.例题精讲向心力例1.'如图所示,一长为L的细绳一端固定在天花板上,另一端与一质量为m的小球相连接.现使小球在一水平面上做匀速圆周运动,此时细绳与竖直方向的夹角为θ.不计空气阻力,重力加速度为g.(1)求维持小球做圆周运动的向心力的大小;(2)求小球做圆周运动线速度的大小;(3)求小球做圆周运动的周期.'例2.'如图所示,有一内壁光滑的试管装有质量为1g的小球,试管的开口端封闭后安装在水平轴O上,转动轴到管底小球的距离为5cm,让试管在竖直平面内做匀速转动.问:(1)转动轴达某一转速时,试管底部受到小球的压力的最大值为最小值的3倍,此时角速度多大?(2)当转速ω=10rad/s时,管底对小球的作用力的最大值和最小值各是多少?(g取10m/s2)'例3.'如图所示,半径为R,内径很小的光滑半圆管竖直放置,两个质量均为m的小球A、B 以不同速率进入管内,A通过最高点C时,对管壁上部的压力为3mg,B通过最高点C时,对管壁下部的压力为0.75mg.求:(1)在最高点A、B两球的速度V A、V B(2)A、B两球落地点间的距离.'例4.如'图所示,水平转盘上放有质量为m的物块,当物块到转轴的距离为r时,连接物块和转轴的绳刚好被拉直(绳上张力为零)。
a n,则(例3、如图所示,地球绕轴以角速度ω旋转,A、B为球体上两点。
下列说法中正确的是()A.A、B两点具有相同的角速度B.A、B两点具有相同的线速度
C.A、B两点具有相同的向心加速度
D.A、B两点的向心加速度方向都指向球心
例4、物体做匀速圆周运动时,下列关于物体受力情况的说法中正确的是
( )
A.必须受到恒力的作用 B.物体所受合力必须等于零
C.物体所受合力一定指向圆心
D.物体所受合力大小不变,方向不断改变
例5、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
例6、如图所示,小物体A与圆盘保持相对静止,跟着圆盘一起做匀速圆周
运动,则A的受力情况是:()
A.受重力、支持力
B.受重力、支持力和指向圆心的摩擦力
C.受重力、支持力、向心力、摩擦力 D.以上均不正确
例7、如图所示,为一皮带传动装置,右轮半径为r,a为它边缘上一点;左侧是一轮轴,大轮半径为4r,小轮半径为2r,b点在小轮上,到小轮中心的距离为r。
c点和d点分别位于小轮和大轮的边缘上。
若传动过程中皮带不打滑,则:()
A.a点和b点的线速度大小相等
B.a点和b点的角速度大小相等
C.a点和c点的线速度大小相等
D.a点和d点的向心加速度大小相等
【针对训练】
1、下列说法正确的是()
A.匀速圆周运动是一种匀速运动.匀速圆周运动是一种匀变速运动C.匀速圆周运动是一种变加速运动
D.物体做圆周运动时其向心加速度垂直于速度方向,不改变线速度的大小
2、下列关于向心加速度说法正确的是()
A.加速度越大,物体速率变化越快; B.在匀速圆周运动中,向心加速度是恒定的C.向心加速度的方向始终与速度方向垂直; D.在匀速圆周运动中向心加速度是恒量。
3、关于向心加速度的物理意义,下列说法正确的是()
A它描述的是线速度方向变化的快慢 B.它描述的是周期变化快慢
C它是线速度大小变化的快慢 D.它描述的是角速度变化的快慢
L
m
θ
物体
∶
( )
与半
10、质量为m的木块从半球形的碗口下滑到碗底的过程中,如果由于摩擦力的作用,使得木块的速率不变,那么()
A.下滑过程中木块加速度为零 B.下滑过程中木块所受合力大小不变
C.下滑过程中木块受合力为零D.下滑过程中木块所受的合力越来越大。