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：
- 1 - 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 Fn＝mv2r ＝mω2r
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Ft：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Fn：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？ - 2 -
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。
1
2．向心力
第1课时 实验：探究向心力大小的表达式
(1)有控制变量的意识，能制订科学探究方案．
(2)能制订探究方案，选用合适的器材获得数据．
(3)能分析实验数据，总结向心力大小的表达式，形成结论．
(4)能撰写简单的报告，对实验探究过程与结果进行交流和反思．
一、实验目的
1．定性分析向心力大小的影响因素．
2．学会使用向心力演示器．
3．探究向心力与质量、角速度、半径的定量关系．
二、基本思想：控制变量法
三、实验设计——各个物理量的测量和调整方法
1．向心力的测量：由塔轮中心标尺露出的等分格的读数读出．
2．质量的测量：用天平直接测量．质量的调整：选用不同的钢球和铝球．
3．轨道半径的测量：根据长、短槽上的刻度读出小球到转轴的距离．
轨道半径的调整：改变小球放置在长、短槽上的位置．
4．角速度的测量：通过测量变速塔轮的直径确定角速度的比值．
角速度的调整：改变皮带所连接的变速塔轮．
四、探究过程 2
知识点一 影响向心力大小因素的定性分析
典例示范
【例1】 为了探究物体做匀速圆周运动时，向心力与哪些因素有关，某同学进行了如下实验：如图甲所示，绳子的一端拴一个小沙袋，绳上离小沙袋L处打一个绳结A，2L处打另一个绳结B．请一位同学帮助用秒表计时．如图乙所示，做了四次体验性操作．
操作1：手握绳结A，使沙袋在水平面内做匀速圆周运动，每秒运动1周，体验此时绳子拉力的大小．
操作2：手握绳结B，使沙袋在水平面内做匀速圆周运动，每秒运动1周，体验此时绳子拉力的大小．
操作3：手握绳结A，使沙袋在水平面内做匀速圆周运动，每秒运动2周，体验此时绳子拉力的大小．
操作4：手握绳结A，增大沙袋的质量到原来的2倍，使沙袋在水平面内做匀速圆周运动，每秒运动1周，体验此时绳子拉力的大小．
(1)操作2与操作1中，体验到绳子拉力较大的是________；
(2)操作3与操作1中，体验到绳子拉力较大的是________； 3
第6节
向心力
1．理解向心力是一种效果力，其效果是产生向心加速度，方向总是指向圆心．
2．知道向心力大小与哪些因素有关，并能用来进行计算．(重点)
3．知道在变速圆周运动中向心力为合力沿半径方向的分力．(难点)
一、向心力
1．定义：做圆周运动的物体所受到的指向圆心方向的合力叫向心力．
2．方向：始终沿半径指向圆心．
3．计算式：(1)Fn＝mv2r；(2)Fn＝mω2r．
二、变速圆周运动和一般的曲线运动
1．变速圆周运动：同时具有向心加速度和切向加速度的圆周运动．
2．一般的曲线运动的处理方法
一般的曲线运动，可以把曲线分割成许多极短的小段，每一小段可看做一小段圆弧．研究质点在每一小段的运动时，可以采用圆周运动的分析方法进行处理．
3．变速圆周运动的受力分析：做变速圆周运动的物体所受的合力并不指向圆心．这一力F可以分解为互相垂直的两个力：跟圆周相切的分力Ft和指向圆心方向的分力Fn．物体做加速圆周运动时，合力方向与速度方向夹角小于90°，如图甲所示，其中Ft使v增大，Fn使v改变方向．同理，F与v夹角大于90°时，Ft使v减小，Fn改变v的方向，如图乙所示．
判一判 (1)做匀速圆周运动的物体的向心力是恒力． ( )
(2)向心力和重力、弹力一样，都是根据性质命名的．( )
(3)向心力可以是物体受到的某一个力，也可以是物体受到的合力．( )
(4)变速圆周运动的向心力并不指向圆心．( )
(5)变速圆周运动的向心力大小改变．( )
(6)做变速圆周运动的物体所受合力的大小和方向都改变．( )
提示：(1)× (2)× (3)√ (4)× (5)√ (6)√
做一做 (多选)如图所示，用细绳拴一小球在光滑桌面上绕一铁钉(系一绳套)做匀速圆周运动，关于小球的受力，下列说法正确的是(
)
A．重力、支持力、绳子拉力
B．重力、支持力、绳子拉力和向心力
C．重力、支持力、向心力
