2019-2020年高一物理 第五章 曲線運(yùn)動 五、向心力、向心加速度(第一課時(shí)) 人教大綱版第一冊.doc

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2019-2020年高一物理 第五章 曲線運(yùn)動 五、向心力、向心加速度(第一課時(shí)) 人教大綱版第一冊 ●本節(jié)教材分析 物體做勻速圓周運(yùn)動的條件是它所受的合外力總跟速度的方向垂直，沿半徑指向圓心.其作用效果是產(chǎn)生向心力，所以，向心力并不是一個(gè)額外的力，它是做勻速圓周運(yùn)動的物體所受各個(gè)力的合力，是由作用效果而命名的力. 在分析做勻速圓周運(yùn)動的物體的受力情況時(shí)，首先應(yīng)該把物體所受的各個(gè)力找出并畫在受力圖上，然后畫出圓軌道，確定圓心的位置，這樣才能定下這幾個(gè)力的合力即向心力的方向，再用牛頓第二定律建立方程. 總之，本節(jié)著重從動力學(xué)的角度研究勻速圓周運(yùn)動，圍繞著向心力、向心加速度與哪些因素有關(guān)展開，在教學(xué)時(shí)應(yīng)圍繞概念正確理解和應(yīng)用，并注意各個(gè)表達(dá)式的適用條件. ●教學(xué)目標(biāo) 一、知識目標(biāo) 1.理解向心力及其方向和作用. 2.掌握向心力的求解公式. 3.理解向心加速度的產(chǎn)生，掌握向心加速度的公式. 4.能根據(jù)向心力、向心加速度知識解釋有關(guān)現(xiàn)象，求解有關(guān)問題. 二、能力目標(biāo) 1.學(xué)習(xí)用運(yùn)動和力的關(guān)系分析問題. 2.提高學(xué)生的觀察和分析能力. 三、德育目標(biāo) 通過a與v與ω、v之間關(guān)系的討論，使學(xué)生明確每一個(gè)結(jié)論都有其成立的條件，滲透科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃季S方式. ●教學(xué)重點(diǎn) 1.向心力和向心加速度概念的教學(xué). 2.明確向心力的意義、作用、公式及其變形. ●教學(xué)難點(diǎn) 如何運(yùn)用向心力、向心加速度的知識解釋有關(guān)現(xiàn)象. ●教學(xué)方法 實(shí)驗(yàn)法、講授法、歸納推理法、分層教學(xué)法. ●教學(xué)用具 投影儀、CAI課件、向心力演示器、鋼球、木球和細(xì)繩. ●課時(shí)安排 1課時(shí) ●教學(xué)過程 ［投影］本節(jié)課的學(xué)習(xí)目標(biāo) 1.理解向心力和向心加速度的概念. 2.知道向心力大小與哪些因素有關(guān)，并能用來計(jì)算. 學(xué)習(xí)目標(biāo)完成過程 一、導(dǎo)入新課 1.復(fù)習(xí)提問(B層次) ［投影］ ①勻速圓周運(yùn)動的性質(zhì)、特點(diǎn). ②描述勻速圓周運(yùn)動快慢的各個(gè)物理量及其相互關(guān)系. ［學(xué)生活動設(shè)計(jì)］ ①獨(dú)立思考、回顧. ②鼓勵主動作答. 2.導(dǎo)入 上一節(jié)所學(xué)是從運(yùn)動學(xué)角度來研究勻速圓周運(yùn)動.本節(jié)我們從動力學(xué)角度來進(jìn)一步研究勻速圓周運(yùn)動. 二、新課教學(xué) (一)向心力 ［演示并模擬］ 繩的一端拴一小球，手執(zhí)另一端使小球在光滑水平面上做勻速圓周運(yùn)動. ［學(xué)生活動］ 1.觀察小球運(yùn)動情況. 2.分析小球受力特點(diǎn). ［同學(xué)歸納知識點(diǎn)］ 小球受重力、支持力、繩的拉力而做勻速圓周運(yùn)動. ［點(diǎn)撥拓展］ 由于豎直方向小球不運(yùn)動，故重力、支持力合力為零，那么水平方向上的勻速圓周運(yùn)動效果由水平面上的繩的拉力效果來提供. ［設(shè)疑引申］ 這個(gè)力的方向有什么特點(diǎn)？跟速度方向有何關(guān)系？ ［學(xué)生活動］ 互相討論 ［師生互動］ 從方向上來看，這個(gè)力的方向在變，且始終指向圓心，始終跟速度方向垂直.(半徑與切線垂直) ［定義］板書 向心力指的是物體做勻速圓周運(yùn)動的力，方向總是沿半徑指向圓心. ［引申拓展］ 向心力的作用是什么？ ［學(xué)生活動］ 結(jié)合向心力與速度的特點(diǎn)討論作答. ［結(jié)論］ 向心力的作用僅僅是改變速度的方向，并不改變速度的大小. ［強(qiáng)化訓(xùn)練］ 投影 1.月球繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)的向心力是什么力提供的？ 2.在圓盤上放一個(gè)小物塊，使小物塊隨圓盤一起做勻速圓周運(yùn)動，分析小物塊受幾個(gè)力？向心力由誰提供？ 參考答案： 1.月球和地球間的萬有引力 2.小物塊受重力、支持力和靜摩擦力，靜摩擦力提供向心力 ［題后總結(jié)］ 剛才幾個(gè)問題中的向心力也即其所受力的合力.因此可以說，勻速圓周運(yùn)動中，向心力由其所受合外力來提供. ［過渡］ 上面主要討論了向心力的方向，接下來研究向心力的大小跟什么因素有關(guān). (二)向心力的大小. 1.實(shí)驗(yàn)猜想 ［學(xué)生活動設(shè)計(jì)］ ①分組用細(xì)線拉小鋼球、小木球讓其做勻速圓周運(yùn)動，改變小球的轉(zhuǎn)速，細(xì)線的長度多做幾次. ②由自己的感覺(受力)猜測向心力的大小與哪些因素有關(guān). ［教師引導(dǎo)猜測結(jié)論歸納］ 向心力大小可能與物體的質(zhì)量、角速度、線速度、半徑有關(guān). ［過渡］ 那么猜想是否正確呢？下面通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn). 2.實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 ［演示］ 1.用實(shí)物投影儀、投影向心力演示器 2.逐一介紹向心力演示器的構(gòu)造和使用方法 ①構(gòu)造(略)——主要介紹各部分的名稱 ②使用方法： 勻速轉(zhuǎn)動手柄1，可以使塔輪2和3以及長槽4和短槽5隨之勻速轉(zhuǎn)動，槽內(nèi)的小球就做勻速圓周運(yùn)動，使小球做勻速圓周運(yùn)動的向心力由橫臂6的擋板對小球的壓力提供，球?qū)醢宓姆醋饔昧νㄟ^杠桿的作用力使彈簧測力套筒7下降，從而露出標(biāo)尺8，標(biāo)尺8上露出的紅白相間等分格子可顯示出兩個(gè)球所受向心力的比值. 3.操作方法 ①用質(zhì)量不同的鋼球和鋁球，使它們的運(yùn)動半徑r和角速度ω相同，觀察并分析向心力與物體質(zhì)量之間的關(guān)系. ②用兩個(gè)質(zhì)量相同的小球，保持小球轉(zhuǎn)動的半徑相同，觀察并分析向心力與角速度之間的關(guān)系. ③用兩個(gè)質(zhì)量相同的小球，保持小球運(yùn)動的角速度相同，觀察并分析向心力與運(yùn)動半徑之間的關(guān)系. ［學(xué)生活動］到演示臺上操作并觀察 ［總結(jié)歸納］ 1.大家的猜想正確 2.具體關(guān)系 ①在運(yùn)動半徑r和角速度ω相同時(shí)，向心力與質(zhì)量成正比，F(xiàn)∝m. ②在質(zhì)量和運(yùn)動半徑一定時(shí)，角速度越大，向心力越大. ③在質(zhì)量和角速度一定時(shí)，運(yùn)動的半徑越大，向心力越大，F(xiàn)∝r ［教師介紹］經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)證明： 向心力的大小跟物體的質(zhì)量m、圓周半徑r和角速度ω有關(guān)，m越大，r越大，ω越大，則向心力F也越大. 定量計(jì)算公式：F=mrω2 ［學(xué)生活動］ 推導(dǎo)F與v的關(guān)系 ［投影］ 推導(dǎo)過程 ［強(qiáng)化訓(xùn)練］ 一端固定在光滑水平面上O點(diǎn)的細(xì)線，A、B、C各處依次系著質(zhì)量相同的小球A、B、C，如下圖所示，現(xiàn)將它們排成一直線，并使細(xì)線拉直，讓它們在桌面內(nèi)繞O點(diǎn)做圓周運(yùn)動.如果增大轉(zhuǎn)速，細(xì)線將在OA、AB、BC三段線中的哪一段先斷掉？ 參考答案： ①同一繩承受力相同 ②轉(zhuǎn)速大時(shí)，實(shí)際拉力大的先斷. ③FC=m4π2()2rC FB=m4π2()2(rB+rC) FA=m4π2()2(rA+rB+rC) FA＞FB＞FC. 所以三段線中OA段最先斷. (三)向心加速度 1.［方法滲透］確定加速度的有無. ①定義法. ［師生互動分析］ a= 在勻速圓周運(yùn)動中，線速度大小雖不變，但方向一直在變，故Δv=vt－v0≠0 所以a=≠0 ②牛頓定律法 ［師生互動分析］ a=.而勻速圓周運(yùn)動中，F(xiàn)合提供向心力，則自然存在加速度，且方向同向心力方向，即指向圓心，所以稱其為向心加速度. ［過渡］ 如何確定具體的加速度大小、方向呢？ ［學(xué)生活動］ 由牛頓第二定律結(jié)合向心力分析. ［師生互動歸納］ 2.向心加速度的大小和方向 (1)向心加速度的大小 (2)向心加速度的方向 3.［點(diǎn)撥討論］ (1)加速度是一個(gè)描述速度變化快慢的物理量.但在勻速圓周運(yùn)動中，速度大小是不變的，那么向心加速度有什么意義呢？ (2)由a=可判定a與r成反比，可又由a=rω2判定a與r成正比.到底哪個(gè)正確呢？ ［學(xué)生活動］ A層次：獨(dú)立思考. B層次：討論分析. C層次：教師指導(dǎo)分析. ［投影］ ［結(jié)論］ (1)在勻速圓周運(yùn)動中，向心加速度反映做勻速圓周運(yùn)動的物體的速度方向的變化快慢. (2)不管是正比還是反比，都得在某量不變時(shí)確定.當(dāng)v不變時(shí)可說a與r成反比，當(dāng)ω不變時(shí)可說a與r成正比. 三、小結(jié) 1.教師歸納 本節(jié)從兩大部分來研究勻速圓周運(yùn)動，一從向心力，二從向心加速度，其中的物理意義和方向是要求特別注意之處. 2.學(xué)生歸納. A層次：獨(dú)立歸納，深入理解. B層次：討論歸納，歸納重點(diǎn)知識點(diǎn). C層次：理清知識脈絡(luò)，識記主要知識點(diǎn). 四、作業(yè) 1.復(fù)習(xí)本節(jié) 2.課后作業(yè) 3.預(yù)習(xí)下一節(jié) 4.查找相關(guān)資料 五、板書設(shè)計(jì) 六、本節(jié)優(yōu)化訓(xùn)練設(shè)計(jì) 1.關(guān)于質(zhì)點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動的下列說法中，錯誤的是( ) A.由a=可知，a與r成反比 B.由a=ω2r可知，a與r成正比 C.由v=ωr可知，ω與r成反比 D.由ω=2πn可知，ω與n成反比 2.如圖所示的兩輪以皮帶傳動，沒有打滑，A、B、C三點(diǎn)的位置關(guān)系如圖，若r1>r2，O1C=r2,則三點(diǎn)的向心加速度的關(guān)系為( ) A.aA=aB=aC B.aC>aA>aB C.aCaA 3.下列關(guān)于向心力的說法中，正確的是( ) A.物體由于做圓周運(yùn)動產(chǎn)生了一個(gè)向心力 B.做勻速圓周運(yùn)動的物體，其向心力為其所受的合外力 C.做勻速圓周運(yùn)動的物體，其向心力不變 D.向心加速度決定向心力的大小 4.有長短不同、材料相同的同樣粗細(xì)的繩子，各拴著一個(gè)質(zhì)量相同的小球在光滑水平面上做勻速圓周運(yùn)動，那么( ) A.兩個(gè)小球以相同的線速度運(yùn)動時(shí)，長繩易斷 B.兩個(gè)小球以相同的角速度運(yùn)動時(shí)，長繩易斷 C.兩個(gè)球以相同的周期運(yùn)動時(shí)，短繩易斷 D.不論如何，短繩易斷 5.一質(zhì)量為m的木塊，由碗邊滑向碗底，碗內(nèi)表面是半徑為r的球面，由于摩擦力的作用，木塊運(yùn)動的速率不變，則( ) A.木塊的加速度為零 B.木塊所受合外力為零 C.木塊所受合外力的大小一定，方向改變 D.木塊的加速度大小不變 6.關(guān)于向心加速度，下列說法正確的是( ) A.它描述的是線速度方向變化的快慢 B.它描述的是線速度大小變化的快慢 C.它描述的是向心力變化的快慢 D.它描述的是轉(zhuǎn)速的快慢 7.如圖所示，原長為L的輕質(zhì)彈簧，勁度系數(shù)為k，一端系在圓盤的中心O，另一端系一質(zhì)量為m的金屬球，不計(jì)摩擦.當(dāng)盤和球一起旋轉(zhuǎn)時(shí)彈簧伸長量為ΔL,則盤旋轉(zhuǎn)的向心加速度為 ，角速度為 . 8.小球做勻速圓周運(yùn)動，半徑為R，向心加速率為a，則( ) A.小球受到的合力是一個(gè)恒力 B.小球運(yùn)動的角速度為 C.小球在時(shí)間t內(nèi)通過的位移為r D.小球的運(yùn)動周期為2π 9.汽車在半徑為R的水平彎道上轉(zhuǎn)彎，車輪與地面的摩擦系數(shù)為μ，那么汽車行駛的最大速率為 . 參考答案： 1.ABCD 2.C 3.B 4.B 5.CD 6.A 7. 8.BD 9.