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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 物理 必修 2 第五章：曲线运动教案与习题5.6 向心力 教学目标：学问与才能（1）明白向心力概念,知道向心力是依据力的成效命名的一种力；（2）知道向心力大小与哪些因素有关,能用牛顿其次定律分析匀速圆周运动的向心力；（3）知道一般圆周运动的处理方法；（谁供应向心力）过程与方法（1）通过对向心力概念的探究体验,让同学懂得其概念的内涵；并熟识处理问题的一般方法：提出问题、分析问题、解决问题（2）在验证向心力表达式的过程中,体会物理试验在处理问题中的作用；（3）经受从匀速圆周运动到变速圆周运动再到一般曲线运动的争论过程,让同学领悟解决问题从特别到一
2、般的思维方法；并学会用力和运动的观点来分析、解决问题；情感态度与价值观（1）经受从自己提出问题到自己解决问题的过程,培育同学的问题意识及思维才能；（2）经受从特别到一般的争论过程,培育同学分析问题、解决问题的才能；（3）实例、试验紧密联系生活,拉近科学与同学的距离,使同学感到科学就在身边,调动同学学习的积极 性,培育同学的学习爱好；教学重点：懂得向心力的概念、公式及匀速圆周运动中供求关系,并能用来进行简洁的判定运算；会分析向心力的来源 教学难点：懂得向心力是一个成效力,会分析向心力的来源,懂得匀速圆周运动中由谁供应向心力 .教学方法：通过前一节向心加速度的学习,同学已经知道了向心加速度的方向指
3、向圆心,它描述了物体速度方向变 化的快慢；于是依据牛顿其次定律可知,这个加速度肯定是由于它受到了指向圆心的力；因此将向心加速度 的表达式代入牛顿其次定律即可得到向心力的表达式；但由于错误的体会或者说是思维定势,同学往往 认为向心力是一种新的力,因此“向心力不是一种新的力,而是依据作用成效命名的力”（即向心力的来源）对同学来说,将是个难点；本节课设计成了探究性学习课,即在老师创设情形,让同学自己提出想要知道的 问题,在老师的引导下,通过全班同学的争论,自评和互评来不断完善；老师在教学中通过详细的实例、实 验,激发同学的求知欲望,让同学主动参加到探究的过程,成为学习的主体,积极主动地猎取学问和才能
4、；新课引入：第 1页名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 物理 必修 2 第五章：曲线运动教案与习题引导：假如物体不受力,它将做匀速直线运动圆周运动不是直线运动,沿圆周运动的物体肯定受力 匀速圆周运动的物体,受的力是什么方向？考虑实例：月亮绕地球,月亮受力的方向？细绳拉着小球在光滑水平面上做圆周运动,小球所受合力的方向 引出： 匀速圆周运动 物体所受的 合力指向圆心 ,物体的 加速度也指向圆心；做圆周运动的物体为什么不沿直线飞去而是沿着一个圆周运动？那是由于它受到了力的作用；用手抡 着一个被绳系着的物体,使它做圆周运动,
5、是绳子的力在拉着它；月球围着地球转动,是地球对月球的引力 在“拉 ” 着它；做匀速圆周运动的物体具有向心加速度,依据牛顿其次定律,这个加速度肯定是由于它受到了指向圆 心的合力；这个合力就叫做向心力,即：一、基础学问：1、向心力 做匀速圆周运动的物体受到一个指向圆心的合力的作用,这个力叫向心力 . 向心力指向圆心,方向不断变化 . 向心力的作用成效 只转变运动物体的速度方向,不转变速度大小 . （因此,向心力对做圆周运动 的物体不做功）2、把向心加速度的表达式代入牛顿其次定律,可得向心力的公式：Fnm an mv2 r m 2rm42 T2 r m v（留意：匀速圆周运动的向心力为合力）3、试验
6、验证1装置： 细线下面悬挂一个钢球,用手带动钢球使它在某个水平面内做匀速圆周运动,组成一个圆锥摆,如图所示；第 2页名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 物理 必修 2 第五章：曲线运动教案与习题2求向心力：（试验解析： ）用秒表记录钢球运动如干周的时间,再通过纸上的圆测出钢球做匀速圆周运动的半径,算出线速度；再通过纸上的圆测出钢球做匀速圆周运动的半径,用天平测出钢球的质量；用公式 Fn m an mv2 r能算出小球受到的向心力；利用 F=mgtan 算出向心力的大小；3结论：代入数据后比较运算出的向心力F n 和钢球
7、所受合力F 的大小, 即可得出结论： 钢球需要的向心力等于钢球所受外力的合力；4、变速圆周运动和一般的曲线运动 1变速圆周运动；定义：线速度大小转变的圆周运动叫做变速圆周运动；变速圆周运动同时具有向心加速度和切向加速度,匀速圆周运动只有向心加速度；2变速圆周运动的动力学特点；第 3页名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 物理 必修 2 第五章：曲线运动教案与习题物体做加速圆周运动：如下左图所示,物体受到的合力F 与速度方向的夹角小于90；把 F 沿切向和径向正交分解,Ft 沿速度方向, 产生切向加速度, 转变速度的大小,
8、 使物体加速, Fn 沿半径方向, 产生向心加速度, 转变速度的方向；物体做减速圆周运动：如上右图所示,物体受到的合力F 与速度方向的夹角大于90；同理, F t 使物体减速, F n使物体转变运动方向；3处理一般的曲线运动的方法；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；处理一般的曲线运动时,可以把曲线分割成很多小段,每一小段可看成一段小圆弧,把曲线当成很多半径不同的圆处理,如下列图；争论：链球运动员用力抡起链球时,是什么力使它加速的？小物体放在圆台上随圆台一起加速转动时,小物体受的摩擦力指向圆心吗？使物体加速的力是什么力？5、竖直面内圆周运动的两种临界问题的比较第 4页名
9、师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 实例物理 必修 2 第五章：曲线运动教案与习题最高点无支撑最高点有支撑球与绳连接、水流星、翻动过山车等球与杆连接、球过竖直的圆形管道,套在圆环上 的物体等图示在最高点受重力,弹力F弹向下或等于零重力,弹力F 弹 向下、向上或等于零力mgF弹mv2 RRg,即在最高点mgF弹 mv2 R恰好过最高F弹 0,mg mv2 R,vv0,mgF弹点速度不能为零在最高点速度可为零留意事项做圆周运动的物体,其向心力肯定由沿半径指向圆心的合外力供应,与切向合力无关；对于竖直平面内的圆周运动,要留意区
10、分 二、向心力来源的实例分析1向心力的来源“绳模型 ”和 “ 杆模型 ”,两种模型在最高点的临界条件不同；向心力是按力的作用成效命名的,可以是重力、弹力、摩擦力等各种力,也可以是几个力的合力或某个 力的分力,因此在受力分析中要防止再另外添加一个向心力；2向心力的确定 1先确定圆周运动的轨道所在的平面,确定圆心的位置；2再分析物体的受力情形,找出全部的力沿半径方向指向圆心的合力就是向心力；3.谁供应向心力 弹力供应向心力物体在光滑平面上,在绳的拉力作用下做匀速圆周运动,拉力弹力 供应向心力,如下图1 所示；第 5页名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 9 页精选学习资料 - -
11、 - - - - - - - 物理 必修 2 第五章：曲线运动教案与习题第 6页名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 物理 必修 2 第五章：曲线运动教案与习题静摩擦力供应向心力木块随圆盘一起做匀速圆周运动,其向心力由静摩擦力供应,如上图 2 所示；木块相对圆盘的运动趋势方向是沿半径背向圆心,静摩擦力的方向与相对运动趋势方向相反；但是,当圆盘光滑 无摩擦力 时,木块是沿切线方向飞出,说明木块相对于地面的运动趋势方向为切线方向,而相对于圆盘的运动趋势方向为沿半径向外的方向；合力供应向心力一般情形下,做圆周运动的物体所受的向
12、心力由其所受合外力供应 有时合力等于某一个力 ；如圆锥摆的钢球在水平面内做匀速圆周运动时,钢球的重力与其受到的绳的拉力的合力供应向心力,如上图 3 所示；分力供应向心力如上图 4 所示, 物体在竖直平面内的光滑轨道内做圆周运动,支持力的合力沿半径方向的分力供应,即 F nFN G1；基础练习：1关于向心力,以下说法正确选项 经过 A 点时, 向心力由重力和轨道施加的A向心力是一种成效力 B向心力是一种具有某种性质的力C向心力既可以转变线速度的方向,又可以转变线速度的大小D向心力只转变线速度的方向,不转变线速度的大小解析：向心力是按作用成效命名的,是一种成效力,它可以由重力、弹力、摩擦力等性质的
13、力供应,所以 A正确, B 错误；由于向心力始终沿半径指向圆心,与速度的方向垂直,即向心力对做圆周运动的物体始终不做功,不转变线速度的大小,只转变线速度的方向,因此 C 错误, D 正确；答案： AD 2如下列图,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,以下关于 A 的受力情形,正确的是 第 7页名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - A受重力、支持力物理 必修 2 第五章：曲线运动教案与习题B受重力、支持力和指向圆心的摩擦力C受重力、支持力、摩擦力和向心力 D受重力、支持力和与运动方向相同的摩擦力解析
14、：物体 A 在水平圆盘上,受重力竖直向下,支持力竖直向上,且两力是一对平稳力；A 是否受摩擦力,可通过对 A 的运动状态分析得出：由于 A 随圆盘一起做匀速圆周运动,必需有力供应向心力,重力与支持力的合力不能供应向心力,只有 A 受到摩擦力作用,且此摩擦力方向指向圆心,大于等于 A 所需的向心力,故只有 B 正确；答案： B 3在光滑的水平面上,用长为l 的细线拴一质量为m 的小球,使小球以角速度 做匀速圆周运动；以下说法中正确选项 A l、 不变, m 越大线越易被拉断 Cm、 l 不变, 越大线越易被拉断Bm、 不变, l 越小线越易被拉断 Dm 不变, l 减半且角速度加倍时,线的拉力不
15、变解析：在光滑的水平面上细线对小球的拉力供应小球做圆周运动的向心力；由 Fnm2r 知,在角速度 不变时, F n与小球的质量 m、半径 l 都成正比, A 正确, B 错误；质量 m 不变时, Fn 又与 l 和 2成正比, C正确, D 错误；答案： AC 4我国方案于2022 年发射的 “嫦娥三号 ” 卫星将实现软着陆、无人探测及月夜生存三大创新；“ 嫦娥三号 ”探月卫星在由地球飞向月球时,沿曲线从受合力可能是图中的 M 点向 N 点飞行的过程中,速度逐步减小,在此过程中探月卫星所第 8页名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 物理 必修 2 第五章：曲线运动教案与习题解析： “嫦娥三号 ” 卫星做曲线运动时,其合外力肯定指向轨迹的凹侧,又因卫星的速度逐步减小,故合外力与速度间夹角应大于 90 ,故只有 C 正确；答案： C 教学反思：第 9页名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 9 页