1、第三章圆周运动第2节科学探究：向心力本节课是从动力学的角度研究匀速圆周运动的，这部分知识是本章的重点和难点，学好这部分知识，可以为后面的天体运动和带电粒子在匀强磁场中的运动打好基础。让学生认识到“向心力不是一个新的性质力，而是一个效果力”，也即让学生初步学会分析向心力的来源。最后分析一般曲线运动和变速圆周运动中的向心力。 【物理观念】理解向心力和向心加速度的概念，掌握向心力和向心加速度的计算方法，准确认识向心力并能找出向心力。【科学思维】能用牛顿第二定律分析匀速圆周运动的向心力，通过实例认识向心力的作用及来源。【科学探究】在“探究影响向心力大小与半径、角速度、质量的关系”实验过程中，熟悉控制变
2、量法的应用，提高科学探究的能力。【科学态度与责任】有主动将所学知识应用与日常生活的意识，能在合作中坚持自己的观点；能体会物理学技术应用对日常生活的影响。【教学重点】理解向心力、向心加速度的概念，掌握向心力公式并能进行相关计算。【教学难点】理解向心力是按作用效果命名的力，向心力的方向时刻在改变。【导入新课】思考：做圆周运动的物体为什么不沿直线飞去而沿着一个圆周运动？ 【新课讲授】一、向心力1. 感受向心力与圆周运动取一根细线，一端系一小球，另一端固定住图钉上，将图钉固定在光滑木板上。（1）在细线松弛时轻弹小球，观察在细线伸直前，小球做什么运动？（2）加大弹击力量，使小球在运动过程中细线伸直，观察
3、细线伸直后小球做什么运动？思考：细线的松弛或绷直使小球在受力上有什么差别？是什么力改变了小球的运动方向，使小球做圆周运动？你能从这个实验中发现圆周运动的受力与抛体运动有什么差别吗？结论：（1）拉力改变了小球的运动方向，使它做圆周运动。（2）拉力始终与速度垂直，所以拉力不对小球做功，不改变小球的速度大小1、向心力做圆周运动的物体一定受到指向圆心的力的作用，这个力就叫作向心力，符号：Fn 2、方向：始终指向圆心（与v垂直或与半径垂直），是变力。3、向心力的作用只改变线速度的方向，不改变速度的大小。思考：向心力是不是一种新的性质力？即向心力是不是与重力、弹力、摩擦力一样都是按照某种性质来命名的力？F
4、n Ff F合F引 Fn FnFN+ mg 由这三个例子可知：向心力是按照效果命名的力，并不是物体额外受到的一个力；受力分析时, 不能多出一个向心力。4、向心力的来源（1）物体做匀速圆周运动时：物体所受的合力提供了物体所需的向心力，即匀圆运动物体的合外力一定指向其圆运动的圆心。 （可以是重力、弹力、摩擦力等各种性质力的合力）思考：如果做圆周运动的物体所受的合力不指向圆心，还能做匀速圆周运动吗？（引出对非匀速圆周运动的分析）速度增大的圆周运动 速度减小的圆周运动切向力Ft ：垂直半径方向的合力 - 改变速度的大小向心力Fn ：沿着半径（或指向圆心）的合力 - 改变速度的方向结论:当做圆周运动的物
5、体所受的合力不指向圆心时，物体做变速圆周运动。（2）物体做非匀速圆周运动时：向心力由沿半径方向的合力提供。思考：向心力的大小与什么因素有关？二、探究影响向心力大小的因素 【感受向心力的影响因素】用细绳连接的钢球、木球各一个，拉住绳的一端，让小球尽量做匀速圆周运动。分别改变转动的快慢、细绳的长短做几次实验。 思考：向心力的大小与哪些因素有关？猜想：【探究影响向心力大小的因素】1、实验器材：向心力演示器、两个质量相同的钢球和一个质量小的铝球。2、向心力演示器的构造匀速转动手柄1、变速塔轮2和3、长槽4和短槽5、横臂6、弹簧测力套筒7、标尺8。3、原理：匀速转动手柄，使变速塔轮以及长槽和短槽和槽内的
6、小球随之匀速转动，使小球做匀速圆周运动的向心力由横臂的挡板对小球的压力提供。球对挡板的反作用力，通过横臂的杠杆作用使弹簧测力套筒下降，从而露出标尺。根据标尺上露出的红白相间等分标记，可以粗略计算出两个球所受向心力的比值。4、实验方法：控制变量法当m,r一定时，F与的关系；当r,w一定时，F与m的关系；当m,w一定时，F与r的关系5、实验步骤（1）把两个质量不同的小球分别放在长槽和短槽上，调整塔轮上的皮带和小球在位置，使两球的转动半径和角速度都相同。转动手柄，观察向心力的大小与质量的关系。（2）换两个质量相同的小球，使两球的角速度相同。再增大长槽上小球的转动半径，使两球的转动半径不同。转动手柄，
7、观察向心力的大小与半径的关系。（3）若要研究向心力的大小，请按照你设计的实验步骤操作。6、数据处理（1）其他条件相同的条件下，质量越大，套桶露出标度的格数越多，即向心力越大。 （2）其他条件相同的条件下，角速度越大，套桶露出标度的格数越多，即向心力越大。（3）其他条件相同的条件下，半径越大，套桶露出标度的格数越多，即向心力越大。7、实验结论精确实验证明: 物体做圆周运动，需要的向心力与物体质量成正比，与半径成正比，与角速度的二次方成正比。 公式1：Fmr2根据 推导向心力的另一表达式：公式2：三、向心加速度 匀速圆周运动是变速曲线运动-运动状态改变-一定存在加速度定义：由向心力产生的加速度称为向心加速度。思考：（1）向心加速度方向如何？向心加速度的方向与向心力的方向一致，始终指向圆心（2）向心加速度的大小如何表示？根据牛顿第二定律和向心力公式，可得小结：匀速圆周运动是加速度方向不断改变的变加速运动。【拓展一步】设做匀速圆周运动的物体的线速度的大小为v 轨迹半径为r。经过时间t，物体从A点运动到B点。尝试用v 、r 写出向心加速度的表达式。vA、vB、v 组成的三角形与ABO相似且vA、vB都等于线速度v 四、课堂小结 1. 向心力的方向：指向圆心2. 向心力的作用效果：改变速度的方向3. 向心力的大小Fmr2 ；4. 向心加速度的大小