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2019-2020年人教版必修二5.7《生活中的圓周運(yùn)動》WORD教案4 【教學(xué)目標(biāo)】 （一）知識與技能 1、理解向心力的概念。 2、知道向心力大小與哪些因素有關(guān)。理解公式的確切含義，并能用來進(jìn)行計算。 3、知道在變速圓周運(yùn)動中，可用上述公式求質(zhì)點(diǎn)在某一點(diǎn)的向心力和向心加速度。 （二）過程與方法 通過用圓錐擺粗略驗證向心力的表達(dá)式的實驗來了解向心力的大小與哪些因素有關(guān)，并理解公式的含義。 （三）情感、態(tài)度與價值觀 1、 在實驗中，培養(yǎng)動手的習(xí)慣并提高分析問題、解決問題的能力。 2、 感受成功的快樂，體會實驗的意義，激發(fā)學(xué)習(xí)物理的興趣。 【教學(xué)重點(diǎn)】 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)課時】 1課時 【教學(xué)過程】 （一）引入新課 教師活動：前面兩節(jié)課，我們學(xué)習(xí)、研究了圓周運(yùn)動的運(yùn)動學(xué)特征，知道了如何描述圓周運(yùn)動。這節(jié)課我們再來學(xué)習(xí)物體做圓周運(yùn)動的動力學(xué)特征――向心力。 （二）進(jìn)行新課 1、向心力 教師活動：指導(dǎo)學(xué)生閱讀教材 “向心力”部分，思考并回答以下問題： 1、舉出幾個物體做圓周運(yùn)動的實例，說明這些物體為什么不沿直線飛去。 2、用牛頓第二定律推導(dǎo)出勻速圓周運(yùn)動的向心力表達(dá)式。 學(xué)生活動：認(rèn)真閱讀教材，列舉并分析實例，體會向心力的作用效果，并根據(jù)牛頓第二定律推導(dǎo)出勻速圓周運(yùn)動的向心力表達(dá)式。學(xué)生代表發(fā)表自己的見解。 教師活動：傾聽學(xué)生回答，幫助學(xué)生分析實例，引導(dǎo)學(xué)生解決疑難，回答學(xué)生可能提出的問題。 投影向心力表達(dá)式：或 點(diǎn)評：激發(fā)學(xué)生的思維，充分調(diào)動學(xué)習(xí)的積極性。通過學(xué)生發(fā)表見解，培養(yǎng)學(xué)生語言表達(dá)能力和分析問題的能力。 2、實驗：用圓錐擺粗略驗證向心力的表達(dá)式 教師活動：指導(dǎo)學(xué)生閱讀教材 “實驗”部分，引導(dǎo)學(xué)生思考下面的問題： 1、實驗器材有哪些？ 2、簡述實驗原理（怎樣達(dá)到驗證的目的） 3、實驗過程中要注意什么？測量那些物理量（記錄哪些數(shù)據(jù)）？ 4、實驗過程中差生誤差的原因主要有哪些？ 學(xué)生活動：認(rèn)真閱讀教材，思考問題，學(xué)生代表發(fā)言。 教師活動：聽取學(xué)生見解，點(diǎn)評、總結(jié)。 教師活動：指導(dǎo)學(xué)生完成實驗，及時發(fā)現(xiàn)并記錄學(xué)生實驗過程中存在的問題。 學(xué)生活動：分成小組，進(jìn)行實驗，獨(dú)立驗證。 點(diǎn)評：讓學(xué)生親歷實驗驗證的過程，體驗成功的樂趣。培養(yǎng)動手能力和團(tuán)結(jié)協(xié)作的團(tuán)隊精神。 教師活動：聽取學(xué)生匯報驗證的結(jié)果，引導(dǎo)學(xué)生對實驗的可靠性作出評估。 師生互動，得出結(jié)論： 1、實驗的過程中，多項測量都是粗略的，存在較大的誤差，用兩個方法得到的力并不嚴(yán)格相等。 2、通過實驗我們還體會到，向心力并不是像重力、彈力、摩擦力那樣具有某種性質(zhì)的力來命名的。它是效果力，是按力的效果命名的。在圓錐擺實驗中，向心力是小球重力和細(xì)線拉力的合力，還可以理解為是細(xì)線拉力在水平面內(nèi)的一個分力。 教師活動：實例分析：說明以下幾個圓周運(yùn)動的實例中向心力是由哪些力提供的？ 1、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。 2、月球繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)的向心力是什么力提供的？ 3、在圓盤上放一個小物塊，使小物塊隨圓盤一起做勻速圓周運(yùn)動，分析小物塊受幾個力？向心力由誰提供？ 學(xué)生活動：思考并回答問題： 1、小球受重力、支持力、繩的拉力而做勻速圓周運(yùn)動。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. 2、月球和地球間的引力提供月球運(yùn)轉(zhuǎn)的向心力 3、小物塊受重力、支持力和靜摩擦力，靜摩擦力提供向心力 點(diǎn)評：通過實例分析，達(dá)到鞏固所學(xué)知識的目的。 教師活動：指導(dǎo)學(xué)生兩人一組，完成課本54頁“做一做”欄目中的實驗，自己感受向心力的大小。 學(xué)生活動：按照“做一做”欄目中的實驗介紹，獨(dú)立操作，在實驗中獲得體驗。 點(diǎn)評：通過實驗，增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識，同時激發(fā)學(xué)習(xí)物理學(xué)的興趣。 3、變速圓周運(yùn)動和一般曲線運(yùn)動 教師活動：向心力能改變速度的大小嗎？為什么？ 學(xué)生活動：思考并發(fā)表見解。 教師活動：聽取學(xué)生代表的發(fā)言，點(diǎn)評。 教生活動：設(shè)疑：我們在“做一做”的實驗中，通過掄繩子來調(diào)節(jié)沙袋速度的大小，不就說明向心力可以改變速度的大小嗎？這該怎樣解釋呢？ 學(xué)生活動：認(rèn)真閱讀課本，思考并討論問題，學(xué)生代表發(fā)表見解。 教師活動：聽取學(xué)生見解，點(diǎn)評、總結(jié)。 點(diǎn)評：培養(yǎng)學(xué)生閱讀教材并從中獲取信息的能力，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題解決問題的主動求知的意識。 教師活動：對于做一般曲線運(yùn)動的物體，我們可以用怎樣的分析方法進(jìn)行簡化處理？ 學(xué)生活動：閱讀教材并結(jié)合圖6.7－4的提示發(fā)表自己的見解。 點(diǎn)評：對學(xué)生注重物理學(xué)方法的教育。 （三）課堂總結(jié)、點(diǎn)評 教師活動：讓學(xué)生概括總結(jié)本節(jié)的內(nèi)容。請一個同學(xué)到黑板上總結(jié)，其他同學(xué)在筆記本上總結(jié)，然后請同學(xué)評價黑板上的小結(jié)內(nèi)容。 學(xué)生活動：認(rèn)真總結(jié)概括本節(jié)內(nèi)容，并把自己這節(jié)課的體會寫下來、比較黑板上的小結(jié)和自己的小結(jié)，看誰的更好，好在什么地方。 點(diǎn)評：總結(jié)課堂內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生概括總結(jié)能力。 教師要放開，讓學(xué)生自己總結(jié)所學(xué)內(nèi)容，允許內(nèi)容的順序不同，從而構(gòu)建他們自己的知識框架。 （四）實例探究 ［例1］如圖所示，在光滑的水平面上釘兩個釘子A和B，相距20 cm.用一根長1 m的細(xì)繩，一端系一個質(zhì)量為0.5 kg的小球，另一端固定在釘子A上.開始時球與釘子A、B在一直線上，然后使小球以2 m/s的速率開始在水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動.若繩子能承受的最大拉力為4 N，那么從開始到繩斷所經(jīng)歷的時間是多少? 解析 球每轉(zhuǎn)半圈，繩子就碰到不作為圓心的另一顆釘子，然后再以這顆釘子為圓心做勻速圓周運(yùn)動，運(yùn)動的半徑就減少0.2 m，但速度大小不變（因為繩對球的拉力只改變球的速度方向）.根據(jù)F＝mv2／r知，繩每一次碰釘子后，繩的拉力（向心力）都要增大，當(dāng)繩的拉力增大到Fmax＝4 N時，球做勻速圓周運(yùn)動的半徑為rmin，則有 Fmax＝mv2／rmin rmin＝mv2／Fmax＝（0.522／4）m＝0.5 m. 繩第二次碰釘子后半徑減為0.6 m，第三次碰釘子后半徑減為0.4 m.所以繩子在第三次碰到釘子后被拉斷，在這之前球運(yùn)動的時間為： t＝t1＋t2＋t3 ＝πl(wèi)／v＋π（l－0.2）／v＋π（l－0.4）／v ＝（3l－0.6）π／v ＝（31－0.6）3.14／2 s ＝3.768 s 答案 3.768 s 說明 需注意繩碰釘子的瞬間，繩的拉力和速度方向仍然垂直，球的速度大小不變，而繩的拉力隨半徑的突然減小而突然增大. ［例2］如圖所示，水平轉(zhuǎn)盤的中心有個豎直小圓筒，質(zhì)量為m的物體A放在轉(zhuǎn)盤上，A到豎直筒中心的距離為r.物體A通過輕繩、無摩擦的滑輪與物體B相連，B與A質(zhì)量相同.物體A與轉(zhuǎn)盤間的最大靜摩擦力是正壓力的μ倍，則轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動的角速度在什么范圍內(nèi)，物體A才能隨盤轉(zhuǎn)動. 解析 由于A在圓盤上隨盤做勻速圓周運(yùn)動，所以它所受的合外力必然指向圓心，而其中重力、支持力平衡，繩的拉力指向圓心，所以A所受的摩擦力的方向一定沿著半徑或指向圓心，或背離圓心. 當(dāng)A將要沿盤向外滑時，A所受的最大靜摩擦力指向圓心，A的向心力為繩的拉力與最大靜摩擦力的合力.即 F＋Fm ′＝mω12r ① 由于B靜止，故 F＝mg ② 由于最大靜摩擦力是壓力的μ倍，即 Fm ′＝μFN＝μmg ③ 由①、②、③解得 ω1＝； 當(dāng)A將要沿盤向圓心滑時，A所受的最大靜摩擦力沿半徑向外，這時向心力為： F－Fm ′＝mω22r ④ 由②、③、④得ω2＝. 要使A隨盤一起轉(zhuǎn)動，其角速度ω應(yīng)滿足 ≤ω≤ 答案 ≤ω≤ 說明 根據(jù)向心力公式解題的關(guān)鍵是分析做勻速圓周運(yùn)動物體的受力情況；明確哪些力提供了它需要的向心力.