2019-2020年人教版必修二5.7《生活中的圓周運動》WORD教案13.doc

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2019-2020年人教版必修二5.7《生活中的圓周運動》WORD教案13 ★新課標(biāo)要求 （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，并能用來進行計算。 3、知道在變速圓周運動中，可用上述公式求質(zhì)點在某一點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 明確向心力的意義、作用、公式及其變形。 ★教學(xué)難點 如何運用向心力、向心加速度的知識解釋有關(guān)現(xiàn)象。 ★ 教學(xué)方法 教師啟發(fā)、引導(dǎo)，學(xué)生自主閱讀、思考，實驗驗證，討論、交流學(xué)習(xí)成果。 ★教學(xué)工具 圓錐擺實驗裝置，多媒體輔助教學(xué)設(shè)備等 ★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)、研究了圓周運動的運動學(xué)特征，知道了如何描述圓周運動。這節(jié)課我們再來學(xué)習(xí)物體做圓周運動的動力學(xué)特征――向心力。 （二）進行新課 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)出勻速圓周運動的向心力表達式。 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)出勻速圓周運動的向心力表達式。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。 投影向心力表達式：或 點評：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，進行實驗，獨立驗證。 點評：讓學(xué)生親歷實驗驗證的過程，體驗成功的樂趣。培養(yǎng)動手能力和團結(jié)協(xié)作的團隊精神。 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動。 2、月球繞地球運轉(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動。由于豎直方向小球不運動，故重力、支持力合力為零，那么水平方向上的勻速圓周運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 點評：通過實例分析，達到鞏固所學(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，獨立操作，在實驗中獲得體驗。 點評：通過實驗，增強學(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、變速圓周運動和一般曲線運動 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，點評、總結(jié)。 點評：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：對于做一般曲線運動的物體，我們可以用怎樣的分析方法進行簡化處理？ 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。 點評：對學(xué)生注重物理學(xué)方法的教育。 （三）課堂總結(jié)、點評 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動，運動的半徑就減少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動物體的受力情況；明確哪些力提供了它需要的向心力. ★課余作業(yè) 完成P55“思考與練習(xí)”中的題目。 ★教學(xué)體會 思維方法是解決問題的靈魂，是物理教學(xué)的根本；親自實踐參與知識的發(fā)現(xiàn)過程是培養(yǎng)學(xué)生能力的關(guān)鍵，離開了思維方法和實踐活動，物理教學(xué)就成了無源之水、無本之木。學(xué)生素質(zhì)的培養(yǎng)就成了鏡中花，水中月。 附：資料袋 向心加速度的深入理解 注意：①向心加速度是勻速圓周運動的瞬時加速度而不是平均加速度； 在勻速圓周運動中，加速度不是恒定的，這里的向心加速度是指某時刻或某一位置的瞬時加速度，它等于包含該時刻（或該位置）在內(nèi)的一小段時間內(nèi)的平均加速度的極限值，即an=lim，公式an=中的速度v應(yīng)為瞬時速度值. ②向心加速度不一定是物體做圓周運動的實際加速度； 在勻速圓周運動中，向心加速度就是物體做圓周運動的實際加速度，而在一般的非勻速圓周運動中，它只是物體實際運動的加速度的一個分加速度，另一個分加速度為切向加速度，如圖所示.可見物體做圓周運動的加速度不一定指向圓心，只有勻速圓周運動的加速度才一定指向圓心；但向心加速度方向始終沿著半徑指向圓心. 圓周運動的切向加速度是描述圓周運動的線速度的大小改變快慢的，向心加速度是描述線速度的方向改變快慢的. ③所有做曲線運動的物體都需要向心力，其向心力Fn=m，其中R為物體所在曲線處的曲率半徑，對應(yīng)的向心加速度an=. ④質(zhì)點做勻速圓周運動和剛體的勻速轉(zhuǎn)動是兩個不同的物理模型； 我們不能說質(zhì)點在轉(zhuǎn)動，也不能說剛體做圓周運動，注意剛體轉(zhuǎn)動時，其上各點均做圓周運動，它們做圓周運動的半徑可以不相等，但各點運動的角速度相等。 ⑤一個常見的錯誤是：在確定了做勻速圓周運動物體受到的各力（重力、彈力、摩擦力等）后，認(rèn)為物體還受到一個大小等于m的向心力.例如，長為L的輕繩拴著一個小球做圓錐擺運動（如圖所示）在分析小球受力時，有些同學(xué)除確認(rèn)小球受豎直向下的重力mg和繩子的拉力FT外，還錯誤地認(rèn)為小球受到一個在水平面內(nèi)指向圓心的向心力.其錯誤在于忘掉了向心力是做勻速圓周運動物體受到的合外力.實際上，小球只受到重力和拉力，這兩個力的合力F=mgtanθ就稱為向心力.試想，如果把向心力當(dāng)做一個額外的力，認(rèn)為小球受三個力，顯然歪曲了物體的受力情況（相當(dāng)于把物體受到的每個力算了兩遍），是完全錯誤的.