向心力
【教材分析】
本节是普通高中实验教科书物理必修2，向心力。《向心力》具有承前启后的作用。为了学习《向心力》前面已有很多知识铺垫，如：描述圆周运动的概念及物理量，包括向心加速度。这是前，那么后呢？学好本节可以为下一节“生活中的圆周运动”部分及万有引力知识做必要准备，所以本节是本章乃至本册的重要内容
【学情分析】
1.学生需求分析：学生无须参加高考，所需求的是会考要求。针对这一要求，可将部分知识点从略或舍去（如：非匀速圆周运动）。尽量将简单的内容分析透彻，是学生易于接受。
2.学生掌握水平分析：已经学习了匀速圆周运动，对匀速圆周运动有了一定的理解。知道描述匀速圆周运动快慢的物理量——线速度、角速度、周期、转速，并了解它们之间的关系。学生明白匀速圆周运动是一种变速运动，因为它的线速度方向时刻在变，但并不理解其原因，为什么线速度的方向时刻在变？是什么力来改变物体的这种运动状态，这个力有何特点？学生带着这些疑问来进入本节课的学习。
【教学目标】
1、知识与技能
（1）了解向心力概念，知道向心力是根据力的效果命名的一种力。
（2）知道向心力大小与哪些因素有关，并能用来进行简单的情景计算。
2、过程与方法
（1）通过对向心力概念的探究体验，让学生理解其概念的内涵。
（2） 通过对向心力大小与哪些因素有关的探究，并熟悉科学探究的一般过程：提出问题——猜想与假设——实验验证——分析数据——得出结论。
3、情感态度价值观
实验紧密联系生活，拉近科学与学生的距离，使学生感到科学就在身边，调动学生学习的积极性，培养学生的学习兴趣。
【教学重难点】
1、教学重点：明确向心力的概念、性质、公式。
2、教学难点：向心力大小和方向。
【教学方法】
探究、讲授、小组讨论、练习
【教具准备】
多媒体smart课件、互动式电子白板、小球、绳子、向心力演示器等
【课时安排】
1课时。
【教学过程】
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一、复习引入
教师活动：同学们，大家下午好！前面我们学习了，描述匀速圆周运动的几个物理量，他们是线速度、角速度、周期、转速和向心加速度。
提问：1、做匀速圆周运动的物体的加速度有什么特点？
2、向心加速度的公式是什么？
今天我们继续研究匀速圆周运动。请同学们把书翻到23页——向心力。
二、新课教学
1. 向心力的定义
[学生实验1]：给小球一个初速度，让小球在桌面上运动。
提问：小球在桌面上，怎么运动？ （直线运动）
为什么小球在桌面上做直线运动？引导学生对小球进行受力分析。
[学生实验2]：小球用绳子拴住，另外一端固定，同样给小球一个初速度，让小球在桌面运动。
提问：小球在桌面上，怎么运动？（圆周运动）
小球为什么做圆周运动，而没有飞出去？
请学生对此时的小球进行受力分析。小球做受力分析：小球受重力，还有桌面给小球的支持力，以及绳子的拉力，那么我们将这三个力进行合成，在竖直方向，小球没有运动，所受合力为0，也就是说小球的合力就等于绳子的拉力，所以小球的合外力是始终指向圆心的。我们把指向圆心的合力称为向心力。
向心力的定义：做匀速圆周运动的物体一定受到一个指向圆心的合力，这个合力叫做向心力（centripetal force）。
2. 向心力的性质：
(1) 定义出发，推敲性质1、2
教师提问：那么向心力有怎样的性质，或者说，特点呢？教师引导学生研读一下向心力的定义。
首先，向心力的方向有怎样的特点呢？
特点1一—向心力向总是沿着半径指向圆心。
其次，那么向心力的来源又有怎样的特点呢？
特点2——向心力的来源：物体所受到的合外力。
(2) 展示小球运动图，分析性质3
在分析了向心力的方向、来源之后，最后，我们再来分析向心力的效果。我们再来看小球与钉子的故事（展示小球运动图），小球在向心力的作用下，运动方向不断改变，可见，向心力的效果是改变物体的运动方向。
特点3——向心力的作用效果：改变圆周运动物体速度的方向。
这就是向心力的3个特点。向心力是根据力的效果命名的，而不是根据力的性质命名的，它不是重力、弹力、摩擦力等以外的特殊力，而是做匀速圆周运动的质点受到的合外力，沿着半径指向圆心，它的方向时刻改变。
(3) 实例分析，探讨相关性质
匀速圆周运动的实例分析：圆锥摆摆球向心力的来源。
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3. 实验探究：向心力的大小与哪些因素有关？
我们知道力是一个矢量，它既有大小又有方向，所以向心力也是这样，它既有大小也有方向。刚才我们研究了向心力的方向，接下来我们来研究一下它的大小。首先，请同学们猜测一下向心力的大小与哪些因素有关呢？
(1) 请学生利用手中的小球分组探究：向心力的大小与哪些物理量有关。
(2) 总结学生猜想，归纳可能因素。
提出猜想：向心力与物体质量、角速度、半径有关。
(3) 演示实验验证：向心力跟物体质量m、轨道半径r、角速度ω的定量关系。
A. 实验装置原理介绍：向心力演示器
B. 教师演示实验：摇动手柄，小球随之做匀速圆周运动：
向心力与质量的关系：ω、r一定，取两球使mA=2mB,观察：(学生读数)FA=2FB,
向心力与半径的关系：m、ω一定，取两球使rA=2rB,观察：(学生读数)FA=2FB,
向心力与角速度的关系：m、r一定，使ωA=2ωB，观察：(学生读数)FA=4FB,
C. 实验结果：
F
m
r
ω
2倍
2倍
恒定
恒定
2倍
恒定
2倍
恒定
4倍
恒定
恒定
2倍
D. 实验结论：当r与ω不变时， F正比于m
当m与ω不变时， F正比于r
当m与r不变时， F正比于ω2
(4) 归纳总结：综合上述实验结果可知：物体做匀速圆周运动需要的向心力与物体的质量成正比，与半径成正比，与角速度的二次方成正比.但不能由一个实验、一个测量就得到定论，实际上要进行多次测量，大量实验，但我们不可能一一去做.我们还可以设计很多实验都能得出这一结论，说明这是一个带有共性的结论.测出m、r、ω的值，可知向心力大小为：F=mrω2.
(5) 理论推导向心力公式：
通过上节课的学习我们知道了向心力和向心加速度具有相同的方向，都指向圆心，而且物体是在向心力的作用下做圆周运动，因此我们根据牛顿第二定律可知向心力的大小为：
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Fn= man= m=m r2 = mr()2
三、课堂小结：
下面我们一起来回顾一下，我们这节的内容。这节课，我们研究的是匀速圆周运动的向心力。首先什么是向心力？物理做圆周运动时受到的指向圆心的合力称为向心力。向心力有一些独特的性质，有哪些啊？向心力方向指向圆心。向心力是不是一种新的力啊？（不是）向心力来源于圆周运动物体所受的合外力，或者是某一个力的分力。向心力按照效果命名的，它的作用是使得物体的速度方向发生变化，最后我们重点探究了向心力大小的表达式。
四、课堂练习：
1.下列关于做匀速圆周运动的物体所受的向心力的说法中，错误的是（ ）
A．物体除受到其他的力外还要受到一个向心力
B．物体所受的合外力提供向心力
C．向心力的作用效果是改变物体速度的方向
D．向心力的方向一直在变化
2．如图所示，长0.40m的细绳，一端拴一质量为0.2kg的小球，在光滑水平面上绕绳的另一端做匀速圆周运动，若运动的角速度为5.0rad/s，求绳对小球需施多大拉力？
【布置作业】
【板书设计】
5.6 向心力
一、定义：
做匀速圆周运动的物体一定受到了指向圆心的合力，这个合力叫做向心力
二、性质：
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1、向心力的方向：指向圆心
2、向心力的来源：某几个力的合外力
3、向心力的效果：改变速度的方向
三、大小：
Fn= man= m=m r2 = mr()2
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