高中物理人教版 (2019)必修 第二册2 向心力教学设计

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第二册2 向心力教学设计，共7页。教案主要包含了学习任务，新知探究，课堂小结等内容，欢迎下载使用。
第6章 圆周运动
第2节 向心力（第1课时）
目录
一、学习任务
二、新知探究
（一）梳理要点
（二）启发思考
（三）深化提升
三、课堂小结
第6章 圆周运动
第2节 向心力（第1课时）
一、学习任务
1．理解向心力的概念及其表达式的确切含义。
2．知道向心力的大小与哪些因素有关，并能用来进行计算。
3．知道在变速圆周运动中，可利用公式求质点在某一点的向心力。
二、新知探究
知识点一：向心力
（一）梳理要点
1．定义：做匀速圆周运动的物体所受的合力总指向圆心，这个指向圆心的力叫作向心力。
2．方向：向心力的方向始终沿半径指向圆心。
3．公式：Fn＝mω2r或者Fn＝mv2r。
4．效果力：向心力是根据力的作用效果来命名的，凡是由某个力或者几个力的合力提供物体做匀速圆周运动的力，不管属于哪种性质，都是向心力。
（二）启发思考
荡秋千是小朋友很喜欢的游戏，分析秋千由上向下荡下时的过程(不考虑空气阻力)。
(1)此时小朋友和秋千板做的是匀速圆周运动还是变速圆周运动？
(2)小朋友与秋千板整体受哪几个力的作用？
(3)绳子拉力与重力的合力指向悬挂点吗？
提示：(1)秋千荡下时，速度越来越大，做的是变速圆周运动。
(2)受重力和绳子的拉力。
(3)由于秋千做变速圆周运动，合外力既有指向圆心的分力，又有沿切向的分力，所以合力不指向悬挂点。
（三）深化提升
1．向心力的大小及来源
(1)向心力大小：公式Fn＝mv2r＝mω2r＝mωv。
(2)向心力的来源：向心力是从力的作用效果命名的，它不是物体受到的力，可以由重力、弹力等各种性质的力，或者是几个力的合力、某个力的分力提供。
2．常见的几个实例分析
3. 匀速圆周运动中力学问题的解题步骤
(1)明确研究对象，确定物体在哪个平面内做匀速圆周运动，明确圆心和半径r。
(2)对研究对象进行受力分析，明确向心力是由什么力提供的。
(3)确定v、ω、T、n等物理量中哪些是已知的，选择合适的公式列式求解。
(4)根据F合＝F向列方程，求解。
知识点二：变速圆周运动和一般曲线运动的受力特点
（一）梳理要点
1．变速圆周运动的合力
变速圆周运动所受合外力并不严格指向运动轨迹的圆心。合外力一般产生两个方面的效果：
(1)跟圆周相切的分力Ft，此分力与物体运动的速度在一条直线上，改变物体速度的大小。
(2)指向圆心的分力Fn，此分力提供物体做圆周运动所需的向心力，改变物体速度的方向。
2．一般的曲线运动
(1)定义：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，如图所示。
(2)处理方法：将曲线分割为许多很短的小段，这样，质点在每一小段的运动都可以看作圆周运动的一部分。
（二）启发思考
如图所示，链球运动员投掷时可以通过抡绳子来调节链球速度的大小。
(1)抡绳子来调节链球速度的过程中，链球受几个力的作用？
(2)抡绳子来调节链球速度的过程中，绳子能拉成水平状态吗？
(3)向心力可以改变速度的大小吗？是什么原因调整的速度呢？
提示：(1)链球受重力和绳子拉力作用。
(2)因为受重力作用，绳子不可能拉成水平状态。
(3)不能。物体做变速圆周运动，物体所受的合力不指向圆心时，切向力Ft(垂直半径方向的分力)，改变速度的大小；向心力Fn(沿着半径或指向圆心的分力)，改变速度的方向(如图所示)。
（三）深化提升
1．变速圆周运动
(1)受力特点：变速圆周运动中合力不指向圆心，合力F产生改变线速度大小和方向的两个作用效果。
(2)某一点的向心力仍可用公式Fn＝mv2r＝mω2r求解。
2．一般的曲线运动
曲线轨迹上每一小段看成圆周运动的一部分，在分析其速度大小与合力关系时，可采用圆周运动的分析方法来处理。
(1)合力方向与速度方向夹角为锐角时，力为动力，速率越来越大。
(2)合力方向与速度方向夹角为钝角时，力为阻力，速率越来越小。
3. 变速圆周运动问题的两点注意
(1)变速圆周运动中，某一点的向心力均可用Fn＝mv2r、Fn＝mrω2公式求解，这些公式虽然是从匀速圆周运动中得出的，但在变速圆周运动中它们仍然适用，只不过应用时要注意Fn、ω、v必须是同一时刻的瞬时值。
(2)曲线运动中，质点在某一点的速度方向是曲线上这一点的切线方向，此点的曲率半径表示曲线在此处的弯曲程度。
三、课堂小结
回归本节知识，自我完成以下问题：
1．向心力的特点是什么？
提示：向心力的方向始终指向圆心，向心力的作用效果用来改变速度的方向。
2．向心力一定是合外力吗？
提示：不一定，匀速圆周运动的向心力是合外力。
3．向心力的大小和哪些因素有关？
提示：与物体的质量、线速度、运动半径有关。
实例分析
图例
向心力来源
在匀速转动的圆筒内壁上，有一物体随圆筒一起转动而未发生滑动
弹力提供向心力
用细绳拴住小球在光滑的水平面内做匀速圆周运动
绳的拉力(弹力)提供向心力
物体随转盘做匀速圆周运动，且物体相对于转盘静止
静摩擦力提供向心力
用细绳拴住小球在竖直平面内做圆周运动，当小球经过最低点时
拉力和重力的合力提供向心力
小球在细绳作用下，在水平面内做匀速圆周运动时
绳的拉力的水平分力(或拉力与重力的合力)提供向心力