向心加速度教案

11-07 15:44:48   浏览次数:682次  栏目：高一物理教学设计

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一、教学目标
    1.物理知识方面:
    (1)理解匀速圆周运动是变速运动;
    (2)掌握匀速圆周运动的线速度、角速度、周期的物理意义及它们间的数量关系;
    (3)初步掌握向心力概念及计算公式。
    2.通过匀速圆周运动、向心力概念的建立过程,培养学生观察能力、抽象概括和归纳推理能力。
    3.渗透科学方法的教育。
    二、重点、难点分析
    向心力概念的建立及计算公式的得出是教学重点,也是难点。通过生活实例及实验加强感知,突破难点。
    三、教具
    1.转台、小伞;
    2.细绳一端系一个小球(学生两人一组);
    3.向心力演示器。
    四、主要教学过程
    (一)引入新课
    演示:将一粉笔头分别沿竖直向下、水平方向、斜向上抛出,观察运动轨迹。
    复习提问:粉笔头做直线运动、曲线运动的条件是什么?
    启发学生回答:速度方向与力的方向在同一条直线上,物体做直线运动;不在同一直线上,做曲线运动。
    进一步提问:在曲线运动中,有一种特殊的运动形式,物体运动的轨迹是一个圆周或一段圆弧(用单摆演示),称为圆周运动。请同学们列举实例。
    (学生举例教师补充)
    电扇、风车等转动时,上面各个点运动的轨迹是圆……大到宇宙天体如月球绕地球的运动,小到微观世界电子绕原子核的运动,都可看做圆周运动,它是一种常见的运动形式。
    提出问题:你在跑400米过弯道时身体为何要向弯道内侧微微倾斜?铁路和高速公路的转弯处以及赛车场的环形车道,为什么路面总是外侧高内侧低?可见,圆周运动知识在实际中是很有用的。
    引入:物理中,研究问题的基本方法是从最简单的情况开始。
    板书:匀速圆周运动
    (二)教学过程设计
    思考:什么样的圆周运动最简单?
    引导学生回答:物体运动快慢不变。
    板书:1.匀速圆周运动
    物体在相等的时间里通过的圆弧长相等,如机械钟表针尖的运动。
    思考:匀速周圆运动的一个显着特点是具有周期性。用什么物理量可以描述匀速圆周运动的快慢?
    (学生自由发言)
    板书:2.描述匀速圆周运动快慢的物理量
    恒量。
    当t很短,s很短,即为某一时刻的瞬时速度。线速度其实就是物体做圆周运动的瞬时速度。当物体做匀速圆周运动时,各个时刻线速度大小相同,而方向时刻在改变。那么,线速度方向有何特点呢?
    演示:水淋在小伞上,同时摇动转台。观察:水滴沿切线方向飞出。
    思考:说明什么?
    师生分析:飞出的水滴在离开伞的瞬间,由于惯性要保持原来的速度方向,因而表明了切线方向即为此时刻线速度的方向。
    板书:方向:沿着圆周各点的切线方向。如图3。
    单位:rad/s。
    (3)周期:质点沿圆周运动一周所用的时间。如:地球公转周期约365天,钟表秒针周期60s等,周期长,表示运动慢。
    (角速度、周期可由学生自己说出并看书完成)
    板书:(师生共同完成)
    思考:物体做匀速圆周运动时,v、ω、T是否改变?(ω、T不变,v大小不变、方向变。)
    讲述:匀速周周运动是匀速率圆周运动的简称,它是一种变速运动。
    提出问题:匀速圆周运动是一种曲线运动,由物体做曲线运动的条件可知,物体必定受到一个与它的速度方向不在同一条直线上的合外力作用,这个合外力的方向有何特点呢?
    学生小实验(两人一组):
    线的一端系一小球,使小球在水平面内做匀速圆周运动。小球质量很小(可用橡皮塞等替代),甩动时线速度尽量大,小球重力与拉力相比可忽略,以保证拉线近似在水平方向。
    观察并思考:
    ①小球受力?
    ②线的拉力方向有何特点?
    ③一旦线断或松手,结果如何?
    (提问学生后板书并图示)
    概括:要使物体做匀速圆周运动,必须使物体受到与速度方向垂直而指向圆心的力作用,故名向心力。
    板书:3.向心力:物体做匀速圆周运动所需要的力。
    提出问题:向心力的大小跟什么因素有关?
    (学生自己设想,用刚才的仪器做小实验,凭感觉粗略体验。学生经实验、讨论有了自己的看法后,自由发言。)
    演示实验(验证学生的设想):研究向心力跟物体质量m、轨道半径r、角速度ω的定量关系。
    提问:实验时能否让三个量同时变。
    保持两个量不变,使一个量变化。
    实验装置:向心力演示器。
    演示:摇动手柄,小球随之做匀速圆周运动。
    提问:向心力由什么力提供?如何测量?
    小球向外压挡板,挡板对小球的反作用力指向转轴,提供了小球做匀速圆周运动的向心力,两力大小相等,同时小球压挡板的力使挡板另一端压缩套在轴上的弹簧,弹簧被压缩的格数可以从标尺中读出,即显示了向心力大小。
    演示内容:
    ①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结论:向心力F∝m
    ②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结论:向心力F∝r

www.lexue88.com     ③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结论:向心力F∝ω2
    归纳: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、一个测量就得到一般结论,实际上要进行多次测量,大量实验,但我们不可能一一去做。同学们刚才所做的实验得出:m、r、ω越大,F越大;若将实验稍加改进,如课本中所介绍的小实验,加一弹簧秤测出F,可粗略得出结论(要求同学回去做)。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。
    反馈练习:
    ①对于做匀速圆周运动的物体,下面说法正确的是:A速度不变;B速率不变;C角速度不变;D周期不变。
    ②如图7为一皮带传动装置,在传动过程中皮带不打滑。试比较轮上A、B、C三点的线速度、角速度大小。
    ③物体做匀速圆周运动所需要的向心力跟半径的关系,有人说成正比,有人说成反比。你对这两种说法是如何理解的?
    ④(前后呼应)解释跑400m弯道时身体为何要倾斜等一类问题。(火车拐弯要求课后看书)
    五、课堂小结
    1.科学方法
    ①点明建立概念的过程:是通过大量实例,概括抽象出本质的内容,即由个别到一般的思维过程。
    ②点明实验归纳的过程:必须经过多次实验,必须有足够的事实,由多个特殊的共同结论才能归纳出一般情况下的结论。
    2.知识内容:(见板书)
    3.对向心力的理解:向心力并不是一种特殊性质的力,它的名称只是根据始终指向圆心这一作用效果来命名的。下节课再进一步讨论。
    六、说明
    1.向心力、向心加速度的讲授顺序。向心力概念的建立有两条途径:一是先通过实验建立向心力概念,归纳出向心力公式,再推出向心加速度;二是先通过理论推导导出向心加速度,再推出向心力。
    先讲加速度,理论推导严谨,又能训练学生的推理能力,但方法较抽象,对基础差的学生难度较大。考虑到我所任班级学生的实际情况,我选用了先讲向心力,降低了难度,便于学生理解、接受,现行必修教材采用的也是这一顺序。不足之处是:由于实验存在误差,只能粗略得出结论,而且课堂不可能做很多实验,实验归纳的事实不足。解决的关键是尽量减小实验误差,补充实例,弥补实验事实不足的缺陷。
    2.对向心力的教学,本节完成了感知、概括、定义,即完成了个别到一般的过程和简单的再认。而进一步的再认即一般到个别,留待下节完成,所以本节对向心力的要求教学目标定为初步掌握。

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