一、教學目標

1.知識與技能

（1）知道什么是向心力，理解它是一種效果力。

（2）理解向心力公式的確切含義，并能用來進行簡單的計算。

2.過程與方法

在驗證向心力的表達式的過程中，體會控制變量法在解決問題中的作用。

3.情感態(tài)度與價值觀

通過探究活動，使學生獲得成功的喜悅，提高他們學習物理的興趣和自信心。

二、重點難點

1.教學重點

（1）理解向心力的概念和公式的建立。（2）理解向心力的公式，并能用來進行計算。

2.教學難點 向心力的來源

三、教學過程

（一）引入新課

【教師活動】同學們，上節(jié)課我們學習了向心加速度，同學們復習一下向心加速度的表達式？

【學生活動】an=v2/r=rw2=4π2/T2

【 教師活動】力是產(chǎn)生加速度的原因，那產(chǎn)生向心加速度的力叫什么？它具有什么特點呢？我們這節(jié)課就來一起探究這些問題。

（二）新課教學

一、向心力

1.向心力的概念及特點

【教師活動】觀看動畫“繩拉小球在桌面做勻速圓周運動”，分析小球受到的合力及特點。

【學生活動】思考并回答：方向指向圓周運動的圓心。

【教師活動】得出向心力的定義：做勻速圓周運動的物體受到的指向圓心的合力。

2.向心力的表達式的理論推導

【教師活動】大家初步認識向心力后，能不能根據(jù)所學的知識，從理論上推導向心力表達式？

【學生活動】在教師引導下根據(jù)向心加速度的表達式和牛頓第二定律推導：

因為an=v2/r=rw2，F(xiàn)合=ma，所以 Fn=F合=mv2/r=mrw2

【教師活動】理論推導證明：Fn=mv2/r=mrw2=mr×

4π2/T2）

3.實驗驗證（心力演示儀驗證法）

【教師活動】逐一介紹向心力演示儀的構(gòu)造和使用方法

（1）構(gòu)造（略）——主要介紹各部分的名稱

（2）使用方法：（學生參照說明書）

（3）實驗原理（Fn=mrw2 ，控制變量法）

①用m不同的鋼球和鋁球，使它們r和ω相同，觀察并分析Fn與m之間的關(guān)系。

②用兩個m相同的小球，保持小球的ω相同，觀察并分析Fn與r之間的關(guān)系。

③用兩個m相同的小球，保持小球的r相同，觀察并分析Fn與ω之間的關(guān)系。

[學生活動]觀察，設(shè)計表格，記錄數(shù)據(jù)。

[總結(jié)歸納]在誤差允許范圍類，驗證了向心力表達式的正確性。

4.感受向心力

【學生活動】學生手拉著細繩的一端，使帶細繩的鋼球在水平面內(nèi)盡可能做勻速圓周運動。

動手體會拉力的大小與鋼球的m、v、W 、T，r的關(guān)系。

【教師活動】那么我們?nèi)绾胃惺芟蛐牧?與m、v、W、T、r之間的關(guān)系呢？

【學生活動】采用控制變量法，保持m、v、W、T、r中的四個量不變，體會Fn與剩下的一個量之間的關(guān)系。

【教師活動】大家體驗后，感覺向心力Fn與哪些物理量有什么樣的關(guān)系？

【學生活動】質(zhì)量m、半徑r一定，線速度v越大，向心力Fn越大；質(zhì)量m、線速度v一定，半徑r越大，向心力 越大；質(zhì)量m、半徑r一定，周期T越大，向心力Fn越小……

5.勻速圓周運動實例分析——向心力的來源

【教師活動】（1）輕繩栓一小球，在光滑水平面做勻速圓周運動。小球向心力的來源？（2）物體相對轉(zhuǎn)盤靜止，隨盤做勻速圓周運動，物體向心力的來源？

討論：物塊隨著圓桶一起勻速轉(zhuǎn)動時，物塊向心力的來源？

【學生活動】思考，受力分析，找來源。

【教師活動】請大家觀看視頻“摩天飛輪”，用剛才所學的知識解釋游客為什么可以在空中旋轉(zhuǎn)做勻速圓周運動？

【學生活動】思考，構(gòu)建物理模型。

【教師活動】游客的運動形式可以簡化成如右圖的物理模型：圓錐擺

【教師活動】用鐵架臺下面懸掛的小球演示圓錐擺的運動。該向心力如何求？有哪些方法？需要哪些條件？

【學生活動】繩子的拉力和鋼球的重力的合力提供向心力。方法：正交分解法；

向心力的大小為mgtanθ。在實際中tanθ可以用圓周運動的半徑與小球距懸點的豎直高度的比值算出，用公式計算：F =mgtgθ=mg？r/h即：mgtgθ=mg？r/h=mv2/ r=mrw2=mr× 4π2/T2

二、變速圓周運動

【演示實驗】釋放單擺，讓鋼球擺動。觀察鋼球單方向的擺動過程。

【教師活動】小球繞著懸點做圓周運動，由于速度大小發(fā)生了變化，這是變速圓周運動。那么什么力提供小球做圓周運動的向心力？

【學生活動】在教師引導下對小球進行受力分析后得出：Fn=fT-Gsinθ

【教師活動】那么重力的另一分量Gcosθ起著什么作用呢？

【學生活動】思考、討論并回答：Gcosθ跟速度方向一致，起著改變速度大小的作用。

【學生活動】指向圓心的分力Fn始終與速度方向垂直，改變的是物體運動的速度方向。

【教師活動】僅有向心加速度的運動是勻速圓周運動，同時具有向心加速度和切向加速度的圓周運動是變速圓周運動。

（作者單位：陜西省寶雞中學）

編輯/張俊英