2019-2020年人教版必修二5.7《生活中的圓周運(yùn)動(dòng)》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(yùn)動(dòng)》WORD教案13 ★新課標(biāo)要求 （一）知識(shí)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(jìn)行計(jì)算。 3、知道在變速圓周運(yùn)動(dòng)中，可用上述公式求質(zhì)點(diǎn)在某一點(diǎn)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(yàn)證向心力的表達(dá)式的實(shí)驗(yàn)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(jià)值觀 1、 在實(shí)驗(yàn)中，培養(yǎng)動(dòng)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(huì)實(shí)驗(yàn)的意義，激發(fā)學(xué)習(xí)物理的興趣。 ★教學(xué)重點(diǎn) 明確向心力的意義、作用、公式及其變形。 ★教學(xué)難點(diǎn) 如何運(yùn)用向心力、向心加速度的知識(shí)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(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，討論、交流學(xué)習(xí)成果。 ★教學(xué)工具 圓錐擺實(shí)驗(yàn)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(dòng)：前面兩節(jié)課，我們學(xué)習(xí)、研究了圓周運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征，知道了如何描述圓周運(yùn)動(dòng)。這節(jié)課我們?cè)賮韺W(xué)習(xí)物體做圓周運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)特征――向心力。 （二）進(jìn)行新課 1、向心力 教師活動(dòng)：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(gè)物體做圓周運(yùn)動(dòng)的實(shí)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(yùn)動(dòng)的向心力表達(dá)式。 學(xué)生活動(dòng)：認(rèn)真閱讀教材，列舉并分析實(shí)例，體會(huì)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(yùn)動(dòng)的向心力表達(dá)式。學(xué)生代表發(fā)表自己的見解。 教師活動(dòng)：傾聽學(xué)生回答，幫助學(xué)生分析實(shí)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(dá)式：或 點(diǎn)評(píng)：激發(fā)學(xué)生的思維，充分調(diào)動(dòng)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(dá)能力和分析問題的能力。 2、實(shí)驗(yàn)：用圓錐擺粗略驗(yàn)證向心力的表達(dá)式 教師活動(dòng)：指導(dǎo)學(xué)生閱讀教材 “實(shí)驗(yàn)”部分，引導(dǎo)學(xué)生思考下面的問題： 1、實(shí)驗(yàn)器材有哪些？ 2、簡述實(shí)驗(yàn)原理（怎樣達(dá)到驗(yàn)證的目的） 3、實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)過程中差生誤差的原因主要有哪些？ 學(xué)生活動(dòng)：認(rèn)真閱讀教材，思考問題，學(xué)生代表發(fā)言。 教師活動(dòng)：聽取學(xué)生見解，點(diǎn)評(píng)、總結(jié)。 教師活動(dòng)：指導(dǎo)學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并記錄學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程中存在的問題。 學(xué)生活動(dòng)：分成小組，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，獨(dú)立驗(yàn)證。 點(diǎn)評(píng)：讓學(xué)生親歷實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的過程，體驗(yàn)成功的樂趣。培養(yǎng)動(dòng)手能力和團(tuán)結(jié)協(xié)作的團(tuán)隊(duì)精神。 教師活動(dòng)：聽取學(xué)生匯報(bào)驗(yàn)證的結(jié)果，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的可靠性作出評(píng)估。 師生互動(dòng)，得出結(jié)論： 1、實(shí)驗(yàn)的過程中，多項(xiàng)測量都是粗略的，存在較大的誤差，用兩個(gè)方法得到的力并不嚴(yán)格相等。 2、通過實(shí)驗(yàn)我們還體會(huì)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(shí)驗(yàn)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(gè)分力。 教師活動(dòng)：實(shí)例分析：說明以下幾個(gè)圓周運(yùn)動(dòng)的實(shí)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(yùn)動(dòng)。 2、月球繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)的向心力是什么力提供的？ 3、在圓盤上放一個(gè)小物塊，使小物塊隨圓盤一起做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，分析小物塊受幾個(gè)力？向心力由誰提供？ 學(xué)生活動(dòng)：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(yùn)動(dòng)。由于豎直方向小球不運(yùn)動(dòng)，故重力、支持力合力為零，那么水平方向上的勻速圓周運(yùn)動(dòng)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(yùn)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(diǎn)評(píng)：通過實(shí)例分析，達(dá)到鞏固所學(xué)知識(shí)的目的。 教師活動(dòng)：指導(dǎo)學(xué)生兩人一組，完成課本54頁“做一做”欄目中的實(shí)驗(yàn)，自己感受向心力的大小。 學(xué)生活動(dòng)：按照“做一做”欄目中的實(shí)驗(yàn)介紹，獨(dú)立操作，在實(shí)驗(yàn)中獲得體驗(yàn)。 點(diǎn)評(píng)：通過實(shí)驗(yàn)，增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，同時(shí)激發(fā)學(xué)習(xí)物理學(xué)的興趣。 3、變速圓周運(yùn)動(dòng)和一般曲線運(yùn)動(dòng) 教師活動(dòng)：向心力能改變速度的大小嗎？為什么？ 學(xué)生活動(dòng)：思考并發(fā)表見解。 教師活動(dòng)：聽取學(xué)生代表的發(fā)言，點(diǎn)評(píng)。 教生活動(dòng)：設(shè)疑：我們?cè)凇白鲆蛔觥钡膶?shí)驗(yàn)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(dòng)：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(dòng)：聽取學(xué)生見解，點(diǎn)評(píng)、總結(jié)。 點(diǎn)評(píng)：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(dòng)求知的意識(shí)。 教師活動(dòng)：對(duì)于做一般曲線運(yùn)動(dòng)的物體，我們可以用怎樣的分析方法進(jìn)行簡化處理？ 學(xué)生活動(dòng)：閱讀教材并結(jié)合圖6.7－4的提示發(fā)表自己的見解。 點(diǎn)評(píng)：對(duì)學(xué)生注重物理學(xué)方法的教育。 （三）課堂總結(jié)、點(diǎn)評(píng) 教師活動(dòng)：讓學(xué)生概括總結(jié)本節(jié)的內(nèi)容。請(qǐng)一個(gè)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(qǐng)同學(xué)評(píng)價(jià)黑板上的小結(jié)內(nèi)容。 學(xué)生活動(dòng)：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(huì)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(diǎn)評(píng)：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(shí)框架。 （四）實(shí)例探究 ［例1］如圖所示，在光滑的水平面上釘兩個(gè)釘子A和B，相距20 cm.用一根長1 m的細(xì)繩，一端系一個(gè)質(zhì)量為0.5 kg的小球，另一端固定在釘子A上.開始時(shí)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(yùn)動(dòng).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(shí)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(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)的半徑就減少0.2 m，但速度大小不變（因?yàn)槔K對(duì)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(shí)，球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)的時(shí)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(gè)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(dòng)的角速度在什么范圍內(nèi)，物體A才能隨盤轉(zhuǎn)動(dòng). 【解析】 由于A在圓盤上隨盤做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，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(shí)，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(shí)，A所受的最大靜摩擦力沿半徑向外，這時(shí)向心力為： F－Fm ′＝mω22r ④ 由②、③、④得ω2＝. 要使A隨盤一起轉(zhuǎn)動(dòng)，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(yùn)動(dòng)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(huì) 思維方法是解決問題的靈魂，是物理教學(xué)的根本；親自實(shí)踐參與知識(shí)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(shí)踐活動(dòng)，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(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)加速度而不是平均加速度； 在勻速圓周運(yùn)動(dòng)中，加速度不是恒定的，這里的向心加速度是指某時(shí)刻或某一位置的瞬時(shí)加速度，它等于包含該時(shí)刻（或該位置）在內(nèi)的一小段時(shí)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(shí)速度值. ②向心加速度不一定是物體做圓周運(yùn)動(dòng)的實(shí)際加速度； 在勻速圓周運(yùn)動(dòng)中，向心加速度就是物體做圓周運(yùn)動(dòng)的實(shí)際加速度，而在一般的非勻速圓周運(yùn)動(dòng)中，它只是物體實(shí)際運(yùn)動(dòng)的加速度的一個(gè)分加速度，另一個(gè)分加速度為切向加速度，如圖所示.可見物體做圓周運(yùn)動(dòng)的加速度不一定指向圓心，只有勻速圓周運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)的切向加速度是描述圓周運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(duì)應(yīng)的向心加速度an=. ④質(zhì)點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)和剛體的勻速轉(zhuǎn)動(dòng)是兩個(gè)不同的物理模型； 我們不能說質(zhì)點(diǎn)在轉(zhuǎn)動(dòng)，也不能說剛體做圓周運(yùn)動(dòng)，注意剛體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，其上各點(diǎn)均做圓周運(yùn)動(dòng)，它們做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑可以不相等，但各點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的角速度相等。 ⑤一個(gè)常見的錯(cuò)誤是：在確定了做勻速圓周運(yùn)動(dòng)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(gè)大小等于m的向心力.例如，長為L的輕繩拴著一個(gè)小球做圓錐擺運(yùn)動(dòng)（如圖所示）在分析小球受力時(shí)，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(cuò)誤地認(rèn)為小球受到一個(gè)在水平面內(nèi)指向圓心的向心力.其錯(cuò)誤在于忘掉了向心力是做勻速圓周運(yùn)動(dòng)物體受到的合外力.實(shí)際上，小球只受到重力和拉力，這兩個(gè)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(gè)額外的力，認(rèn)為小球受三個(gè)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(gè)力算了兩遍），是完全錯(cuò)誤的.