高中物理人教版必修 第二册 2. 向心力教学设计.docxVIP

2.向心力

课程：高中物理

教材：高中物理人教版必修第二册

章节：2.向心力

教材分析

向心力是圆周运动的核心概念，在力学体系中承上启下，既与牛顿第二定律F=ma紧密联系，又为后续天体运动和电磁学中的圆周运动奠定基础。教材通过剪断细线的演示实验建立向心力方向指向圆心的直观认知，结合飞椅、地球公转等实例说明向心力是效果力而非性质力，强调其Fn=mω2r和Fn=

学情分析

学生已掌握力与运动的基本关系、牛顿定律及曲线运动的初步概念，具备分析物体受力和运动状态变化的能力。高中阶段学生抽象思维逐步发展，但对向心力这一效果力的理解易与重力、弹力等性质力混淆，常误认为是新增的力。本节重点在于理解向心力是由其他力提供的效果力，方向始终指向圆心，难点在于区分匀速与变速圆周运动中合力的作用效果，以及向心力大小与质量、速度、半径的定量关系探究，要求学生具备控制变量的实验思维和矢量分解的分析能力。

教学目标

物理观念：

能够认识向心力的概念及其在圆周运动中的作用，理解向心力是由其他力提供的效果力而非独立存在的力。

科学思维：

会运用力的分解方法分析变速圆周运动中合力的作用效果，并能将一般曲线运动分解为多个圆周运动进行研究。

科学探究：

能够通过实验探究向心力大小与质量、速度和轨道半径的关系，会设计控制变量的实验方案。

科学态度与责任：

在探究向心力实验中保持严谨态度，认识到物理学研究方法从定性到定量的重要性。

重点难点

教学重点：

通过实验分析，理解向心力是效果力，方向始终指向圆心

通过公式推导与实验，掌握向心力大小的表达式Fn=mv

教学难点：

通过变速圆周运动实例，理解合力不总指向圆心，需分解为切向与向心分力

通过一般曲线运动模型，掌握“化曲为圆”的物理思想及局部圆周近似方法

课堂导入

同学们，游乐场里的旋转飞椅总是让人又爱又怕，当飞椅越转越快时，你会感觉有什么力量在把你往外推？但仔细观察会发现，其实是座椅的绳索在把你往中心拉。这种看似矛盾的现象也出现在汽车转弯时，乘客会感觉有股力量把自己甩向车门外侧。为什么物体会产生这种想往外跑的感觉，而实际上控制它运动的力却是指向中心的呢？

向心力

探究新知

创设情景

游乐场中的旋转飞椅在空中做圆周运动，座椅通过钢索与中心轴相连，随着转盘转动，座椅逐渐向外摆开。此时，乘客与座椅一起做匀速圆周运动，其运动方向不断改变。这一现象表明乘客的运动状态持续变化，必然受到合外力的作用。

问题探讨

问题：

问题1：旋转飞椅做圆周运动时，乘客的速度方向如何变化？这说明合力起到了什么作用？

问题2：细线牵引小球在光滑桌面上做匀速圆周运动，剪断细线后小球将如何运动？这说明细线拉力对小球的运动有何影响？

问题3：小球做匀速圆周运动时，所受合力的方向指向哪里？依据是什么？

问题4：向心力是像重力或弹力一样的独立性质力吗？它的命名依据是什么？

探讨：

问题1：乘客速度方向沿圆周切线方向不断改变，说明合力并未改变速度大小，而是持续改变速度方向，即合力提供改变运动方向的效果。

问题2：剪断细线后，小球将沿切线方向飞出，说明细线拉力是维持圆周运动的关键。一旦拉力消失，物体将保持当前速度方向做匀速直线运动，符合牛顿第一定律。

问题3：小球所受合力即为细线拉力，方向始终沿细线指向圆心。实验和观察表明，所有匀速圆周运动的物体所受合力方向都指向圆心。

问题4：向心力不是按性质命名的力，而是根据力的作用效果命名的。它可以由弹力、引力或多个力的合力提供，如太阳对地球的引力提供向心力，绳子拉力与重力的合力也可提供向心力。

归纳总结

做圆周运动的物体，运动状态不断变化，说明一定受到力的作用。

做匀速圆周运动的物体所受合力总指向圆心，这个力称为向心力。

向心力只改变速度的方向，不改变速度的大小。

向心力是根据力的作用效果命名的，不是一种新的性质力，可由某个力或几个力的合力提供。

概念深化

问题

为什么不能说“物体受到向心力作用”就像说“物体受到重力作用”那样自然？

答案

因为重力、弹力、摩擦力等是按力的性质命名的，而向心力是按作用效果命名的。同一个力在不同情境下可能表现为向心力，例如绳子拉力在圆周运动中提供向心力，但它本质上是弹力。因此，“向心力”描述的是某个力或合力在维持圆周运动中的功能角色，而非独立存在的力类型。直接说“受向心力作用”容易误解为存在一种新的性质力，忽略了其来源的本质。

新知巩固

例题1

如图所示，在长为l的轻线（不可伸长）下端拴一个质量为m的带电小球。使小球在水平面内做匀速圆周运动，圆心O处也固定一带电小球，两球均可视为质点，重力加速度为g。当轻线跟竖直方向的夹角为θ时，则（）

A．小球做匀速圆周运动的向心力指向O′

B．小球做匀速圆周运动的向心力大小为mgtanθ

C．小球做匀速圆周运动过