《向心力與向心加速度》
對物體受力分析,說明向心力的來源。
物體隨轉(zhuǎn)盤一起勻速圓周運動 物體隨滾筒一起勻速圓周運動
板書:向心力的來源:向心力可以由重力、彈力、摩擦力等某個力提供,也可以由它們的合力,或某個力的分力提供。
六、實驗探究:向心力的大小
提出問題:向心力的大小跟哪些因素有關(guān)?
(引導學生用兩個小鏈球?qū)嶒灒瑧{感覺粗略體驗。學生經(jīng)實驗、討論有了自己的看法后,自由發(fā)言。)
學生的猜想:向心力跟物體質(zhì)量m、半徑r、角速度ω有關(guān)。
(若學生說到v,可引導學生由公式v=ωr得出ω和v有重復的部分)
進一步引導學生猜想它們的定量關(guān)系。學生可能猜想向心力與質(zhì)量成正比,與半徑成正比,與角速度成正比。老師先不要作出判斷。
提問:實驗時能否讓三個量同時變。
學生:不行,應(yīng)該保持其它量不變,使一個量變化即控制變量法。
實驗裝置:向心力演示器。
介紹構(gòu)造:
講解工作原理:小球向外壓擋板,擋板對小球的反作用力指向轉(zhuǎn)軸,提供了小球做勻速圓周運動的向心力,兩力大小相等,同時小球壓擋板的力使擋板另一端壓縮套在軸上的彈簧,彈簧被壓縮的格數(shù)可以從標尺中讀出,即顯示了向心力大小。
演示操作:如何實現(xiàn)控制變量。
強調(diào)注意事項:
學生分組實驗得出:
①f向心力與質(zhì)量的關(guān)系:ω、r一定,取兩球使ma=2mb觀察:(學生讀數(shù))fa=2fb。
結(jié)論:向心力f∝m。
②f向心力與半徑的關(guān)系:m、ω一定,取兩球使ra=2rb觀察:(學生讀數(shù))fa=2fb。
結(jié)論:向心力f∝r。
③f向心力與角速度的關(guān)系:m、r一定,使ωa=2ωb觀察:(學生讀數(shù))fa=4fb。
結(jié)論:向心力f∝ω2。
歸納:綜合上述實驗結(jié)果可知:物體做勻速圓周運動需要的向心力與物體的質(zhì)量成正比,與半徑成正比,與角速度的二次方成正比。但不能由一個實驗、一個測量就得到一般結(jié)論,實際上要進行多次測量,同時選取更精密的儀器,大量實驗,但我們不可能一一去做。同學們剛才所做的實驗得出:m、r、ω越大,f越大;若將實驗稍加改進,如課本中所介紹的小實驗,加一彈簧秤測出f,可粗略得出結(jié)論。我們還可以設(shè)計很多實驗都能得出這一結(jié)論,說明這是一個帶有共性的結(jié)論。測出m、r、ω的值,可知向心力大小為:f=mrω2r。
板書:向心力:f向心力=mω2r=mv2/r
我們知道合外力必然產(chǎn)生加速度,向心力實際就是物體做勻速圓周運動的合外力,這個力產(chǎn)生的加速度是怎么樣的呢?
七、根據(jù)牛頓第二定律推導出向心加速度
板書:向心加速度
1、向心加速度大小:a=f向心力/m=ω2r=v2/ r=ωv
a=4π2r/t2=4π2rf2
提問:方向是怎么樣的?
板書:向心加速度的方向:與向心力同向,始終指向圓心
思考:勻速圓周運動是勻變速運動還是非勻變速運動?