6.2 向心力 教学设计-2025-2026学年高一下学期物理人教版必修第二册

该高中物理教学设计聚焦“向心力”核心知识点，通过小球在光滑水平面做匀速圆周运动的情境导入，提问受力及向心力来源，衔接圆周运动基础，搭建从受力分析到效果力理解的学习支架。 此设计以实验探究为核心，用向心力演示器结合控制变量法，引导学生探究向心力与质量、角速度、半径的关系，培养科学探究能力。通过自行车转弯、碗内小球运动等实例分析向心力来源，渗透科学态度与责任，助力学生构建物理观念，提升教师课堂互动与知识应用教学效果。

高中物理人教版必修第二册 第六章《抛体运动》 第2节 向心力 教学设计 上课班级 上课时间 年 月 日 课时： 节 课题 第2节 向心力 学习目标 1、 物理观念 1.理解向心力是一种效果力，方向总是指向圆心。 2.知道向心力大小与哪些因素有关，并能用来进行计算。 3.知道在变速圆周运动中向心力为合力沿半径方向的分力。 2、 科学思维 1.掌握向心力公式，并能分析向心力的来源，解决相关问题。 2.体验向心力的存在，会设计相关实验探究影响向心力大小的因素，体会控制变量法在研究多个物理量关系中的应用 3、 科学探究 通过实验探究影响向心力大小的因素，掌握拓展实验的探究方法，提高动手实验的能力。 四、科学态度与责任 从实际问题中体会向心力的应用，指导生活生产实际，培养学以致用的科学精神。 学习重难点 1.实验：探究影响向心力大小的因素。 2.向心力来源的实例分析。 教学过程 一、新课引入 如图所示，用细绳拉着质量为m的小球在光滑水平面上做匀速圆周运动． (1)小球受哪些力作用？合力指向什么方向？ (2)除以上力外，小球还受不受向心力？什么力提供向心力？ 答案　(1)小球受到重力、支持力和绳的拉力，合力等于绳的拉力，方向指向圆心． (2)小球不受向心力，向心力是按效果命名的，绳的拉力提供了向心力． 二、教学过程 （一）实验探究：探究影响向心力大小的因素 1.实验目的 （1）定性分析向心力大小的影响因素。 （2）学会使用向心力演示器。 （3）探究向心力与质量、角速度、半径的定量关系。 2.实验器材 向心力演示器 3.实验原理 控制变量法：物体的质量、角速度、转动半径对向心力均有影响。要研究一个因变量与三个自变量的关系，应先控制其中的两个自变量不变，先研究向心力与第三个自变量之间的关系。 4.物理量的测量 （1）向心力的测量：由塔轮中心标尺露出的等分格的读数读出。 （2）质量的测量：用天平直接测量。 （3）轨道半径的测量：根据长、短槽上的刻度读出小球到转轴的距离。 （4）角速度的测量：通过测量变速塔轮的直径确定角速度的比值。 5.实验结论 精确的实验表明，向心力大小可以表示为 或者 。 【例题1】如图甲为“用向心力演示器验证向心力公式”的实验示意图，图乙为俯视图．图中A、B槽分别与a、b轮同轴固定，且a、b轮半径相同．a、b两轮在皮带的传动下匀速转动． (1)两槽转动的角速度ωA________ωB(选填“>”“＝”或“<”)． (2)现有两个质量相同的钢球，①球放在A槽的边缘，②球放在B槽的边缘，它们到各自转轴的距离之比为2∶1，如图乙所示，则钢球①、②的线速度之比为________，受到的向心力之比为________． 答案　(1)＝　(2)2∶1　2∶1 （二）向心力 1．定义： 大量实验表明，物体做匀速圆周运动时所受合外力的方向始终指向轨迹的圆心，这个指向圆心的合外力称为向心力。 2．方向： 向心力的方向始终指向圆心，总是与线速度方向垂直。 3．公式： F＝mω2r或者F＝。 （3） 向心力的实例分析 情景探究： 自行车转弯时的运动可看作匀速圆周运动，观察此图，思考以下问题： 哪个力充当自行车转弯时做圆周运动的向心力？ ［提示］地面静摩擦力提供自行车转弯时的向心力。 1．向心力的特点 由于向心力的方向与物体运动方向始终垂直，故向心力是变力。其作用不改变线速度的大小，只改变线速度的方向。 2．向心力的来源 匀速圆周运动中，向心力等于物体的合外力，常等效为三种情况：某些力的合力充当向心力，某一力充当向心力，某一力的分力充当向心力。 3． 向心力来源的实例分析 （1）重力提供向心力 如图所示，用细绳拴住小球，使小球在竖直面内转动，当它经过最高点时，若细绳的拉力恰好为零，则此时向心力由小球所受的重力提供。 （2）弹力提供向心力 如图所示，绳子的一端系在光滑水平桌面上的O点，另一端系一小球，使小球在桌面上做匀速圆周运动，则小球做匀速圆周运动的向心力由绳子的拉力(弹力)提供。 （3） 摩擦力提供向心力 如图所示，木块随圆盘一起做匀速圆周运动，其所需的向心力由静摩擦力提供。木块相对圆盘的运动趋势的方向沿半径背离圆心，静摩擦力的方向与相对运动趋势的方向相反。但是，当圆盘光滑(无摩擦力)时，木块将沿切线方向飞出，说明木块相对于地面的运动趋势的方向沿切线方向，而相对于圆盘的运动趋势的方向沿半径向外。 （4）合力提供向心力 如图所示，细线拉住小球在竖直面内做匀速圆周运动，当小球经过最低点时，向心力由细线的拉力和小球重力的合力提供 【例题2】（多选）如图所示，玻璃球沿碗的内壁做匀速圆周运动（若忽略摩擦），这时球的受力情况正确的是( BC ) A. 重力和向心力 B. 重力和支持力 C. 合力指向水平方向 D. 合力指向碗底 [解析]选 。玻璃球沿碗的内壁做匀速圆周运动，受到重力和支持力作用，向心力是根据效果命名的力，只能由其他力的合力或者分力来充当，不是真实存在的力，不能说物体受到向心力， 错误， 正确；合力沿水平方向，提供向心力， 正确， 错误。 板书设计 1.实验探究：探究影响向心力大小的因素 2.公式：F＝mω2r或者F＝。 3．向心力的来源 匀速圆周运动中，向心力等于物体的合外力，常等效为三种情况：某些力的合力充当向心力，某一力充当向心力，某一力的分力充当向心力。 课后作业 1．如图所示，水平转盘上放有一个质量为m的小物体，小物体离转轴的距离为r，转轴与小物体间用一根刚好伸直的细线相连，小物体和转盘间的最大静摩擦力等于重力的μ倍，细线所能承受的最大拉力为3μmg。问： (1)当转盘角速度为多少时，细线的拉力为零？ (2)若小物体始终相对转盘静止，转盘转动的最大角速度是多少？ 2．如图所示为改装的探究圆周运动向心力的实验装置。有机玻璃支架上固定一个直流电动机，电动机转轴上固定一个半径为r的塑料圆盘，圆盘中心正下方用细线接一个重锤，圆盘边缘连接细绳，细绳另一端连接一个小球。实验操作如下： ①利用天平测量小球的质量m，记录当地的重力加速度g的大小； ②闭合电源开关，让小球做如图所示的匀速圆周运动，调节激光笔2的高度和激光笔1的位置，让激光恰好照射到小球的中心，用刻度尺测量小球球心到塑料圆盘的竖直高度h和小球做匀速圆周运动的半径R； ③当小球第1次到达A点时开始计时，并记录为1次，记录小球n次到达A点的时间t； ④切断电源，整理器材。 请回答下列问题： (1)下列说法正确的是________。 A．小球运动的周期为 B．小球运动的线速度大小为 C．小球运动的向心力大小为 D．若电动机转速增加，激光笔1、2应分别左移、升高 (2)若已测出R＝40.00 cm、r＝4.00 cm、h＝90.00 cm、t＝100.00 s、n＝51，π取3.14，则小球做匀速圆周运动的周期T＝________s，记录的当地重力加速度大小应为g＝____________m/s2(计算结果均保留三位有效数字)。 课后作业答案 1.[解析]　(1)当物体仅由静摩擦力提供向心力时，最大的向心力为μmg，此时 μmg≥mω2r 解得：ω≤。 (2)当拉力达到最大时，转盘有最大角速度ωmax， μmg＋Fm＝mωr 即：μmg＋3μmg＝mωr 解得：ωmax＝＝2。 [答案]　(1)ω≤　(2)2 2.[解析]　(1)小球从第1次通过A位置到第n次通过A位置，转动的圈数为n－1，所用时间为t，故周期T＝，A错误；小球的线速度大小v＝＝，B正确；小球受重力和拉力，二力的合力提供小球做匀速圆周运动的向心力，设细绳与竖直方向的夹角为α，则有Fn＝mg tan α＝，C错误；若电动机的转速增加，小球做匀速圆周运动所需的向心力增大，则细绳与竖直方向的夹角增大，故转动半径增大，小球球心到塑料圆盘的竖直高度减小，激光笔1、2应分别左移、升高，D正确。 (2)小球做圆周运动的周期T＝＝ s＝2.00 s；向心力Fn＝＝mR，解得g＝≈9.86 m/s2。　 [答案]　(1)BD　(2)2.00　9.86 教学反思 学科网（北京）股份有限公司 $