溫州網(wǎng)站建設(shè)多少錢僅需500元(向心力與向心加速度公式)向心力與向心加速度的關(guān)系,
物理定律的學(xué)習(xí)方法有兩種:一是利用已有知識(shí)進(jìn)行理論推導(dǎo),再利用實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證;二是通過實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論,再通過理論推導(dǎo)進(jìn)行驗(yàn)證有關(guān)圓周運(yùn)動(dòng)中兩節(jié)重點(diǎn)內(nèi)容——向心力、向心加速度的學(xué)習(xí),也可以采用這樣兩種方法對于這兩節(jié)緊密聯(lián)系的內(nèi)容的教學(xué),我設(shè)想了如下的教學(xué)任務(wù)分析序列:。
1.寫圖式物理意義有助于定量分析勻速圓周運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和受力內(nèi)容或定義做曲線運(yùn)動(dòng)的物體,指向圓心或曲率中心的加速度稱為向心加速度;做曲線運(yùn)動(dòng)的物體,指向圓心或曲率中心的力稱為向心力物理性質(zhì)物理對象及過程。
做(勻速)圓周運(yùn)動(dòng)的物體存在規(guī)律勻速圓周運(yùn)動(dòng)中,向心加速度指向圓心,大小等于速度的平方和軌跡半徑向心力等于向心加速度和物體質(zhì)量的乘積推導(dǎo)過程勻速圓周運(yùn)動(dòng)中特征向心加速度和向心力始終指向圓心數(shù)學(xué)表達(dá)式
推論:
與其他概念或定律的關(guān)系(1)與速度的關(guān)系:總是垂直于速度方向;只改變速度的方向,不改變其大?。?)與勻速圓周運(yùn)動(dòng)和變速圓周運(yùn)動(dòng)的關(guān)系:如果物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng),合力提供向心力;如果物體做非勻速直線運(yùn)動(dòng)(線速度大小會(huì)改變),合力的一部分提供向心力。
(3)與性質(zhì)力的關(guān)系:向心力可能是彈力、重力或摩擦力,也可能是某幾個(gè)力的合力或某力的分力總之,只要達(dá)到維持物體做圓周運(yùn)動(dòng)效果的力,就是向心力向心力是一種效果力2.定內(nèi)容(1)勻速圓周運(yùn)動(dòng)中向心力、向心加速度方向的學(xué)習(xí),向心力的性質(zhì)的學(xué)習(xí)。
勻速圓周運(yùn)動(dòng)是變速運(yùn)動(dòng),在運(yùn)動(dòng)過程中,物體受到指向圓心的合外力的作用,擁有指向圓心的加速度向心力不是實(shí)際存在的力,而是通過效果命名的,任何產(chǎn)生向心加速度的力,不論其是重力、彈力、摩擦力或者何種性質(zhì)的力,都是向心力。
(2)勻速圓周運(yùn)動(dòng)中向心力和向心加速度大小的學(xué)習(xí)①勻速圓周運(yùn)動(dòng)中向心加速度大小向心加速度大小等于線速度的平方和軌道半徑倒數(shù)的乘積;②勻速圓周運(yùn)動(dòng)中向心力大小向心力大小等于向心加速度和物體質(zhì)量的乘積3.析途徑。
本節(jié)教學(xué)采用理論分析+實(shí)驗(yàn)歸納的途徑:(1)勻速圓周運(yùn)動(dòng)中向心力和向心加速度方向的學(xué)習(xí)和向心力的性質(zhì)采用實(shí)驗(yàn)歸納途徑,用求同法獲得向心力和向心加速度的方向以及向心力的性質(zhì)(2)勻速圓周運(yùn)動(dòng)中向心加速度的大小的學(xué)習(xí)采用。
解決物理習(xí)題的通用策略和理論分析途徑中的向前推理法,推理得出向心加速度的大小計(jì)算公式(3)勻速圓周運(yùn)動(dòng)中向心力的大小的學(xué)習(xí)采用理論分析+實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的途徑,首先利用解決物理習(xí)題的通用策略和“手段-目標(biāo)”法,首先通過向心加速度和向心力的關(guān)系推得向心力大小的計(jì)算公式,接著再利用圓錐擺實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。
4.清序列(1)獲得結(jié)論的邏輯過程①“勻速圓周運(yùn)動(dòng)中向心力和向心加速度方向”的學(xué)習(xí)采用的方法是求同法,結(jié)構(gòu)如下:實(shí)例運(yùn)動(dòng)情況受力分析合力和加速度的方向向心力來源1圓錐擺勻速圓周運(yùn)動(dòng)
指向圓心牽引力的分力2小球在細(xì)繩的牽引下在桌面上旋轉(zhuǎn)勻速圓周運(yùn)動(dòng)
指向圓心細(xì)繩的牽引力3月球繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)勻速圓周運(yùn)動(dòng)
指向圓心地球?qū)υ虑虻奈?小球在傾斜容器壁上旋轉(zhuǎn)勻速圓周運(yùn)動(dòng)
指向圓心支持力的分力結(jié)論:做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體,總是受到指向圓心的合外力(稱作向心力),也具有指向圓心的加速度(稱作向心加速度);向心力是通過作用效果命名的,任何性質(zhì)的力,一個(gè)力的分力或幾個(gè)力的合力,只要其作用效果是使物體做圓周運(yùn)動(dòng),都稱為向心力
②勻速圓周運(yùn)動(dòng)向心加速度的大小的學(xué)習(xí)采用解決物理習(xí)題的一般方法和向前推理法,具體內(nèi)容見子環(huán)節(jié)策略分析③勻速圓周運(yùn)動(dòng)向心力的大小的學(xué)習(xí)采用解決物理習(xí)題的一般方法和“手段-目標(biāo)”法,具體內(nèi)容見子環(huán)節(jié)策略分析。
(2)各子環(huán)節(jié)策略分析① 提出問題通過前一節(jié)課的學(xué)習(xí),學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了圓周運(yùn)動(dòng)的特征以及描述圓周運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)物理量角速度、線速度等跟直線運(yùn)動(dòng)類似,接下來應(yīng)該學(xué)習(xí)圓周運(yùn)動(dòng)中動(dòng)力學(xué)相關(guān)的物理量——加速度和力再回顧前幾節(jié)課所學(xué)習(xí)的曲線運(yùn)動(dòng)的性質(zhì),做曲線運(yùn)動(dòng)的物體一定受力且合外力的方向和速度方向不共線,可得圓周運(yùn)動(dòng)的物體一定存在合外力和加速度。
那么勻速圓周運(yùn)動(dòng)的合外力和加速度大小和方向分別是多少呢?勻速圓周運(yùn)動(dòng)中向心力和向心加速度方向的學(xué)習(xí):教師選擇4個(gè)演示實(shí)驗(yàn)或現(xiàn)象(圓錐擺、小球在細(xì)繩的牽引下在桌面上旋轉(zhuǎn)、月球繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)和小球在傾斜容器壁上旋轉(zhuǎn)),分析給出的的現(xiàn)象中物體所做的運(yùn)動(dòng)、物體的合外力和加速度大小和方向以及提供合外力(向心力)的力的性質(zhì),通過求同法分析獲得結(jié)論:做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體,總是受到指向圓心的合外力(稱作向心力),也具有指向圓心的加速度(稱作向心加速度);向心力是通過作用效果命名的,任何性質(zhì)的力,一個(gè)力的分力或幾個(gè)力的合力,只要其作用效果是使物體做圓周運(yùn)動(dòng),都稱為向心力。
勻速圓周運(yùn)動(dòng)中向心加速度大小的學(xué)習(xí):在學(xué)習(xí)了向心加速度和向心力方向之后,就需要考慮其正確性和大小的定量計(jì)算因?yàn)闆]有可以直接使用的方法,故采用解決物理習(xí)題的通用策略和理論分析途徑中的向前推理法進(jìn)行推導(dǎo)【審題】已知:物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng),軌跡半徑為r,速度的大小v不變。
A,B是軌跡上兩點(diǎn),弧長為Δl,位移為Δr,運(yùn)動(dòng)時(shí)間為Δt,圓心角為Δθ待求:物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度
?!痉治鲱}】已知速度和加速度的關(guān)系是
,將
平移到與
起點(diǎn)放在一起,構(gòu)成一個(gè)等腰三角形,根據(jù)三角形的相似原理可以求出
。再根據(jù)極限思想用弧長代替位移,再根據(jù)圓心角和弧長的關(guān)系、角速度和弧長的關(guān)系解方程,求出向心加速度和速度(線速度、角速度)之間的關(guān)系公式。
【求解過程】如圖所示,將
平移,通過幾何關(guān)系證明角α=Δθ,即速度方向的偏向角等于圓心角。根據(jù)三角形相似,
又因?yàn)楫?dāng)
->0時(shí),Δθ非常微小,
,所以
又因?yàn)?/p>
,所以
,所以
勻速圓周運(yùn)動(dòng)中向心力大小的學(xué)習(xí):在學(xué)習(xí)了向心加速度大小的計(jì)算公式后,接著便繼續(xù)采用向前推理法求解出向心力大小的計(jì)算公式,再采用驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)對推理結(jié)果進(jìn)行推理驗(yàn)證【審題】已知物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng),軌跡半徑為R,速度的大小為v,向心加速度為。
。待求:勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)物體所受向心力?!痉治鲱}】根據(jù)牛頓第二定律,物體所受到的合外力等于物體的質(zhì)量乘以加速度,在勻速圓周運(yùn)動(dòng)中也是如此?!厩蠼膺^程】
驗(yàn)證向心力大小是否正確的實(shí)驗(yàn):遵循物理概念和規(guī)律學(xué)習(xí)中的驗(yàn)證方法,驗(yàn)證勻速圓周運(yùn)動(dòng)的定量規(guī)律:實(shí)驗(yàn)?zāi)康模河脠A錐擺粗略驗(yàn)證向心力的表達(dá)式;實(shí)驗(yàn)器材:圓錐擺
實(shí)驗(yàn)方案:將鋼球懸掛在細(xì)線下面,將畫著同心圓的白紙置于水平桌面上,保證鋼球靜止時(shí)位于圓心給擺球一個(gè)初速度,讓其能沿著紙上某個(gè)圓周運(yùn)動(dòng)①測量圓周運(yùn)動(dòng)的半徑,用秒表記錄鋼球轉(zhuǎn)動(dòng)若干圈的時(shí)間,即可計(jì)算出周期,并根據(jù)周期和線速度的關(guān)系求出線速度。
用天平測量鋼球質(zhì)量,即可通過
計(jì)算向心力。②對鋼球進(jìn)行受力分析,可得
.測出軌跡半徑和小球距離懸掛點(diǎn)的垂直高度,即可計(jì)算出
。比較①②中求得的力的大小,即可驗(yàn)證向心力大小公式計(jì)算公式是否正確。測量多組數(shù)據(jù),進(jìn)行多次驗(yàn)證。組數(shù)鋼球質(zhì)量軌道半徑轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)時(shí)間周期線速度向心力123組數(shù)鋼球質(zhì)量軌道半徑懸掛高度合外力123