第十一章 匀速圆周运动万有引力定律

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1、第十一章匀速圆周运动万有引力定律一、全章说明概述从这一章开始学习在变力作用下的运动。这章学习在大小不变而方向改变(总指向圆心)的变力作用下的匀速圆周运动。匀速圆周运动是一种最基本的周期性的运动，通过学习这种运动，要使学生进一步认识到牛顿运动定律对不同的机械运动是普遍适用的，体会到研究不同的运动要注意它们的特点。行星的运动在初步研究中可视为圆周运动，这一章讲述万有引力定律以及在万有引力作用下行星和卫星的圆周运动。万有引力定律是重要的基本定律，学习中应使学生体会到，万有引力定律的发现，将天体的运动和地面上的运动统一起来，使人类对自然界的认识前进一大步。

2、单元划分本章可分为三个单元：第一单元第一节至第三节，讲述匀速圆周运动的基本知识。第二单元第四、五节，分析匀速圆周运动的实例以及离心现象。第三单元第六、七两节，讲述万有引力和人造卫星。具体说明1．向心力和向心加速度是个难点。可以先从运动学角度推导出向心加速度的公式和向心加速度的方向，然后运用牛顿第二定律得出向心力公式，这样讲逻辑性强，有利于学生理解公式的来源，但这种讲法比较难，可能有的学生不易接受。本书未采取这种讲法，而是根据公式先讲向心力。对于小球在绳的拉力作用下做匀速圆周运动的情况来说，由绳的拉力引出向心力比较容易接受，然后在定性分析的基础

3、上直接给出向心力公式，再由牛顿第二定律导出向心加速度的公式。至于向心加速度公式的推导，则列为选学。如果学生基础较好，也可改变本书的讲法，即先讲此推导，再得出向心力的公式。2．万有引力定律是物理学中的重要基本定律，为了使学生对定律的发现历史和背景有所了解，本应讲讲行星运动以及开普勒定律等内容，但考虑到课时，本书未讲万有引力定律的发现历史和背景，也未介绍卡文迪许实验。如果条件允许，希望教师能讲一讲。还可补充讲讲地球上物体重量的变化。这样有助于学生认识万有引力定律的意义，并可起到巩固知识、应用知识的作用。二、教学要求和教学建议全章教学要求1．理解匀速

4、圆周运动的角速度、线速度和周期的概念，并理解它们之间的关系。2．理解向心力和向心加速度的概念，能分析向心力的来源，会用公式进行有关的计算。3．了解离心现象及其应用。4．掌握万有引力定律。5．了解有关人造地球卫星的知识，知道宇宙速度，会推导第一宇宙速度。(一)匀速圆周运动教学要求·理解匀速圆周运动的角速度、线速度和周期的概念，并理解它们之间的关系。1．理解线速度的概念，知道它就是物体做匀速圆周运动的瞬时速度，会用线速度大小的公式v=st进行计算。2．理解角速度的概念，会用公式ω＝φt进行计算。3．理解周期的概念，理解线速度、角速度和周期

5、的关系：v=rω=2πrT。教学建议1．角速度的概念学生初次接触，应使学生有确切理解。公式ω＝φ／t中的φ应当用弧度来表示，这一点要引起学生注意。这对于得出公式ω＝2π／Τ是十分重要的。2．教材介绍了转数的概念，应该要求学生能独立地由转数n(转/分)得知周期T(秒)或角速度ω(弧度/秒)。3．应使学生确切地知道，匀速圆周运动的线速度虽然大小不变，但方向时刻在变化，因此匀速圆周运动是变速运动，认识这一点是后面讲解向心加速度的前提。(二)向心力向心加速度(三)向心加速度公式的推导教学要求·理解向心力和向心加速度的概念，会用公式进行有关的计算。1

6、．知道什么是向心力和向心加速度，理解公式a=rω2（F＝mrω2）和a=v2r(F=mv2r)的确切含义，并能用来进行计算。2．知道在变速圆周运动中，可用上述公式求质点在圆周上某一点的向心力和向心加速度。3．理解向心加速度公式的推导。教学建议1．在给出向心力公式之前应通过演示使学生定性地知道向心力的大小与哪些因素有关。如果有学生实验中所用的仪器(课本图实－20)，可用来定性地演示。本节后的小实验可在课外组织学生做，并注意安全。2．对不同形式的向心加速度公式a=v2r和a=rω2，初学者往往不能正确理解其含义，最好通过练习二第(4)题的讨论，使学

7、生对公式的意义有清楚的认识。3．第二节后的思考与讨论，对多数学生来说，只要求他们知道木块所受向心力是由静摩擦力提供的，不要求作进一步分析。对乐于钻研的学生，可进一步指出木块相对于圆盘的运动趋势的方向是沿半径向外的，故静摩擦力的方向指向圆心。(四)匀速圆周运动的实例分析教学要求知道一个力或几个力的合力，其效果是使物体产生向心加速度，它就是物体所受的向心力。会在具体问题中分析向心力的来源。教学建议1．学生常常误认为向心力是一种特殊的力，是做匀速圆周运动的物体额外受到的力，因此教材中明确地指出这种看法是错误的，以及应如何正确认识向心力的来源。教学中要

8、通过分析实例使学生获得正确认识，除教材中的火车转弯和水流星，还可多分析实例，如练