师：同学们，今天我们来学习高一粤教版物理必修2第二章第二节向心力与向心加速度第一课时。这是本节课的学习目标及任务。首先，回顾上节课所学知识。上节课我们认识了圆周运动，学习了描述圆周运动的物理量，还知道了匀速圆周运动的特点。要注意，这是一个变速运动，物体做匀速圆周运动时，速度方向时刻在变化，即运动状态在不断变化。根据牛顿第一定律，力是改变物体运动状态的原因，那么物体做匀速圆周运动时，受力情况有什么特点呢？我们通过一个具体例子分析一下。
大家看，绳子一端系一小球，另一端用手固定，让小球在近似光滑的桌面上做匀速圆周运动。大家可以利用手边工具尝试体验。此时，牵绳的手有什么感觉？
生：手有被拉着的感觉。
师：没错，这说明绳子上产生了拉力。那请大家分析一下，小球受到的合外力方向如何变化？我们对小球进行受力分析，它受到重力、支持力和绳子拉力的作用。在竖直方向上，重力和支持力二力平衡，所以合外力就是绳子的拉力。大家看，当小球运动到不同位置时，绳子拉力的方向不同，但始终指向圆心方向。那松手后，小球还能继续做圆周运动吗？
生：松手后，小球会沿着松手时运动的方向飞出去，不再做圆周运动。
师：非常好。通过分析，大家思考一下，是什么使小球在圆周轨道上运动？为什么松手后，小球从做圆周运动变成做直线运动？
生：松手后绳子拉力消失，小球受到的合外力为零，由于惯性，小球会沿着圆周上该点的切线方向飞出去做直线运动。是绳子的拉力使小球在圆周轨道上运动。
师：对，小球受到的合外力等于绳子的拉力，虽然小球所受合外力方向时刻改变，但始终指向运动轨迹的圆心。正是合外力的作用，使小球运动方向不断改变，并始终在圆周轨道上运动。大量实验表明，物体做匀速圆周运动时，所受合外力方向始终指向轨迹圆心。这个指向圆心的合外力被称为向心力。我们知道，做匀速圆周运动的物体线速度方向沿着运动轨迹切线方向，而向心力方向始终指向圆心，总是与线速度方向垂直。所以，匀速圆周运动中的向心力只改变速度方向，不改变速度大小。
下面我们看几个例子分析向心力。比如游乐场中的秋千在水平面内做圆周运动，它的轨迹如图中虚线所示。对秋千受力分析，它受到重力和绳子拉力两个力作用。同学们要注意，秋千做圆周运动时，并没有真的受到一个指向圆心的向心力，它做圆周运动的向心力是由重力和吊绳拉力的合力来提供的。所以，向心力不同于以往我们学习的按性质命名的力，它是根据力的作用效果来命名的。在分析具体问题时，向心力不能作为物体受到的某个力来分析，我们应先进行受力分析，找出是什么力提供了向心力，而不是凭空画出一个向心力。
再例如，旋转圆桌上的杯子，它与桌面保持相对静止，在水平面内做圆周运动。对杯子受力分析，杯子受到重力、支持力和静摩擦力作用，在竖直方向上，重力和支持力二力平衡，所以静摩擦力指向圆心，由静摩擦力来提供向心力。
总结来说，向心力可以由不同性质的力，如弹力、重力、摩擦力等提供，也可以由某一力的分力或某几个力的合力来提供。向心力是一个效果力，不是真实的力。在受力分析时，不要把向心力当作一个独立的力，而是要通过受力分析找到向心力的来源。
我们已经认识了向心力的方向特点，那么向心力大小与什么因素有关呢？下面通过实验探究。利用如图所示实验器材，通过牵绳的手感受绳子拉力变化，定性探究影响匀速圆周运动向心力大小的因素。这个实验大家可以在家完成。方案如下：一、保持其他因素不变，增大或减小小球旋转的角速度；二、保持其他因素不变，增大或减小小球旋转的半径，也就是改变绳长；三、保持其他因素不变，换一个质量较大的球进行实验。通过体验，大家可以感受到物体做圆周运动时，角速度、转动半径及物体质量都会影响向心力大小。
接下来，我们利用向心力演示器定量探究向心力大小与物体质量、角速度和运动半径之间的关系。
先介绍一下向心力演示器的结构和工作原理。向心力演示器由两个塔轮、长槽和短槽以及弹簧测力筒和里面的标尺组成。转动手柄，两塔轮一起转动，带动长槽和短槽分别转动，槽内小球随之做匀速圆周运动。对小球受力分析，它受到重力、支持力以及槽的挡板对它的推力。在竖直方向上，重力和支持力二力平衡，所以挡板对小球的力提供向心力。而小球对挡板的反作用力通过杠杆结构使弹簧测力筒下降，露出里面的标尺。标尺上有红白相间的等分格，可以显示小球所受向心力大小。
演示器上两个塔轮通过皮带相连。根据上节课知识，通过皮带连接的两个轮边缘处线速度大小相等。由角速度和线速度关系Ω = v / r可知，当线速度相等时，角速度与半径成反比。通过调整塔轮上的皮带，使其套到半径大小不同的塔轮上，就可以改变长槽和短槽旋转角速度之比。另外，长槽上有两个卡位，可以将小球放在长槽不同卡位上来改变小球做圆周运动的半径。
接着，利用向心力演示器，根据实验需要测量的物理量，设计相应实验方案，完成探究活动。大家思考一下，我们已经定性分析出向心力大小与角速度、转动半径和小球质量都有关系，那在探究时应该采用什么研究方法呢？
生：控制变量法。
师：对，就是控制变量法。
在第一组实验中，我们先保持两个小球的质量、转动半径相同，探究两个小球所受向心力与角速度之间的关系。如何保持质量和转动半径相同，又使小球以不同角速度转动呢？我们可以取两个质量相等的小球，分别放在短槽和长槽上半径较小的卡位上，这样质量和转动半径就相同了。而角速度可以通过把皮带套到半径不同的塔轮上，改变两个塔轮转动的角速度之比。我们把皮带套到半径不同的塔轮上，使塔轮转动的角速度之比为2 : 1。采用质量相等的两个小球放在半径相同的卡位上，转动手柄，使两小球同时开始做匀速圆周运动。观察露出的标尺格数。