师：同学们，今天我们学习必修2第五章第六节向心力。首先，请大家利用身边物品做个感受实验：用一根细绳一端连接小球，另一端用手握住，让小球在水平桌面上做圆周运动。做完后，请回答这两个问题：第一，小球做圆周运动时，牵绳的手有什么感觉？第二，如果在小球转动过程中突然松手，会出现什么现象？回答完这两个问题后，我们再来思考第三个问题：若小球的运动近似看成匀速圆周运动，结合牛顿运动定律以及上一节所学的向心加速度概念，绳子给小球的力有什么特点？要清楚了解这个力的特点，就需要学习本节课的内容——向心力。
本节课的学习目标有三个：一是通过实例分析，知道什么是向心力，理解它是一种效果力；二是通过实验探究和理论分析，明确向心力大小与哪些因素有关，并掌握向心力公式；三是通过情景探究，会分析向心力的来源，能计算简单情景中的向心力，了解变速圆周运动的向心力与合力的关系。
我们先对刚才做圆周运动的小球进行受力分析。小球受重力，桌面对它有向上的支持力，细绳对它还有一个拉力。忽略小球运动中受到的阻力，小球的合力就等于细绳的拉力。这个合力有什么特点呢？我们通过俯视图进一步研究。
当小球在某位置时，合力即拉力刚好指向圆心，而该点速度方向沿切线方向。无论小球转到哪个位置，合力始终指向圆心，速度始终沿切线方向。大量实例表明，做匀速圆周运动的小球，其所受合力总是指向圆心，我们把这个合力叫做向心力。向心力的方向始终指向圆心，且与速度方向垂直。由于物体做匀速圆周运动，所以向心力只会改变线速度的方向，不会改变线速度的大小。
同学们思考一下，向心力大小和什么因素有关呢？大家再利用身边物品做个感受向心力的体验活动。老师准备了两个沙袋，一个质量大，一个质量小。操作方法是：让绳子一端与沙袋相连，另一端用手握住，把手举过头顶，使沙袋在水平面上做圆周运动。沙袋做圆周运动所受的向心力近似等于细绳对沙袋的拉力。实验中，大家可以换用不同质量的沙袋，改变沙袋转动速度以及细绳长度，感受向心力的变化。老师刚才体验了这个过程，同学们也赶紧动手做一做。
通过这个实验，我们可以大胆猜测，向心力大小与物体质量、转动速度以及运动半径等因素有关。那么向心力大小与这些物理量有怎样的定量关系呢？我们可以通过向心力演示器进一步探究。实验器材有向心力演示器、两个质量相同的钢球和一个质量小的铝球。
先介绍一下向心力演示器的构造：这里是转动手柄，2和3是变速塔轮，4是长槽，5是短槽，这里是横臂，这两个是套筒，套筒里露出的是标尺。其工作原理是：匀速转动手柄，使变速塔轮、长槽、短槽以及槽内小球随之匀速转动，小球做匀速圆周运动的向心力由横臂挡板对小球的压力提供。小球对挡板的反作用力通过横臂杠杆作用使弹簧测力套筒下降，露出标尺，我们可根据标尺上红白相间的等分标记，粗略计算两个球向心力的比值。
同学们思考一下，这个实验应采用什么方法呢？因为要探究向心力与物体质量、转动速度以及转动半径之间的关系，所以实验采用控制变量法。具体通过三个实验探究：实验一，保持角速度和半径相同，探究向心力与质量的关系；实验二，保持质量和角速度相同，探究向心力与半径的关系；实验三，保持质量和半径相同，探究向心力与角速度的关系。下面请同学们观看视频，看如何利用向心力演示器，采用控制变量法探究向心力大小与物体质量、运动半径及转动速度之间的关系。
实验一，控制物体转动半径以及角速度相同，探究向心力与质量的关系。用质量比是1:2的铝球和钢球，分别放在半径相同的位置，通过调节变速塔轮，使两球转动角速度相同。匀速转动手柄，注意观察两个标尺露出的格数。转动稳定后，发现两个标尺露出的格数比是1:2，两球质量比也是1:2，这说明在控制物体转动半径以及角速度相同的情况下，向心力与物体质量成正比。
实验二，控制物体质量以及转动角速度相同，探究向心力与半径的关系。用质量完全相同的两个钢球，分别放在半径比是2:1的同一侧，调节变速滑轮，使两球转动角速度相同。匀速转动手柄，观察两个标尺露出的刻度。转动稳定后，发现两个标尺露出的格数比接近2:1，两球转动半径比也是2:1，这表明在控制物体质量以及转动角速度相同的情况下，向心力与物体运动半径成正比。
实验三，控制两球质量相同，转动半径也相同，探究向心力与角速度的关系。先调节变速塔轮，使两个变速塔轮半径比是2:1，再把两个质量完全相同的小球，分别放在半径相同的位置。转动起来后，两球角速度比是1:2。匀速转动手柄，观察两个标尺露出的格数。转动稳定后，发现两个标尺露出的格数比接近1:4，而两球转动角速度比是1:2，这说明在控制物体质量以及转动半径相同的情况下，向心力与角速度的平方成正比。
通过实验探究出了向心力大小与物体质量、转动半径以及角速度之间的关系。精确实验表明，向心力大小(F_N = m\omega^2r)或者(F_N = m\frac{v^2}{r})。我们还可以通过理论推导得出向心力表达式。这一节我们学习了做匀速圆周运动的物体，其合力与向心力相等，结合前面学的牛顿第二定律，合力等于物体质量乘以加速度(a)，这个加速度就是上节所学的向心加速度，向心加速度(a = \frac{v^2}{r})或者(a = \omega^2r)。由这三个式子联立，同样可得出向心力表达式(F_N = m\omega^2r)或者(F_N = m\frac{v^2}{r})。
生活中有很多物体做圆周运动，比如游乐园中的旋转木马、过山车等。同学们思考一下，这些物体做圆周运动的向心力是什么力提供的呢？下面通过几个情景探究向心力来源的特点。
情景一，常见的洗衣机，可简化为一个转筒模型。转筒匀速转动，内壁有一个物体随转筒一起匀速转动，且物体与转筒相对静止。这个物体做圆周运动的向心力是什么力提供的呢？我们先确定物体做圆周运动所在平面和圆心，然后对物体进行受力分析。物体受重力、内壁的弹力，竖直方向还有静摩擦力。很容易得出，竖直方向上静摩擦力与重力相等，水平方向上支持力(F_N)等于物体所受合力。所以，这个情景中，支持力(F_N)或物体所受合力提供物体做圆周运动的向心力。