高二物理《向心力和向心加速度》教學(xué)設計

　　新課程強調“將學(xué)習的重心從過(guò)分強調知識的傳承和積累向獲取知識的探究過(guò)程轉化，從學(xué)生被動(dòng)接受知識向主動(dòng)獲取知識轉化，從而培養學(xué)生的探究能力、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和敢于創(chuàng )新的精神”。為此本教學(xué)設計和教學(xué)實(shí)施就是采用學(xué)生實(shí)驗探究和教師演示實(shí)驗相結合的實(shí)驗探究教學(xué)法。

　　教學(xué)內容

　　《普通高中課程標準實(shí)驗教科書(shū)·物理（2）》（司南版）

　　教學(xué)目標

　　1、知識與技能

　�。�1）知道向心力，通過(guò)實(shí)例認識向心力的作用及向心力的來(lái)源

　�。�2）通過(guò)實(shí)驗理解向心力的大小與哪些因素有關(guān)系，能運用向心力公式進(jìn)行計算。

　�。�3）知道向心加速度及其公式，能運用牛頓第二定律分析勻速圓周運動(dòng)的向心力和向心加速度。

　　2、過(guò)程與方法

　�。�1）經(jīng)歷形成向心力概念的過(guò)程，培養學(xué)生觀(guān)察、分析、歸納能力。

　�。�2）通過(guò)創(chuàng )設一定的問(wèn)題情境，讓學(xué)生經(jīng)歷探索向心力F與哪些因素有關(guān)的過(guò)程，學(xué)習控制變量法，培養學(xué)生分析論證等能力。

　　3、情感態(tài)度與價(jià)值觀(guān)

　　學(xué)習科學(xué)研究方法和科學(xué)研究態(tài)度，發(fā)展學(xué)生對科學(xué)的好奇心與求知欲，使學(xué)生樂(lè )于探究自然界的奧秘，體驗探索自然規律的艱辛與喜悅，培養學(xué)生主動(dòng)參與活動(dòng)的熱情和與他人合作的精神，有將自己的見(jiàn)解與他人交流的愿望，敢于堅持正確觀(guān)點(diǎn)，勇于修正錯誤，具有團隊精神。

　　教材分析

　　《向心力和向心加速度》是司南版必修2第三章第二節。本節是本章承上啟下的重要知識，學(xué)好這一節可以為學(xué)好本章應用部分以及萬(wàn)有引力的應用作必要準備。 教材先講向心力，后講向心加速度，回避了用矢量推導向心加速度這個(gè)難點(diǎn)，通過(guò)實(shí)例給出向心力概念，再通過(guò)探究性實(shí)驗給出向心力公式F=mrω2或 F=mv2/r，之后直接應用牛頓第二定律得出向心加速度的表達式a=rω2或a=v2/r，順理成章，便于學(xué)生接受。

　　學(xué)情分析

　　在前面的教學(xué)中，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習了勻速圓周運動(dòng)。知道描述勻速圓周運動(dòng)快慢的物理量有線(xiàn)速度、角速度、周期、轉速等，并理解它們之間的關(guān)系。知道在傳動(dòng)裝置中，共軸的輪子上各點(diǎn)的角速度相等；皮帶轉動(dòng)（不打滑）中，凡和皮帶接觸的點(diǎn)，線(xiàn)速度的大小相等。這些都為本節課的學(xué)習奠定了基礎。但學(xué)生只是表面知道勻速圓周運動(dòng)是一種變速運動(dòng)，因為它的線(xiàn)速度方向時(shí)刻在變，更深一步來(lái)分析，為什么線(xiàn)速度的方向時(shí)刻在變？是什么力來(lái)改變物體的這種運動(dòng)狀態(tài)，這個(gè)力有何特點(diǎn)？學(xué)生將帶著(zhù)這些疑問(wèn)來(lái)進(jìn)入本節課的學(xué)習。

　　教學(xué)過(guò)程

　　一、引入新課

　　1、 設置情景

　　教師做“水流星”實(shí)驗,并設下疑問(wèn)：為什么盛水的杯子以一定的速度做圓周運動(dòng)，水不從杯里灑出，甚至杯子在豎直面內運動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí)，杯口已經(jīng)朝下，水也不會(huì )從杯里灑出來(lái)？

　　[在課堂上創(chuàng )設真實(shí)可見(jiàn)的物理情景，通過(guò)演示實(shí)驗的現象，使學(xué)生產(chǎn)生懸念，激發(fā)好奇心和探索欲望，培養學(xué)生把生活與物理聯(lián)系一起的習慣。]

　　2、 復習提問(wèn)

　�。�1）什么是勻速圓周運動(dòng)?

　�。�2）“勻速”的含義是什么？

　　在上節課的基礎上，學(xué)生很快得出答案。教師引導學(xué)生分析：由于勻速圓周運動(dòng)的速度方向時(shí)刻在變，所以勻速圓周運動(dòng)是變速曲線(xiàn)運動(dòng)。而力是改變物體運動(dòng)狀態(tài)的原因。那么做勻速圓周運動(dòng)的物體所受合外力一定不為零。那么物體所受的外力有何特點(diǎn)？加速度怎樣呢？指出：這兩個(gè)問(wèn)題即是我們這節課要研究的問(wèn)題，且通過(guò)這節課的學(xué)習大家即可自行解釋前面小實(shí)驗的因果。

　　[采用這樣的導入法是在復習舊知識的基礎上，提出將要進(jìn)一步研究的問(wèn)題，從而使學(xué)生對講授的新內容產(chǎn)生迫切求知的欲望，主動(dòng)積極開(kāi)展思維活動(dòng)，進(jìn)入新課的學(xué)習。同時(shí)能給學(xué)生一種知識的整體感。]

　　二、向心力

　　1、實(shí)驗探究“小球在光滑水平面做圓周運動(dòng)”。

　�。�1）、步驟

　�、僖粋�(gè)小球，拴在繩的一端，繩的另一端固定于桌上，原來(lái)細繩處于松馳狀態(tài)

　�、谟檬州p擊小球，觀(guān)察繩繃直前后小球的運動(dòng)情況。

　�。�2）、借助課件引導學(xué)生討論、分析：

　�、倮K繃緊前，小球做勻速直線(xiàn)運動(dòng)，小球受到哪些力的作用？

　�、诶K繃緊后，小球做勻速圓周運動(dòng)，小球受到哪些力的作用？合外力是哪個(gè)力？這個(gè)力的方向有什么特點(diǎn)？這個(gè)力起什么作用？

　�。�3）、通過(guò)討論得到：

　�、僮鰣A周運動(dòng)的物體始終受到一個(gè)指向圓心的力的作用，這個(gè)力叫向心力。

　�、谙蛐牧χ赶驁A心，方向不斷變化。是變力。

　�、巯蛐牧Φ淖饔眯Ч�——只改變運動(dòng)物體的速度方向，不改變速度大小。

　　[這實(shí)驗簡(jiǎn)單易做，效果明顯，通過(guò)親身感受學(xué)生獲得了成功的樂(lè )趣。討論時(shí)教師應適時(shí)介入引導學(xué)生得出正確的結論。]

　　2、課件展示動(dòng)畫(huà)：（1）圓錐擺 （2） 物體相對轉盤(pán)靜止，隨盤(pán)做勻速圓周運動(dòng) （3）汽車(chē)轉彎 （4）衛星繞地球運行

　　3、向心力的來(lái)源：通過(guò)對以上四個(gè)圓周運動(dòng)實(shí)例的分析得出向心力的來(lái)源可以是某一個(gè)力（重力、彈力、摩擦力）或幾個(gè)力的合力，也可以是某個(gè)力的分力。

　　4、應用：學(xué)生嘗試解釋“水流星”的實(shí)驗現象。

　　[向心力的來(lái)源是學(xué)生在本章學(xué)習中的一個(gè)難點(diǎn)，用多媒體呈現直觀(guān)刺激材料，易引起學(xué)生注意，提高學(xué)習興趣。 圓錐擺等現象中，物體都做圓周運動(dòng)，具有運動(dòng)方面的共性，由此啟發(fā)學(xué)生對這些物體的受力進(jìn)行分析，尋找受力方面的共性，使學(xué)生經(jīng)歷了分析、比較、歸納等思維過(guò)程，也體驗到了成功的喜悅。學(xué)生在未來(lái)的學(xué)習中可能將向心力當成獨立的一個(gè)力，教師此時(shí)應特別指出：受力分析時(shí), 不能多出一個(gè)向心力。且①物體做勻速圓周運動(dòng)時(shí)，向心力就是物體所受到的合外力。②物體做非勻速圓周運動(dòng)時(shí)，向心力物體并非是所受到的合外力。]

　　三、 向心力的大小

　　1、 實(shí)驗探究：感受向心的大小

　　讓學(xué)生利用身邊的材料如鑰匙串、橡皮擦、筆、細繩等動(dòng)手實(shí)驗并感受向心的大小。

　�。�1）讓學(xué)生用細線(xiàn)聯(lián)結鑰匙串、橡皮擦、筆等，然后拉住繩的一端，讓鑰匙串、橡皮擦、筆等盡量做勻速圓周運動(dòng)，改變轉動(dòng)的快慢、細線(xiàn)的長(cháng)短多做幾次。

　�。�2）引導學(xué)生猜想：向心力的大小可能與物體的質(zhì)量、角速度、半徑有關(guān)。因此在探究向心力大小實(shí)驗中應采用控制變量法來(lái)研究這一問(wèn)題。

　　[該小實(shí)驗在此做了改動(dòng)，與課本上的不盡相同。做該實(shí)驗時(shí)學(xué)生的感受更直接，更易操作。提醒學(xué)生實(shí)驗時(shí)應使物體盡可能在水平面內做圓周運動(dòng)，這樣繩的拉力近似等于向心力。]

　　課件展示：

　　2、 實(shí)驗探究向心力大小

　�。�1）實(shí)驗方法：控制變量法

　�。�2）介紹向心力演示器的構造和使用方法。

　�。�3）實(shí)驗過(guò)程

　�、儋|(zhì)量不同的鋼球和鋁球，當它們運動(dòng)的半徑r和角速度ω相同時(shí)，比較向心力的大小

　�、趦蓚�(gè)質(zhì)量相同的小球，保持運動(dòng)半徑相同，觀(guān)察向心力與角速度之間的關(guān)系

　�、蹆蓚�(gè)質(zhì)量相同的小球，保持小球運動(dòng)的角速度相同，觀(guān)察向心力的大小與運動(dòng)半徑之間的關(guān)系

　�。�4）實(shí)驗記錄表格

　　實(shí)驗質(zhì)量比值(m1:m2)半徑比值(r1:r2)角速度比值(ω1:ω2)向心力近似比值(F1:F2)123

　�。�5）實(shí)驗結論：

　�、賹�(shí)驗表明物體做圓周運動(dòng)所需向心力大小為：

　　F=mω2r （式中F表示向心力，m表示物體的質(zhì)量，ω是物體做圓周運動(dòng)的'角速度，r是所做圓周運動(dòng)的圓周半徑。）

　�、趹�用線(xiàn)速度和角速度的關(guān)系，上述公式可變形為：

　　F=mv2/r （式中v是做勻速圓周運動(dòng)的線(xiàn)速度）

　　[對于控制變量法學(xué)生已有一定程度的認知，因此在學(xué)生的自主探究并提出猜想后通過(guò)演示實(shí)驗師生一起探究最后得出向心力大小的關(guān)系式。在介紹向心力演示器的構造和使用方法時(shí)教師可結合傳動(dòng)裝置中，共軸的輪子上各點(diǎn)的角速度相等，皮帶傳動(dòng)（不打滑）中，凡和皮帶接觸的點(diǎn)，線(xiàn)速度的大小相等這一知識點(diǎn)讓學(xué)生思考怎樣控制角速度不變。當學(xué)生明白這一問(wèn)題后，教師的演示也可換成學(xué)生的演示。不然，臺上的忙得不亦樂(lè )乎，臺下的卻不知所以然，純看熱鬧。]

　　四、向心加速度：

　�、� 定義: 由向心力產(chǎn)生的加速度叫向心加速度。

　　2、物理意義: 它是表示速度方向變化快慢的物理量。

　　3、向心加速度的大小與方向

　�。�1）引導學(xué)生利用牛頓第二定律推導出向心加速的表達式----a=ω2r.

　　向心力的大小還可以用F=mν2/r來(lái)表達，同樣向心加速度也可表示為--a=ν2/r.

　�。�2）方向：與向心力的的方向一致。沿半徑指向圓心，方向不斷變化，所以勻速圓周運動(dòng)是變加速運動(dòng)。

　　4、動(dòng)動(dòng)腦：a=ω2r、a=ν2/r ，a與r究竟是成正比呢，還是成反比？

　　指出：當w一定時(shí)，a∝r

　　當v一定時(shí)，a∝1/r

　　5、課本例題：在航空競賽場(chǎng)里，由一系列路標塔指示飛機的飛行路徑。在飛機轉彎時(shí)，飛行員能承受的最大向心加速度大小約為6g(g為重力加速度)。設一飛機以150 m/s的速度飛行，當加速度為6g時(shí)，其路標塔轉彎半徑應該為多少?

　　六、小結[在小結中需給學(xué)生指出,向心力和向心加速度的公式雖然是從勻速圓周運動(dòng)中推導出來(lái)的,但這些公式對變速圓周運動(dòng)中求某點(diǎn)的向心力和向心加速度也適用.]

　　七、作業(yè)：P72 3、4、5小題

　　設計思路

　　向心力和向心加速度是高中物理的一個(gè)難點(diǎn)內容，學(xué)生對于向心力一直很難理解。為了突破重點(diǎn)，難點(diǎn)，本節課本節首先通過(guò)創(chuàng )設真實(shí)可見(jiàn)的物理情景，激發(fā)他們的求知欲，引起學(xué)習的興趣。然后學(xué)生親身進(jìn)行實(shí)驗探究來(lái)感受向心力。當學(xué)生對向心力的概念有了一定的認識后，就進(jìn)一步提出向心力的大小與哪些因素有關(guān)呢？再讓學(xué)生動(dòng)手完成感受向心力大小的小實(shí)驗后做出猜想，然后借助了向心力演示器進(jìn)行實(shí)驗，從而得出了向心力公式。接著(zhù)運用牛頓第二定律，給出向心加速度的公式，讓學(xué)生明白勻速圓周運動(dòng)的向心力和向心加速度的大小不變，但方向時(shí)刻在改變。

　　本教學(xué)設計和教學(xué)實(shí)施都落實(shí)了高中物理新課程的目標要求，體現了新課程的精神，采取“學(xué)生自主探究，教師啟發(fā)導學(xué)”的新教法，充分調動(dòng)學(xué)生自主學(xué)習，讓學(xué)生自主探究，親身體會(huì )到科學(xué)探究的過(guò)程。通過(guò)實(shí)驗探究，讓學(xué)生人人參與，親身體驗探究過(guò)程，活躍學(xué)生思維，并在探究中突破教學(xué)難點(diǎn)。教師結合演示實(shí)驗，同時(shí)充分利用多媒體課輔助教學(xué)，使課堂的教學(xué)效果大大提高。這是一節科學(xué)的、操作性很強的教學(xué)設計案例。

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