向心力教学设计教学竞赛

全国首届大学生中学物理教学技能大赛教学设计参赛课题：《向心力向心加速度》推荐单位：泰山学院参在选手：殷允帅所学专业：物理学学历层次：本科山东·烟台2009-8-162《向心力向心加速度》教学设计一、教材分析本节课内容选自人民教育出版社出版的全日制普通高级中学教科书物理第五章第五节《向心力向心加速度》。本节课是从动力学的角度研究匀速圆周运动，这部分知识是本章的重点和难点，也是学好圆周运动的关键点。教材先讲向心力，后讲向心加速度，回避了用矢量推导向心加速度这个难点。教材通过实例分析给出向心力概念，再通过探究性实验给出向心力表达公式，然后直接应用牛顿第二定律得出向心加速度的表达式，顺理成章，便于学生接受。本节是本章承上启下的重要知识，学好这部分知识，可以为后面的天体运动和带电粒子在匀强磁场中的运动打好基础。同时，向心运动在生活和生产中都有重要的意义，通过学习，可以科学的解释日常生活中的向心运动现象。二、学生分析在前面的教学中，学生已经学习了匀速圆周运动，对匀速圆周运动有了一定的理解。知道描述匀速圆周运动快慢的物理量有线速度、角速度、周期、转速等，并理解线速度、角速度、周期、半径之间的关系。学生知道在转动装置中，共轴的轮子上各点的角速度大小相等；皮带转动（不打滑）中，凡和皮带接触的点，线速度的大小相等。这些都为本节课的学习奠定了基础。三、教学目标1、知识与技能（1）理解向心力和向心加速度的概念，知道向心力的大小与哪些因素有关。（2）理解向心力和向心加速度的表达式的含义，能运用公式解答有关问题。（3）掌握向心力与向心加速度之间的关系。2、过程与方法（1）经历形成向心力概念的过程，培养学生观察、分析、归纳能力。（2）在验证向心力的表达式的过程中，体会控制变量法在解题中的作用。3、情感态度与价值观（1）实例、实验紧密联系生活，拉近科学与学生的距离，使学生感到科学就在身边，调动学生学习的积极性，培养学生团队意识和浓厚的学习兴趣。3（2）培养学生对科学的求知欲，乐于参与观察，敢于实验，体会实验在探索物理规律中的作用和方法。（3）培养学生事实求是、尊重客观规律的科学态度，养成严谨、细致、耐心的实验修养。四、教学重点与难点1．重点：向心力大小与m、r、ω的关系。2．难点：理解向心力的概念。五、实验仪器向心力演示仪、细线、小球、钥匙若干（相同规格）、圆珠笔杆、弹簧秤、铁架台等六、教学方法新课程强调“要将学习的重心从过分强调知识的传承和积累，向获取知识的探究过程转化，从学生被动接受知识，向主动获取知识转化，从而培养学生的探究能力、实事求是的科学态度和敢于创新的精神”。为此本教学设计采用学生实验探究和教师演示实验相结合为主的实验探究教学法其他教法相辅教学方法。本节课先通过对实验的理论分析，得出向心力的概念，再通过实验，探究其表达公式，用理论指导实践。理论推导严谨，能训练学生的推理能力，用实验方法讲向心力，降低了难度，便于学生理解接受。这样让学生真正认识到向心力的存在及意义。七、教学程序设计本节课的设计流程为：展示情景，提出问题→建立模型，共同探究→思维发散，科学猜想→分组实验，探索研究→定性分析，定量计算。（一）展示情景，提出问题【播放链球运动，展示图片“翻滚过山车”】师：在两个物理模型中球体和过山车近似作什么运动？为了描述此运动，我们引入了哪些物理量，它们的关系？学生踊跃回答：球体在此模型中作匀速圆周运动。引入的物理量有v、r、ω、T，它们的关系v=rω，2/vrT,2/T。设疑：为什么当游客处在过山车翻滚的时候不会掉下来？【通过播放视频和展示图片、用复习提问的方式来导入新课，激发了学生4的学习积极性和兴趣，使学生产生疑问，进行引导，进而达到激情导入新课的目的。】（二）建立模型，共同探究1.活动设计——感受向心力利用单摆小球，手执绳的一端，使小球在光滑水平面上做匀速圆周运动。分析此模型下小球受力特点。生：竖直方向小球受重力G和桌面的支持力N，水平方向还受到绳子的拉力F，N与G相抵消，所以合力为F。师：很好，绳子对小球的拉力有什么特点？力的方向跟速度方向的关系？学生讨论：力的方向时刻在变，且始终指向圆心，始终跟速度方向垂直。师：讨论如果突然将绳子断开，将会发生什么现象？原因？生：小球都将沿直线飞出，因为绳子的拉力提供了维持小球做匀速圆周运动的力。断开绳子这个力就会消失，所以小球由于惯性沿直线飞出。得出向心力概念：做匀速圆周运动的物体受到的指向圆心的合外力那么这个力就称为向心力。常记为F向。2.分析向心力特点分析向心力概念：力的方向、效果，力的来源。展示圆锥摆模型，结合单摆小球水平方向运动模型，分析小球运动状况，从以上三方面探讨向心力特点，并小组讨论。结论：向心力方向始终与v垂直，指向圆心；力的作用效果改变了速度的方向，不改变速度的大小，因此向心力是根据力的作用效果命名的，它可以是重力、弹力、摩擦力或几个力的合力，不是独立的一个力。（三）思维发散，科学猜想首先同学们猜测一下向心力与哪些因素有关，如过你是当年的科学家，你应该从那些因素入手？【通过积极引导，鼓励学生思考,让学生最大限度的参与到探究活动中】学生活动设计（一）——初步探究影响向心力大小的因素1、根据提供的实验器材，各小组讨论实验方案，全班共同讨论各个实验方案的可操作性，并确定最佳方案进行实验。52、最佳实验方法：把弹簧秤固定在桌面上,挂钩与绳子相连，绳子的另一端通过圆珠笔杆系并不同数量的钥匙，使细绳与钥匙尽可能的作匀速圆周运动,观察现象。3、小组讨论，并根据弹簧秤读数猜想影响向心力大小的因素。生:根据实验数据，向心力的大小可能与物体的质量、角速度、半径有关。【实验不足】读数时，弹簧秤也会随着钥匙晃动；实验时不容易把握角速度大小和处理好角速度、半径、质量三者关系。这样存在了实验误差，影响实验的准确性。【肯定学生的劳动成果，但指出不足，有利于学生理性思索，分析。】那我们就需要继续实验，检验我们的猜想是否正确，并探究它们之间与向心力F的关系。我们使用的办法——控制变量法。【通过理性的引导，帮助同学们制定出正确的探究计划。】（四）分组实验，探索研究学生活动设计（二）——用向心力演示仪探究影响向心力大小的因素在学生小实验前利用多媒体课件展示向心力演示器工作原理，并分小组做实验。实验过程和要求：1.自行改变实验条件，多做几次。2.体会控制变量法解题思想3.记录实验数据，对实验数据的正确处理。4.讨论实验结果。期间，教师参与实验过程并对实验能力欠缺的小组进行指导。数据处理处理：探究一：质量m和角速度一定时，向心力与半径r的关系。1r2r1r：2r1F2F1F：2F123结论一：m、相同时，1r：2r=1F：2F，向心力大小与半径成正比。探究二：半径r和角速度一定时，向心力与质量m的关系．1m2m1m:2m1F2F1F：2F1263结论二：r、相同时，1m：2m=1F：2F，向心力大小与质量成正比。探究三：质量m和半径r一定时，向心力与角速度的关系．121：21F2F1F：2F123结论三：m、r相同时，当1：2=1：2时，1F：2F=1：4，向心力大小与角速度的平方成正比。生：得出结论2Fmr师:很好，那么可以说明我们在活动（一）中猜想的结果是正确的，同时进一步证明可得向心力的表达式2Fmr或2Fmr。【向心力表达式的物理意义表述和适用对象？】角速度一定时,向心力与半径成正比；线速度一定时,向心力与半径成反比。这两个公式不仅适用于匀速圆周运动，而且适用于一般的曲线运动。师：物体做圆周运动，速度的方向发生改变那么物体就存在一个加速度。向心加速度由谁产生？方向如何？生：向心加速度由向心力产生，据牛顿运动定律得到：这个加速度的方向与向心力的方向相同。师：加速度是描述速度变化快慢的物理量，那么向心加速度呢？生：向心加速度是描述速度方向变化快慢的物理量。【设置富有启发性的问题串，对学生思维过程进行引导和启发。】师：讨论怎么推导向心加速度的公式呢？生：根据牛顿第二定律Fma所以2ra或2/avr。【向心加速度的表达式由学生来完成，体现学生为主体的教学原则。】（五）定性分析、定量计算（一）定性分析科学解释的引课提问的过山车现象：重力和轨道的支持力的合力使人和小车做匀速圆周运动，力的方向不断变化，从而不会使人在小车翻滚时掉下来。7【播放感性图片，由学生感悟向心力，加深了对概念的理解，教师在适当的时候补充说明】图片如下：优美的花样滑冰表演、赛车拐弯、地球绕太阳转动、飞机拐弯、物体在转盘上绕轴转动。设置问题：生活中你们认为还有哪些现象是能够用向心力解释的？【学生积极发言，师生共同讨论，不让学生带问题离开课堂，生生互动、师生互动，共同学习探究，课堂气氛活跃，学生能在愉快的教学环境中获得知识和培养思维能力。】（二）定量计算例题：质量为800kg的小汽车试过一座半径为50m的圆型拱桥，到达桥顶的速度为5m/s，求此时汽车对桥的压力。（g为10m/s2）分析：在这里我们选定汽车作为研究对象，当汽车运动到最高点时，重力和桥的支持力提供使汽车作圆周运动的向心力。求出其的大小，从而求出桥对汽车的支持力。力桥对汽车的作用力和桥所受的压力也就得到了解：设桥对汽车的支持力为FN，方向竖直向上。由F=mv2/r=8×102kg×（5m/s）2/50m=400N又F=G-FNFN=G-F=8×102kg×10m/s2-400N=7.6×103N。所以汽车对桥的压力为7.6×103N，方向竖直向下。【要求学生展示板书过程，规范解题步骤】引导学生归纳出运用向心力解题的一般步骤：(1)分析物体受力情况。（2）找圆心。（3）确定F向即F向的方向。（4）列式求解【由例题归纳出此类问题的解题步骤有利于培养学生科学、严谨的学习态度，并能大大提高解题效率】八、归纳小结1.向心力的概念，大小？2.向心加速度物理含义及表达式？3.控制变量法解题思想。FF向心力GFN●圆心O84.布置作业①教材习题P96⑥、⑦②知识拓展仍以小汽车过一圆型拱桥，如果汽车到达桥顶的速度很快时会发生怎样的情况？为什么？九、板书设计5.5向心力向心加速度一向心力1.定义：做匀速圆周运动的物体所受到的指向圆心的合外力，叫向心力。2.特点：方向始终与V垂直，指向圆心，方向时刻发生变化。3.大小：F=mrω2或F=mv2/r二向心加速度:1.大小:2ra或2/avr。2.方向:沿半径指向圆心，方向不断变化，是变加速运动。3.物理意义:表示速度方向变化快慢的物理量。三应用1.例题