搜索
人教版高一年级《向心力》教学设计瑞安十中应继豹课题：§6.7向心力课型：新授课（1课时）一：设计思想本节课主要是学习物体做圆周运动的动力学特征——向心力，因此本节课的教学主要是从动力学的角度研究学习向心力的知识。物理问题的研究总是从最简单、最基本的着手，所以本节课的教学首先从圆周运动中最简单的运动——匀速圆周运动入手，得出向心力的表达式；然后进一步推广到变速圆周运动和一般曲线运动的动力学规律；符合“从特殊到一般”的认知规律和教学规律。在向心力的表达式的教学中，本节课采用先用牛顿第二定律理论推导公式再实验验证的科学研究方法。这样既可以使学生加深对向心力公式的理解，又能使学生知道科学研究的严谨性；而且通过理论分析和实验探究还能让学生体会向心力的来源和向心力的性质，知道求向心力的两种方法：根据受力分析求解和根据公式求解。另外实验探究部分采用随堂实验和播放录制的实验视频相结合的方法，既能让所有学生现场读数，参与到实验中来，又能有效节约课堂时间。在变速圆周运动的教学中，本节课采用“质疑（猜想）——讨论分析——得出正确规律”的教学方式，使学生真正参与到课堂中，从“争论”中得出结论，获得知识。体现“以学生为本”的新课标理念。考虑到课堂时间较紧张以及安全问题（学生手抡沙袋时容易发生碰撞），教材“做一做”部分本节课安排给学生课后完成（发给每位学生实验器材），要求学生亲身体验nF与v、ω的关系，体会“控制变量法”的思想。二：教材分析本课内容是在学生从运动学的角度学习了圆周运动的向心加速度后，从动力学的角度学习向心力和变速圆周运动和一般曲线运动知识；其内容在初中并未涉及。从教材地位和作用来看，本课内容是本章的重要内容，在教材上既承接上节向心加速度的知识又为下节的生活中的圆周运动学习作铺垫，起着承上启下的作用；同时本课内容也是会考和高考知识考查的重要内容。本节内容主要要求学生了解向心力的概念，知道向心力是根据力的效果命名的，掌握向心力的表达式，会分析向心力的来源，能计算简单情景中的向心力；要求学生能从牛顿第二定律角度理解向心力表达式，知道变速圆周运动的合力一般不指向圆心，可分解为切向分力和向心分力；知道向心力的公式也适用于变速圆周运动，对竖直平面内的变速圆周运动问题，能运用向心力公式对最高点和最低点作定量分析；不要求掌握用“等效圆”处理一般曲线运动；变速圆周运动和曲线运动的切向分力和切向加速度不作定量计算要求；不要求计算物体所受的外力不在同一直线上的向心力问题[1]。本节关于实验的一个想法是，尽量使用通用器材而不是专用器材做实验，如果能用生活中常见的物品做实验更好。这样思考的目的是，一方面可以减少由于器材问题引起的困难，使大家多做实验；另一方面则是考虑到，非专用器材，特别是生活中物品的实验会拉近科学和学生的距离，使学生感到科学就在身边，对科学产生兴趣[1]。因此本课没有采用向心力演示器，而是用圆锥摆来验证向心力表达式。这个实验的优点除了器材容易得外，摆球受力的分析方法也是以后常用的，熟练掌握有利于后面的学习，同时还能让学生了解向心力的来源问题，体验向心力是效果力。本课还有一点与过去不同，就是讨论了变速圆周运动和一般曲线运动。这部分内容的目的主要是要学生在更一般、更广阔的背景下认识抛体运动和匀速圆周运动。这个思想与我们讨论非匀变速的直线运动、讨论匀变速直线运动的位移——时间图象时的出发点是一脉相承的。关于教材中“做一做”的安排主要是让学生亲身体验向心力与线速度和角速度的关系，体会“控制变量法”的思想，与旧教材中的向心力演示器实验有同样的效果。三：学情分析由于初中教材并未涉及圆周运动，所以学生对圆周运动比较陌生。不过通过本章前几节的学习，学生已经知道了物体做曲线运动的条件，了解了圆周运动的线速度和向心加速度的相关知识；另外通过必修1的学习，在动力学知识方面学生已经能够对物体进行正确的受力分析，且已熟练掌握了牛顿运动定律。因此可以让学生根据牛顿运动定律和向心加速度公式，独立推导向心力的表达式；也可以让学生在教师的引导下分析圆周运动的向心力来源以及变速圆周运动问题。另外在物理方法方面学生已经能够利用“等效法”、“控制变量法”、“微元法”等思想方法研究物理问题，在本课的学习中可以引导学生采用“等效法”探究实验；采用“控制变量法”体验向心力公式；采用“微元法”处理一般曲线运动。在本课的学习中学生可能对于“圆锥摆实验”的分析与理解以及变速圆周运动的切向加速度的理解存在困难。因此在教学过程中应该留给学生足够的时间讨论探究、相互交流、得出结论、获得知识；当然教师还可以通过多媒体手段帮助学生突破空间障碍，建立模型，加深理解。四：教学目标知识与技能1．理解向心力的概念及其表达式的确切含义2．知道向心力是根据力的效果来命名的3．体验向心力的存在，会分析向心力的来源4．知道向心力大小与哪些因素有关，并能计算简单情景中的向心力5．知道变速圆周运动的向心加速度和切向加速度的作用6．知道在一般曲线运动中，可用向心力公式求质点在某一点的向心力和向心加速度过程与方法1．通过利用动力学知识来亲自推导向心力的表达式2．通过用圆锥摆粗略验证向心力的表达式的实验来了解向心力的大小与哪些因素有关，分析向心力的来源，体验向心力是效果力，并通过课后具体“做一做”来理解公式的含义3．进一步体会力是产生加速度的原因，并通过牛顿第二定律来理解匀速圆周运动、变速圆周运动及一般曲线运动的各自特点情感、态度与价值观[2]1．在实验中，培养学生动手的习惯并提高分析问题、解决问题的能力2．体验成功的快乐，体会实验的意义，激发学习物理的兴趣3．体会“从特殊到一般”的物理研究方法4．领略“理论推导到实验验证”的科学思想，养成严谨的科学态度五：教学重点、难点教学重点1．圆锥摆实验及有关物理量的测量，体会牛顿第二定律在向心力上的应用．2．明确向心力的意义、作用、公式及其来源教学难点1．圆锥摆实验及有关物理量的测量2．变速圆周运动的切向分力和向心分力六：教学策略与手段实验探究、讲授、分组讨论、多媒体教学七：课前准备学生准备：课前预习教具准备：多媒体课件、圆锥摆等实验设备、系上细绳的沙袋、实物投影仪等八：教学过程[新课导入]师：前面两节课，我们学习、研究了圆周运动的运动学特征，知道了如何用线速度和向心加速度描述圆周运动．这节课我们再来学习物体做圆周运动的动力学特征——向心力．[新课教学]一、向心力师：我们研究问题总是要从最简单、最基本的着手，而圆周运动中最简单的是匀速圆周运动，因此我们先来研究匀速圆周运动。我们来观看一段视频。播放视频：细绳拉着小球在光滑水平面上做匀速圆周运动师：小球受到哪些力？生：小球受到重力、支持力、绳的拉力。师：对，那么这些力的合力方向和向心加速度方向有什么关系？生：相同。教师活动：学生回答的同时教师板演受力示意图师：说得对，这点我们可以由牛顿第二定律得知。上节课我们已经知道做匀速圆周运动的物体具有向心加速度，根据牛顿第二定律，这个加速度一定是由于它受到了指向圆心的合力的作用．这个合力叫做向心力．正是向心力不断改变小球线速度的方向，使得小球做圆周运动，不会沿着直线飞去。板书：一、向心力1、定义：圆周运动物体受到的指向圆心的合力师：知道了向心力的方向，我们还得了解它的大小。请同学们根据向心加速度的公式结合牛顿第二定律推导的向心力的表达式。学生活动：推导向心力表达式。教师活动：和学生一起推导向心力表达式（板演）∵Fn=mnana＝v2/r＝rω2∴联立两式可得：Fn=mv2/r＝mrω2板书：2、表达式：Fn=mv2/r,Fn=mrω2点评：学生的思维在于老师的激发，学习的积极性在于老师的调动．通过设计问题，让学生发表见解，提出疑问，培养学生的语言表达能力和分析问题的能力[2]。二、实验：用圆锥摆粗略验证向心力的表达式[实验与探究]师：上面我们从理论上推导得出了向心力的表达式，而任何理论都得经得起实验的验证。下面我们设计一个实验来验证向心力的表达式。师：展示实验器材，演示实验：让小球在纸面上的某一圆轨道上做圆周运动。师：小球受到哪些力？生：小球受到重力、绳的拉力师：小球做圆周运动的向心力由谁来提供？是重力吗？是绳子的拉力吗？生：都不是，应该是重力和拉力的合力。教师活动：学生回答的同时教师板演受力示意图师：非常正确。我们知道向心力产生向心加速度，而向心加速度指向圆心，所以合力的方向也指向圆心。那么如何计算这个合力呢？假设绳子与竖直方向成θ角。学生分组讨论得出：F合＝nF＝mgtanθ=mgr/h（教师板演）师：可见要计算得到合力，需要测量小球的质量m，圆周半径r和悬点到圆心的距离h。师：我们通过受力分析得到了F合，接下来该如何验证向心力的表达式呢？学生活动：分组讨论生：根据向心力公式Fn=mv2/r＝mrω2计算Fn，比较两者得出的结果是否相等。师：那么根据公式计算还需测量哪些物理量？v和ω能直接测量吗？学生活动：分组讨论生：不能直接测量v和ω，但是可以通过测量小球运动N圈的时间t，间接得到ω。教师板演：Fn=mv2/r＝mrω2＝mr22()Nt点评：可让学生思考能否测得θ（渗透试验的简易性和可操作性原则，让学生体会“等效变换”思想）师：说得很好，下面我们就来一起完成实验测量，请同学们记录实验数据。播放视频：教师在实验室录制的实验过程学生活动：读数并记录数据师（在学生读得h值后）：我们测得的h是公式mgr/h中的h吗？学生活动：小组讨论生：不是，还应该减去小球的半径。师：对。另外事实上小球做圆周运动时会离开纸面，其重心会上升一很小的高度，但这个高度很小，我们可以忽略。所以悬点到小球重心的距离可以认为就是公式中的h，请同学们做好记录。教师活动：根据学生记录的数据，输入到预先设计好的Excel中进行数据处理，得出计算结果。物理量h(m)t(s)N(圈数)r(m)m(kg)第一次F合=mgr/h＝Fn=mr22()Nt＝学生活动：讨论比较计算结果。师：我们发现两者的计算结果很接近，事实上我们改变绳长或轨道半径，多次实验会得到同样的结果。可见这个实验能较好的验证向心力的表达式。说明：1.由于本实验过程较多，数据采集较多，为节约课堂时间，同时也为能让全班学生一起读数。所以采用播放事先录制好的试验视频。2．实验中用米尺测得的h是纸面距悬点的距离。3.实验数据采用Excel处理，可以节约课堂时间，又快捷，又准确。点评：让学生亲历实验验证的过程，体验成功的乐趣，培养实验观察能力和团结协作的团队精神。同时培养学生严谨的科学思想[2]。师：在这里小球做圆周运动的向心力是拉力和重力的合力来提供的。那么向心力是按力的性质来命名的还是按力的作用效果来命名的呢？生：按力的作用效果命名的。师：是的，向心力并不是像重力、弹力、摩擦力那样具有某种性质的力来命名的．它是效果力，是按力的效果命名的。向心力可以是某一个力也可以是几个力的合力，还可以是某个力的分力。板书：3、向心力是效果力。点评：新课程理念强调，老师不一定要能回答学生提出的所有问题，但老师要起到一个引导者、一个领路人的作用．[课堂训练]说明以下几个匀速圆周运动的实例中向心力是由哪些力提供的．1．小球在光滑的漏斗内壁做匀速圆周运动．2．在圆盘上放一个小物块，使小物块随圆盘一起做匀速圆周运动，分析小物块受几个力，向心力由谁提供．教师活动：练习1同学生一起板演分析，练习2配合视频分析，使学生能够形象的了解摩擦力的方向。点评：通过实例分析，达到巩固所学知识的目的．三、变速圆周运动和一般曲线运动师：上面我们从匀速圆周运动着手研究了向心力。而物理研究总是从“特殊到一般”，得出普遍规律。看来我们还有必要进一步研究一般圆周运动的向心力的特征。我们先来观看一段视频。播放视频：链球运动员手抡链球师：链球在被抛出前做什么运动？它的速度大小如何变化？生：链球做圆周运动，它的速度越来越大。师：是什么力使链球的速度越来越大？是向心力吗？学生活动：分组讨论生：不是向心力。由于向心力指向圆心，始终垂直速度方向，不对物体做功，不改变速度的大小。所以我们组认为改变速度大小的力应该是绳的拉力在切线方