人教版高中物理必修二56向心力教學(xué)設(shè)計(jì)

1、基于學(xué)生體驗(yàn)的認(rèn)知教學(xué)向心力教學(xué)設(shè)計(jì)一前期分析“向心力”是人民教育出版社2019年出版的普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書物理2（必修）第五章曲線運(yùn)動(dòng)中第六節(jié)的內(nèi)容。本節(jié)課是一節(jié)向心力的概念課，是圓周運(yùn)動(dòng)的重點(diǎn)與難點(diǎn)，也是學(xué)好圓周運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵，學(xué)好這部分知識(shí)，既讓學(xué)生明白了牛頓運(yùn)動(dòng)定律同樣適用于分析曲線運(yùn)動(dòng)，同時(shí)也為以后學(xué)習(xí)天體運(yùn)動(dòng)和帶電粒子在磁場中的運(yùn)動(dòng)打下基礎(chǔ)。教材的編排思路非常清晰，先從身邊的事例出發(fā)，讓學(xué)生體會(huì)到做圓周運(yùn)動(dòng)的物體需要有一個(gè)指向圓心的力，從而定義向心力的概念，討論了向心力的性質(zhì)和特點(diǎn)，然后根據(jù)牛頓第二定律和向心加速度表達(dá)式得到向心力的表達(dá)式，之后為了讓學(xué)生對向心力有一個(gè)感性的認(rèn)識(shí)，

2、設(shè)計(jì)了“實(shí)驗(yàn)”欄目“用圓錐擺驗(yàn)證向心力的表達(dá)式”，一方面可以減少由于器材引起的困難，確保實(shí)驗(yàn)的開展，有利于分組學(xué)生實(shí)驗(yàn)。另一方面，用生活中常見的物品做實(shí)驗(yàn)會(huì)拉近科學(xué)與學(xué)生的距離，使學(xué)生感到科學(xué)就在我們身邊，對科學(xué)產(chǎn)生親切感。然后讓學(xué)生在更一般、更廣闊的背景下認(rèn)識(shí)圓周運(yùn)動(dòng)和曲線運(yùn)動(dòng)。最后，設(shè)置了“做一做”欄目，通過體驗(yàn)性實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生獲得直接的感性認(rèn)識(shí)，加深對向心力的理解。學(xué)生在學(xué)習(xí)此節(jié)之前已經(jīng)學(xué)習(xí)了直線運(yùn)動(dòng)和用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解決相關(guān)問題，并通過前一節(jié)的學(xué)習(xí)，已經(jīng)從數(shù)學(xué)的角度初步完成了向心加速度的推導(dǎo)，對向心加速度的概念也有了一定的了解。但是由于經(jīng)驗(yàn)或者思維定勢，往往認(rèn)為向心力是一種新的力，在對物體

3、受力分析的時(shí)候多分析了一個(gè)向心力，究其原因還是學(xué)生對向心力的體驗(yàn)不夠，所以在教學(xué)過程中要多設(shè)計(jì)體驗(yàn)性的實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生親身去感受，去體驗(yàn)向心力的存在及來源；另外由于向心加速度本身從理論上推導(dǎo)得出的，而本節(jié)繼續(xù)從理論的基礎(chǔ)上推出向心力表達(dá)式，學(xué)生對向心力表達(dá)式是否接受或者完全接受其實(shí)還是要打問號(hào)的，因此非常有必要通過實(shí)驗(yàn)對表達(dá)式加以驗(yàn)證，最好是能夠做到比較準(zhǔn)確的驗(yàn)證，而不是粗略的驗(yàn)證。這樣做不僅解決了學(xué)生對表達(dá)式的疑慮，而且還從另一個(gè)方面使學(xué)生能感受到牛頓運(yùn)動(dòng)定律不僅適用于直線運(yùn)動(dòng)，同樣適用于圓周運(yùn)動(dòng)，有利于學(xué)生對牛頓運(yùn)動(dòng)定律的深化理解。而教材中實(shí)驗(yàn)的難點(diǎn)在于不易保持?jǐn)[球的圓周運(yùn)動(dòng)，所以相當(dāng)有必要對

4、實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，以保持?jǐn)[球圓周運(yùn)動(dòng)的持續(xù)性和穩(wěn)定性，進(jìn)一步保證了實(shí)驗(yàn)的精確性。同時(shí)本節(jié)課限于時(shí)間的限制，不可能面面俱到，對于變速圓周運(yùn)動(dòng)跟一般曲線運(yùn)動(dòng)中向心力問題，可以作為學(xué)生課后拓展性知識(shí)。重點(diǎn)應(yīng)放在如何幫助學(xué)生在勻速圓周運(yùn)動(dòng)中如何形成向心力概念。（一）教學(xué)要求基本要求1. 了解向心力概念，知道向心力是根據(jù)力的效果命名的。2. 體驗(yàn)向心力的存在，掌握向心力的表達(dá)式。3. 會(huì)分析向心力的來源，計(jì)算簡單情境中的向心力。4. 初步了解“用圓錐擺粗略驗(yàn)證向心力的表達(dá)式”的原理。5. 會(huì)測量、分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)論。發(fā)展要求1. 從牛頓第二定律角度理解向心力的表達(dá)式2. 知道做變速圓周運(yùn)動(dòng)的物體所受

5、的合力一般不指向圓心，可分解為切向分力和向心分力。3. 知道向心力的公式也適用于變速圓周運(yùn)動(dòng)，對豎直平面上的變速圓周運(yùn)動(dòng)問題，能運(yùn)用向心力公式對最高點(diǎn)和最低點(diǎn)做定量分析。（二）教學(xué)重點(diǎn)1.向心力概念的理解2.體驗(yàn)向心力的存在和影響向心力大小的因素3.實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證向心力的表達(dá)式（三）教學(xué)難點(diǎn)1.向心力概念的理解二教學(xué)目標(biāo)知識(shí)與技能1知道什么是向心力，理解它是一種效果力。2理解向心力公式的確切含義，并能用來進(jìn)行簡單的計(jì)算。3知道向心力的公式也適用于變速圓周運(yùn)動(dòng)過程與方法1通過實(shí)驗(yàn)，體驗(yàn)和感受向心力的存在和向心力大小的影響因素。2經(jīng)歷向心力公式的理論推導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證過程，并體會(huì)其中所涉及到的物理思想與方法

6、。情感態(tài)度與價(jià)值觀1通過親身的體驗(yàn)，拉近科學(xué)與學(xué)生的距離，使學(xué)生感到科學(xué)就在身邊。2在實(shí)驗(yàn)中，培養(yǎng)動(dòng)手的習(xí)慣和操作能力及分析問題、解決問題的能力。3感受成功的快樂，體會(huì)實(shí)驗(yàn)的意義，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣。三教學(xué)設(shè)計(jì)思想 本節(jié)課的重點(diǎn)和難點(diǎn)是學(xué)生如何建立向心力的概念，而物理概念的形成是一個(gè)非常復(fù)雜的過程，從認(rèn)識(shí)論的角度來講，物理概念的形成通?？梢愿爬槿齻€(gè)階段，即通過生活經(jīng)驗(yàn)和觀察實(shí)驗(yàn)獲得感性的認(rèn)識(shí)的階段、由感性認(rèn)識(shí)上升到理性認(rèn)識(shí)的階段、理性認(rèn)識(shí)到實(shí)際運(yùn)用的階段。為了有利于學(xué)生概念的形成，教師必須加強(qiáng)物理實(shí)驗(yàn)，并充分利用圖片、圖形、電視錄像、多媒體課件等手段再現(xiàn)知識(shí)發(fā)生、發(fā)

7、展的過程，并用圖文并茂的方式為學(xué)生提供豐富的感性材料，促進(jìn)學(xué)生的思維活動(dòng)，降低學(xué)生形成概念的難度。本節(jié)課基于學(xué)生學(xué)習(xí)體驗(yàn)的教學(xué)模式，在教學(xué)中設(shè)計(jì)各種活動(dòng)和實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生從中去體驗(yàn)、去感受向心力的存在及其影響因素，當(dāng)學(xué)生有了真切的感受之后，才有進(jìn)一步學(xué)習(xí)的欲望和動(dòng)力，然后因勢利導(dǎo)，同時(shí)也能很好的解決教學(xué)中的重點(diǎn)跟難點(diǎn)。創(chuàng)設(shè)情景演示實(shí)驗(yàn)學(xué)生活動(dòng)學(xué)生體驗(yàn)1觀察玩實(shí)驗(yàn)學(xué)生體驗(yàn)2展示匯報(bào)表達(dá)暴露認(rèn)知盲點(diǎn)、障礙點(diǎn)明確任務(wù)學(xué)生體驗(yàn)3定性探究理論探究定量探究實(shí)驗(yàn)探究得出結(jié)論應(yīng)用結(jié)論教學(xué)設(shè)計(jì)的流程圖：四課前準(zhǔn)備1學(xué)生應(yīng)該對簡單的勻速圓周運(yùn)動(dòng)進(jìn)行受力分析，知道向心加速度的概念、公式及物理意義2實(shí)驗(yàn)儀器：圓珠筆桿、5

8、0CM細(xì)線、小鋼球、塑料球、向心力演示儀、改進(jìn)后的圓錐擺3制作PPT五教學(xué)過程（一）創(chuàng)設(shè)問題情境，提出向心力師：我們來看兩個(gè)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的例子，思考這樣的問題：他們的受力情況如何，這些物體為什么沒有飛出去？（1）繩的一端系一小球，使小球在水平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)（2）地球繞太陽運(yùn)動(dòng) 學(xué)生活動(dòng)：對以上兩個(gè)物體分別進(jìn)行受力分析：提問：他們的受力有什么特點(diǎn)？引導(dǎo)學(xué)生回答：合力指向圓心，并且跟速度的方向垂直?？偨Y(jié)歸納：看來，要使物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，必須使物體受到與速度方向垂直而指向圓心的力的作用，在物理學(xué)中稱之為向心力。金屬球塑料球圓珠筆筒引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步歸納：向心力是按照力的作用效果命名，可以是合力提供，

9、也可以使由某一個(gè)力提供，也可以是某一個(gè)力的分力提供。（二）創(chuàng)設(shè)活動(dòng)和實(shí)驗(yàn)情境，體驗(yàn)向心力師：你想親身感受向心力的存在嗎，能不能在現(xiàn)場設(shè)計(jì)一個(gè)活動(dòng)，感受向心力的存在？生：兩個(gè)人手拉手，一個(gè)人繞另一個(gè)人轉(zhuǎn)，或者相互轉(zhuǎn)。師：是否介意我們一起來完成這個(gè)活動(dòng)？ 師生共同完成這個(gè)活動(dòng)（在活動(dòng)中也要凸顯學(xué)生的主體作用，把自己當(dāng)作配角，讓學(xué)生發(fā)出指令，老師繞學(xué)生轉(zhuǎn)）師：你感受到了向心力的存在嗎？哪里感受到了？生：手感受到了。師：有沒有什么辦法使你的感受更強(qiáng)烈些？（通過這個(gè)問題尋找向心力大小的影響因素）生：你可以轉(zhuǎn)的快一些，我們之間的距離變大些，你的質(zhì)量大一些。師：根據(jù)你的感受，你認(rèn)為向心力的大小與哪些因素有關(guān)

10、？生：與做圓周運(yùn)動(dòng)物體的質(zhì)量，半徑，轉(zhuǎn)速（角速度）有關(guān)。（通過該活動(dòng)不僅讓學(xué)生親身感受了向心力，使其對向心力有了感性的認(rèn)識(shí)，而且拉近了師生的距離，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性，很好的激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情）師：同學(xué)們利用桌上的裝置設(shè)計(jì)一些方案，親身感受向心力的存在及影響其大小的因素。學(xué)生設(shè)計(jì)活動(dòng)方案，活動(dòng)之后，然后讓學(xué)生匯報(bào)其體驗(yàn)的結(jié)果。（學(xué)生在活動(dòng)過程中一開始不知道怎么弄，因此要適時(shí)的對學(xué)生的活動(dòng)進(jìn)行指導(dǎo)，學(xué)生通過該實(shí)驗(yàn)再次親身感受并體驗(yàn)了向心力及其大小的影響因素，使學(xué)生對向心力有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，并且啟發(fā)了學(xué)生的思維，使其有進(jìn)一步學(xué)習(xí)向心力的欲望）（三）聯(lián)系舊知，尋求解釋，獲取新知師：通過以上的活動(dòng)

11、與實(shí)驗(yàn)，大家切實(shí)感受到了向心力的存在，并且對影響向心力的大小因素也達(dá)成了共識(shí)，那我們能不能從理論上去進(jìn)行解釋呢？引導(dǎo)學(xué)生回顧做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體具有向心加速度，產(chǎn)生向心加速度的力其實(shí)就是向心力。根據(jù)牛頓第二定律，可以得到向心力的表達(dá)式：或者。（通過該環(huán)節(jié)的理論推導(dǎo)，不僅使學(xué)生的體驗(yàn)有了理論的支撐，而且使學(xué)生能感受到圓周運(yùn)動(dòng)中力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，同樣也遵循牛頓運(yùn)動(dòng)定律）（四）實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，深化新知師：由于上一節(jié)的向心加速度的表達(dá)式本身也是從理論上推導(dǎo)得出的，這些理論正確與否我們必須通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證。展示向心力演示儀，結(jié)合PPt給學(xué)生介紹其構(gòu)造和工作原理，引導(dǎo)學(xué)生說出驗(yàn)證采用的方法控制變量法，然后確定具體的

12、方案。教師演示給全班同學(xué)并引導(dǎo)學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象共同歸納出結(jié)論：半徑r、角速度一定，與質(zhì)量m成正比；質(zhì)量m、角速度一定，與半徑r成正比；質(zhì)量m、半徑r一定，與角速度的平方成正比；師：通過該結(jié)論好像只能驗(yàn)證我們表達(dá)式里面的比例關(guān)系是正確的，但是影響向心力大小是否還有其他的因素，又是怎樣的關(guān)系我們好像還不得而知，因此我們又必須通過進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)來檢驗(yàn)表達(dá)式是否正確？O'OlmO'lmO展示改進(jìn)的圓錐擺用電動(dòng)機(jī)制作的一個(gè)電動(dòng)的圓錐擺，可以改變擺長、轉(zhuǎn)速、以及小球的質(zhì)量，可以做到轉(zhuǎn)速穩(wěn)定、半徑不變、擺角不變。首先引導(dǎo)學(xué)生明確該實(shí)驗(yàn)的目的：驗(yàn)證向心力表達(dá)式或者；然后引導(dǎo)學(xué)生從力的角度分析向心

13、力的來源，得出向心力的大??；進(jìn)一步明確實(shí)驗(yàn)的目的：檢驗(yàn)與是否相等。師：實(shí)驗(yàn)過程中我們需要測量那些物理量？分別如何測量？生1：質(zhì)量、角度、半徑、角速度；生2：質(zhì)量不需要測量，兩邊都消掉了；生3：角速度直接不好測量，可以先測量其周期師：很好，那周期怎么測量呢？生3：哦，應(yīng)該測量他很多圈所用的時(shí)間，然后再用總時(shí)間除圈數(shù)生4：角度也不是很好測量，可以測量半徑跟擺長；生5：半徑好像也不是很好測量 對學(xué)生的回答給予肯定，引導(dǎo)學(xué)生對需要驗(yàn)證的等式進(jìn)行化簡： r= htan所以我們只需要測量周期跟高度就可以了。請兩位學(xué)生協(xié)助共同完成實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)記錄與處理次數(shù)T/sh/mT2h/T2g/42絕對誤差相對誤差(%)

14、123引導(dǎo)全體同學(xué)結(jié)合以上的數(shù)據(jù)對實(shí)驗(yàn)的可靠性進(jìn)行評估。（實(shí)驗(yàn)方案確定了之后，關(guān)于實(shí)驗(yàn)當(dāng)中需要測量哪些物理量，不能僅憑公式中存在的物理量，應(yīng)該在實(shí)驗(yàn)前期進(jìn)行分析論證）（五）聯(lián)系實(shí)際，鞏固反饋，活化新知1. 將乒乓球倒扣在高腳玻璃杯內(nèi)，快速在桌面上旋轉(zhuǎn)杯子，使乒乓球在杯內(nèi)快速轉(zhuǎn)動(dòng)，讓學(xué)生分析乒乓球的向心力是由什么力提供的，引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建物理模型，正確選取研究對象并對研究對象進(jìn)行受力分析，找出向心力的來源。2實(shí)驗(yàn)演示物體隨圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)，首先讓學(xué)生分析物體向心力是由什么力提供的，然后給出物體的質(zhì)量m=100g,距離圓盤中心0.2m的位置，圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度大約是4rad/s,求物體所受向心力的大??？（該問題

15、學(xué)生對物體的向心力可能有不同的意見，應(yīng)該給學(xué)生充分思考的時(shí)間）（六）歸納小結(jié)讓學(xué)生結(jié)合自己的體驗(yàn)與學(xué)習(xí)梳理本節(jié)課的內(nèi)容，讓他們談?wù)剬ο蛐牧Φ睦斫?，相互之間進(jìn)行補(bǔ)充。六形成性練習(xí)1.地球質(zhì)量為6.0×10-24kg，地球與太陽的距離為1.5×1011m。地球繞太陽的運(yùn)動(dòng)可以看做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。太陽對地球的引力是多少？2.試估算地球赤道上質(zhì)量1KG的物體隨地球自轉(zhuǎn)所受向心力的大?。?.小物體隨圓盤做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，（1）小物體離盤近一些還是遠(yuǎn)一些容易滑動(dòng)（2）如果滑動(dòng)，小物體會(huì)向哪個(gè)方向運(yùn)動(dòng)。（3）若物體隨圓盤做變速圓周運(yùn)動(dòng)，某時(shí)刻的向心力大小如何計(jì)算？4.體驗(yàn)性實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到一個(gè)確定值時(shí)