《向心力》说课稿(省级获奖实验说课案例)

《向心力》说课稿
一、使用教材
人民教育出版社高二物理必修II第五章第6节《向心力》
二、实验器材
自制向心力演示仪、各种圆周运动实验模块，向心力大小体验教具
三、实验创新要点
（一）利用电子测力计的数据锁定功能解决了测力计旋转时难于读数的问题；
（二）利用霍尔传感器与强磁铁组合实现对角速度的精确测量；
（三）测力计与小车在轨道上的位置可方便调整从而可以任意改变物体做圆周运动的轨道半径
（四）多种实验模块可选，既可实现对向心力大小的实验探究，又可提供多种物体做圆周运动的真实情境，帮助学生分析理解向心力的来源。

四、实验原理
电子测力计可以测量物体做圆周运动时向心力的大小，在数据稳定2s后锁定数据，停止转动就可读出向心力的大小；利用霍尔传感器和磁体组合可以测量物体做圆周运动的周期，计算出角速度，并直接在屏上显示出来。

利用控制变量法和图像法验证向心力（F）大小与物体质量（m）、转动半径（r）、角速度（ω）的关系。

如：验证向心力大小与角速度的关系，可保持物体的质量和转动半径不变，改变物体做圆周运动的角速度并测出对应的向心力大小，测量多组数据，用Excle软件描绘出F-ω2图像，如果图像是一条过原点的直线就可以验证F与ω2成正比。

同理，若研究向心力与质量的关系，可以画F-m图象；若研究向心力与半径的关系，可以画F-r图象。

五、实验教学目标
（一）物理观念
理解向心力的概念，会分析向心力的来源。

（二）科学思维
控制变量法、图像法。

（三）科学探究
根据实验数据推导出向心力与质量、半径和角速度的关系。

（四）科学态度与责任
严谨认真、实事求是科学态度。

六、实验教学内容
（一）体验性实验。

体验、观察向心力的大小与哪些因素有关；
（二）探究性实验。

探究向心力大小与物体质量、转动半径、角速度的关系；
（三）拓展性实验。

分析各种做圆周运动物体向心力的来源。

七、实验教学过程
（一）魔术引入，激发兴趣
图1
甲、乙是两个双层杯子，内层杯子可以旋转。

表演分两步：先用甲杯子盖住桌上的两个小球，让学生看见球被盖上的过程，此时乙杯中的小球附着在旋转的内层杯子上，学生看不到小球;然后让甲杯内层杯子开始旋转，小球随着杯子旋转被隐藏起来，与此同时让乙杯内层杯子停止旋转，乙杯里的小球掉落在桌上，学生看到的现象好像是甲杯中的小球转移到乙杯中。

（二）演示实验，引出概念
图2
1.让学生用手拉着绳子带着小球在水平桌面上做匀速圆周运动（如图2），让手感受绳子的拉力，分析小球受到绳的拉力的方向。

2.如图3、4所示，老师演示物体做匀速圆周运动的实例，分析这些物体受合力的共性，从而引入向心力的概念。

图3
图4
（三）深入研究，发现规律
在图2实验中，改变小球质量、转动半径、转动角速度，让学生感受到手受到的绳子拉力不同，从而猜想向心力大小与物体质量、转动半径、转动角速度有关。

1.理论推导
由向心加速度的表达式和牛顿第二定律推导出向心力的表达式：F=mrω2.
2.实验验证
（1）实验装置
实验原理图
图5
实验实物图
图6
（2）实验过程
○1验证向心力大小与质量的关系。

保持小车转动时角速度不变，半径不变，只改变小车的质量，记录数据（表1所示），研究向心力与物体质量的关系。

m/kg 0 0.050 0.075 0.100
F/N 0 1.372 2.058 2.744
图7
实验结论：物体运动的角速度，半径一定时，F∝m
○2验证向心力大小与半径的关系。

保持小车转动时角速度不变，质量不变，只改变小车的
做圆周运动的半径，，记录数据（表2所示），研究向心力与半径的关系。

表2：
r/m 0 0.06 0.07 0.08 0.09 0.12
F/N 0 3.283 3.822 4. 410 4.945 6.762
图8
实验结论：物体质量，运动的角速度一定时，F∝r
○3验证向心力大小与角速度的关系。

保持小车质量、做圆周运动的半径不变，改变角速度大小，记录数据（表3所示），研究向心力与角速度的关系。

ω/rad·s-1 0 11.20 15.39 20.00 23.24
ω2/ (rad·s-1)2 0 125.44 236.85 400.00 540.10
F/N 0 1.274 2.352 4.116 5.488
图9
图10
实验结论：当物体质量、运动半径一定时，F∝ω2
图11
通过实验，验证了前面的理论推导，即：F=mrω2。

八、实验效果评价
利用自制的向心力实验仪，定量研究了向心力大小与物体质量、转动半径、转动角速度的关系，可帮助学生深刻理解向心力的表达式，实验数据精确，学生参与度高，课堂教学效果好；整个研究过程有利于学生物理观念的形成及科学思维方式的养成，提高了学生的科学探究能力。