《探究向心力》说课稿(全国实验说课大赛获奖案例)

《探究向心力》说课稿
使用教材:人教版高中物理必修二､第五章第6节《向心力》
一､教材分析
(一)教材地位
向心力､向心加速度是本章教学的重点,具有承前启后在作用｡对前是牛顿运动定律的延伸,对后是圆周运动的应用,以及为万有引力做知识储备｡
(二)教材设计思路
课本用向心加速度公式结合牛顿第二定律从理论推导向心力表达式,再利用课本实验——用圆锥摆粗略验证向心力的表达式,这个实验虽简单直观,但是实际操作困难,物理量难测量｡
二､物理核心素养
教师在教学过程中,应该培养学生的物理核心素养,设计探究实验,让学生从事实经验出发,推理猜想,再用实验验证,像科学家一样思考,得出结论｡
(一)物理观念:从物理学视角形成的关于物质､运动与相互作用､能量等的基本认识,是
物理概念和规律等在头脑中的提炼和升华
(二)科学思维:基于事实证据和科学推理对不同观点和结论提出质疑､批判,进而提出创
造性见解的能力与品质
(三)实验探究:提出物理问题,形成猜想和假设,获取和处理信息,基于证据得出结论并
做出解释,以及对实验探究过程和结果进行交流､评估､反思的能力
(四)科学态度与责任:在认识科学本质,理解科学·技术·社会·环境(STSE)的关系基
础上逐渐形成的对科学和技术应有的正确态度以及责任感
三､教学目标和实验内容
(一)教学重点
1.理解向心力的概念
2.学生感受向心力和实验探究向心力的表达式
(二)教学难点
学生实验探究向心力的表达式
(三)教学对象分析
1.学生知识层面:学生已经学过匀速圆周运动的概念以及描述匀速圆周运动的物理量,从理论上推出了向心加速度的表达式,对数学的一次函数､二次函数关系已经熟练掌握｡学生可以运用牛顿第二定律结合向心加速度公式,从理论上推导出向心力表达式
2.学生能力层面:学生理解向心力是效果力,是指向圆心的合力;已经掌握用EXECL软件处理数据,合理选择变量,拟合图像的方法,初步具备探究实验的能力
(四)实验方法
定性关系实验:感受向心力
定量关系实验:自制创新教具——无线向心力测量仪(图1)
图1
1.控制变量法
(1)控制小球质量､半径不变,探究向心力与角速度的关系｡
(2)控制小球质量､角速度不变,探究向心力与半径的关系｡
(3)控制小球角速度､半径不变,探究向心力与质量的关系｡
2.图像法
把数据输入计算机,用EXCEL分别作出F-ω2､F-r､F-m图像,得出结论｡
3.验证法
将实验数据代入向心力表达式F=mrω2计算出结果,理论值与测量值比较,验证实验结论,得出结果｡
四､实验创新设计
(一)兴趣实验——感受向心力 1.【实验目的】
(1)使学生初步认识向心力与其影响因素之间的关系｡ (2)使学生通过控制变量法完成实验｡
2.【实验装置】(图2)
图2 3.【实验创新点】
这个实验装置比较简单,让学生通过甩动摆球,感受绳对手的拉力去体验向心力的大小｡该实验现象明显,能很快让学生得到定性地结论,在具体教学中,很好地激发了学生的学习兴趣｡
教学的第一要素,是激发学生的兴趣,于是我设计了兴趣实验“感受向心力”｡教师引导学生体会与猜想,小球做圆周运动的向心力大小与什么因素有关? 学生通过实验猜想:向心力可能与半径､质量､角速度､线速度等有关系｡
看到学生的兴趣被激发出来,教师继续提问:角速度､线速度､周期有什么关系?学生根据线速度公式r T
r
ωπ==
2v 可以推理出其关系,于是缩小研究范围,讨论F 与m ､r ､ω､这4个物理量的关系｡那么它们有什么样的定量关系呢?
目前讨论向心力定量关系的实验有这些,通过实验研究我发现它们存在以下不足:课本圆锥摆实验操作困难,物理量难测量｡传统的向心力仪器,只能粗测,不够精确｡现在市面上最新､普及率最广的郎威传感器也存在以下不足:1､向心力间接测得,误差大｡ 2､只能生成
F-ω图像,不满足多次控制变量的需求｡ 3､数据图像直接生成,没有让学生充分体验“过程
学习”｡为了解决以上不足,我自制创新教具——无线向心力测量仪(图3),突破教学难点｡
图
5
图3 无线向心力测量仪,是一个可以直接测F 和ω的仪器｡
无线向心力测量仪各部分结构介绍如图4—11所示｡
图4
这是角速度仪,可以直接显示角速度的大小,利用单片机驱动步进式电机获得稳定的角速度,调节旋钮,可以改变角速度的大小｡外壳采用透明材料,让学生清晰看到内部构造,激发学生的兴趣｡
这是测力计,内部安装拉力传感器,采用无线发射与接收的方式显示向心力的大小｡我设计了2种显示力大小的方式,第一种､数字显示｡第二种､通过自编软件,在电脑上显示｡显示力的大小有2种方式:(图6､7)
图6 第1种:数字显示图7 第2种:通过自编软件,在电脑上显示这是圆心(图8),通过轨道上的标尺可以读出小球运动的半径(图9),改变线长,改变半径(图10),改变小球,改变质量图(11),小球的质量可以用天平测量出,还有可以调节水平的水平仪｡
图8 圆心图9 读半径
图10 改变线长,改变半径图11 改变小球,改变质量
学生通过自制创新实验教具可以测出实验所需要的物理量——F､m､r､ω(图12)
图12
(二)创新实验——无线向心力测量仪
1.【实验目的】
(1)使学生探究向心力于其影响因素之间的定量关系｡
(2)使学生通过控制变量法､图像法完成实验｡
2.【实验装置】(图13)
图13 无线向心力测量仪
3.【实验创新点】
教师自制教具简单直观,该仪器可以直接显示向心力和角速度的大小,并且读数方便准确,非常有说服力｡这个实验装置满足多次控制变量的要求,让学生充分体验“过程学习”,并且通过科学探究过程,树立科学探究意识,掌握科学探究方法｡
教师引导学生用无线向心力测量仪分组设计探究实验方案,学生通过观察讨论,得到本节课的实验方法:
4.【实验方法】
(1)控制变量法
①控制m､r不变,讨论F､ω关系｡
②控制m､ω不变,讨论F､r关系｡
③控制ω､r不变,讨论F､m关系｡
(2)图象法:把数据输入电脑,用EXCEL分别作出F-ω2､F-r､F-m图像,得出结论｡
(3)验证法:实验数据代入F=mrω2计算,计算值与测量值比较,验证结论｡
下面我们来看一段学生实际操作的视频 (图14)
图14 5.【实验数据处理】如图15､16､17所示
(1)控制m､ω不变,探究F—r关系｡ (图15)
图15 实验结论:F与r成正比｡
(2)控制m､r不变,探究F—ω关系｡(图16)
图16
学生通过观察F—ω图像,发现是一条抛物线,于是猜想F与ω2有关系,于是制出F—ω2图像｡(图17)
图17
实验结论:F与ω2成正比｡
(3)控制ω､r不变,探究F—m关系｡(图18)
图18
实验结论:F与m成正比｡
6.【实验结论】
——F与r､m､ω2成正比｡
通过控制变量法,学生得到了F-r､F-ω､F-ω2､F-m图像｡我们发现,学生在实验的过程中,利用简单直观的自制教具,收集分析数据,选择合理变量,拟合图像｡教师既让学生感受到了“过程学习”的乐趣,又培养了学生自主探究,归纳总结的能力｡突破了本节课的难点,形成结论——F∝mrω2,写成等式F=kmrω2
教师引导:k=?,能否用数据验证?学生把实验数据带入实验结论,比较测量值和计算值,发现2个值基本相等,即K=1,学生得出实验结论F=mr ω2
｡(图19)
图19
教师再引导学生用向心加速度公式结合牛顿第二定律,从理论上也得到向心力的表达式｡ 进一步验证了实验的正确性｡
本节课到此,可能有些同学会思考:角速度和向心力的读数对吗?因此我设计了一个课外实验｡(学生课后会想到的验证方法:弹簧秤去拉传感器,对照两个读数是否一致｡角速度的测量利用秒表,使小球转动30圈,根据公式T πω2=验证角速度的读数是否正确,等等方法)
五､教学反思与自我评价
最后,我对这一节课做一个总结:层层递进､环环相扣,实验多变､方法多样,数字信息､创新巧妙,实验启智,科学育人｡。