第五章第5节向心力向心加速度教学设计

第五章第5节向心力向心加速度教学设计

袁兴中

一、设计思路

学生对物体进行受力分析和运动状态的判断已经有了一定的基础，也学习了牛顿三大运动定律，初步具备了以加速度为纽带的运动与力关系的知识体系。本节课通过实验探索匀速圆周运动的规律，再一次帮助学生认识物体的运动及其受力之间的关系。另外，高中阶段是培养学生抽象思维能力和实验探究能力的重要时期，通过教学，使学生经历探索做匀速圆周运动物体的向心力与物体质量、运动半径和角速度的关系的过程，感受科学探究的方法。本次课的探索过程仅仅是众多探索中的一次，经常使学生经历这样的过程，感受过程中的方法，将实现培养学生科学探究能力，提高科学素养的目的。

二.、教材分析

圆周运动是一种常见的运动，通过本节的学习，深入理解其产生原因，并能对日常生活中圆周运动问题有正确的理解和判断。这部份知识是本章的重点，学好这部份知识，又可以为学习万有引力的应用做好必要的准备。教材中没有采用矢量推导的方法先导出向心加速度的公式，再由向心加速导出向心力公式。而是通过大量的事实，说明做匀速圆周运动的物体始终需要一个指向圆心的力——向心力的作用，再通过实验证明该向心力大小F=mrω2，进而由牛顿第二定律得出向心加速度的公式a=rω2。

三、教学目标

1、知识与技能：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。能运用向心力和向心加速度的公式解答简单的有关问题。

2、过程与方法：经历形成向心力概念的过程，培养学生观察、分析、归纳能力。经历

探索向心力F与哪些因素有关的过程，学习控制变量法，感受科学探究过程中部分

环节，培养学生分析论证等能力。

3、情感态度与价值观：发展学生对科学的好奇心与求知欲，培养学生参与活动的热情,

和与他人合作的精神。

四、教学方法

（1）采用讨论教学法，例举学生熟知的相关事实，引导学生分析、归纳这些事实的共性特点，建立向心力的概念。

（2）采用实验探究教学法，设计不同的实验解决学生心中不同的疑问，有定性实验、半定量实验以及借助于传感器进行测量的定量实验，使学生多次经历实验的过

程，发展学生的探究能力。

五、教学过程

（一）复习引入新课

上节课我们学习了描述匀速圆周运动快慢的物理量线速度v、角速度ω和周期T。它们之间有什么关系呢？板书： v =ωr ω=2π/T v=2πr/T

在匀速圆周运动中，物体的速度（方向）时刻在发生变化，这种变化一定是由于力而引

起的。那么，做匀速圆周运动的物体究竟受到了怎样的力呢？这正是我们今天要研究的问题。

板书：第五节向心力向心加速度

（二）新课

1、向心力的概念

引入：中国是杂技大国，有一个大型杂技叫飞车走壁，不知道大家看过没有？教师介绍飞车走壁的杂技。老师今天在教师为大家带来了飞车走壁：将四驱车放在塑料垃圾篓

内，演示飞车走壁。四驱车做圆周运动，那在我们的身边还有哪些做圆周运动的例

子呢？请同学们举几个例子。

学生：地球绕太阳的运动可以近似看成圆周运动……

教师：除此之外，老师还准备了几个圆周运动的实验。飞车走壁；小球在水平光滑桌面、圆锥摆、人造卫星绕地球圆周运动（CAI）

教师：上述这些物体在运动方面具有共同特点——都做圆周运动。那么，它们在受力方面是否也具有共性特点呢？请同学们对每个物体进行受力分析，并寻找它们在受力方面的共同点。

学生活动：进行受力分析，寻找共同点。

经过学生之间的讨论以及师生之间的交流，发现做匀速圆周运动的物体的受力都有一个共同特点，既都存在一个指向圆心方向的力，这个力是重力、弹力、摩擦力或其他力的合力，我们称它为向心力。向心力是按效果命名的。

巩固训练：

教师：看几个例子，说出向心力是什么性质的力

例：游乐场的海盗船、旋转的餐桌上的盘子。旋转的漏斗内的玻璃球。

2、探索向心力大小与什么因素有关

教师：向心力大小与哪些因素有关呢？有什么样的函数关系？请同学们先用手中的实验器材进行实验，再根据你对实验的观察，提出猜想。

学生活动：学生分成几个小组，利用老师提供的实验器材，自己设计实验，初步判断出向心力与质量、线速度、半径有关（让学生试着说出观察到的现象和判断依据）。

教师：鼓励学生大胆猜测，指出科学猜想是研究自然科学的一种广泛应用的思想方法，它不是无根据的幻想，是有客观根据的。猜想是否正确，要靠实验检验。被实验肯定的猜想，就是实验规律；被实验否定的猜想，应该放弃，重新提出新的猜想，再用实验来检验。

教师：刚才同学们已猜想大向心力可能与m、v、r有关，那么，我们的猜想是否正确呢？我们将通过怎样的实验来检验一下，先请思考：

a.向心力可能与那么多因素有关，怎样研究？请大家说说实验步骤。

b.实验中如何控制变量？需观察、记录什么？请大家设计记录数据的表格。

学生活动：讨论实验步骤、设计记录实验数据的表格。列表如下:

教师：利用课件介绍向心力演示的构造和使用方法,再进行演示实验，研究向心力与角速度、质量、半径等的关系，得出向心力、向心加速度表达式。经过分析比较得出结论：

F∝m F∝ω2 F∝r

教师引导并讲明进一步精确的实验得出F∝mω2r，即F＝mω2r

得到公式：F = mω2r = mv2/r ，再由牛顿运动定律，推出：a = ω2r = v2/r

3、利用传感器验证：随着科学技术的进步，我们可以用更先进的仪器来验证它们之间的关系。通过传感器得到向心力和角速度的实验数据，并进行二次函数的拟合，再次证明向心力的大小与角速度的平方成正比。

巩固训练：一全自动洗衣机技术参数如下表，试计算刚脱水桶工作时衣服所具有的向心加速度为多少？是重力加速度的几倍？为什么脱水桶能使衣服脱水？

由表可知:r=0.2m T=60s/800 所以:向心加速度a=(2π/T)2r=1402m/s2

脱水桶工作时衣服紧靠脱水桶壁，衣服与脱水桶一起做匀速圆周运动。衣服所具有的向心加速度为1402m/s2，是重力加速度的143倍。

由此可见，一个水滴它需要的向心力，大约是其自身重力的143倍，衣服不可能提供给水滴这样大的向心力，于是水与衣服就分离了，并从棉壁的小孔中飞出去。

教师组织学生运用结论解决一些实际问题，这是检查学生对知识的理解和巩固的一种手段，也是迁移知识，深化知识的重要环节。通过运用和深化，使学生的知识、技能逐渐转化为能力和素质，这是学生完成自身发展的延续。

作业：

1、再想一些生活中做圆周运动的例子，并分析它们所受的向心力。

2、将传感器的实验数据发给学生，让学生选取其中的8组实验数据，进行描点作F—

ω2图。（培养学生处理实验数据和分析能力）

二．课例评析

整堂课充分体现了新课程对物理教学的要求，较好地实现了学习目标中“知识和能力”、“过程和方法”、“情感态度和价值观”三个维度的协调统一。

本节课在知识目标上有两个，一是建立向心力的概念，二是掌握向心力公式。该教学设计创建的物理情景、提供的实验方案，不仅使学生经历了建立概念、发现规律的过程，也很好地落实了过程目标和情感目标。具体的说，有以下几方面：

1、在建立向心力概念的教学过程中，“飞车走壁”的演示实验取材简单，效果理想，有效

地激发了学生的好奇心和学习兴趣。

2、飞车走壁、圆锥摆等现象中，物体都做圆周运动，具有运动方面的共性，由此启发学生

对这些物体的受力进行分析，寻找受力方面的共性，使学生经历了分析、比较、归纳等思维过程，也体验到了成功的喜悦。

3、在探索向心力规律的教学环节中，做到循序渐进，由学生的定性感受，到教师的半定量

演示，到传感器的准确测量，能激发学生主动参与。学生通过小球、橡皮筋等器材去感受向心力的大小，为提出猜想提供了事实依据；在教师进行演示实验之前，教师要求学生根据控制变量法说说实验步骤，并要求学生设计记录实验数据的表格，使学生参与到设计实验过程中。

4、恰当地将信息技术与物理课程相整合，采用了传感技术，将传感器采集的向心力和角速

度的实验数据及其图象展现出来，并要求学生在课后将这些实验数据选取其中的8组，描绘在坐标中作为作业；将探索规律的过程延续到课后，培养了学生处理实验数据和分析论证的能力。

5、本节课中还有不少巩固训练，其中，洗衣机那道题要求学生从表格中发现信息，都来源

于生活。