向心力与向心加速度教学设计.docx
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向心力与向心加速度教学设计
《向心力与向心加速度》教学设计
设计：
许勇莆田六中
点评:
林细华 诏安边城中学
一、概述
本节课是高一鲁科版物理必修2第四章的内容，课时是二节课，本教案是关于第一课时向心力的内容。
学生在前面学习了物体做曲线运动的条件，学习了对圆周运动的描述，而且在必修1中也学习了牛顿运动定律。
这节课作为这些知识的综合应用的具体例子，通过分析理解向心力的概念，掌握向心力的来源，通过实验得出向心力大小的公式。
点评：
本节课是从动力学的角度研究匀速圆周运动的，这部分知识是本章的重点和难点，也是学生学好圆周运动的关键点，学好这部分知识，可以为天体运动和带电粒子在匀强磁场中的运动等内容的学习打好基础。
许老师在概述部分对教材版本、学科、年级、课时安排等都做了完整的说明，对学习内容、教学思路、本节课的价值及重要性介绍。
通过概述部分的介绍，我们对本节课有一初步的了解。
二、教学目标分析
（一）知识与技能
1、知道什么是向心力，理解匀速圆周运动的向心力大小不变，方向总是指向圆心；
2、知道向心力的来源；
3、知道匀速圆周运动的向心力的公式，会解答有关问题；
4、养成探究物理问题的习惯，养成观察实验的能力和分析综合能力。
（二）过程与方法
1、要通过对物体做圆周运动的实例进行分析入手，从而认识到：
做圆周运动的物体都必须受到指向圆心的力的作用，由此理解向心力的概念；
2、通过充分讨论向心力来源、向心力大小可能与哪些因素有关，并设计实验进行探究活动；
3、能通过思考交流，体验探究与合作学习。
（三）情感态度与价值观
1、领略到物理就在自己的身边，体验自然界的奇妙与和谐，发展好奇心与求知欲；
2、在探究合作过程中，增强探究意识与合作意识，增强与人交流的意识；
3、养成敢于发表自己观点，既坚持原则又尊重他人的良好习惯；
4、意识到物理规律在现实生活中的重要作用，增强对物理学习的兴趣；
5、在用实验得出结论的过程中，逐步树立严谨科学的实验态度和正确的认识观。
点评：
教学目标分析是教学设计中的一个至为重要的环节，也是教学设计面临的首要任务。
它决定着教学的总方向，学习内容的选择、教与学的活动设计、教学策略和教学模式的选择与设计、学习环境的设计、学习评价的设计都要以教学目标为依据来展开。
课程标准涉及本节内容的要求是“能用牛顿第二定律分析匀速圆周运动的向心力”，许老师能较好的根据课程标准、教学要求及教学内容的特点来确定教学目标。
在对本节课的教学目标从知识与技能、过程与方法和情感态度与价值观三个维度来描述，符合新课程的基本理念与要求。
对具体目标的阐述基本做到了正确定位学习目标、具体目标设计尽可能明确、目标描述要有层次性的要求；不足之处是在“情感态度与价值观”教学目标的确定上，目标动词使用也许可以更准确一些，避免过于空泛。
三、学习者特征分析
1、学生是本校的高一学生；
2、学生为高一的孩子，好奇心强，具有较强的探究欲望；
3、学生有过多次的小组合作经验；
4、学生已经学过牛顿运动定律和物体做曲线运动的条件及描述圆周运动的物理量；
5、学生能够进行牛顿运动定律的简单应用；
6、学生在平常的学习和生活中已经接触到过一些零碎的关于物体做圆周运动的例子；
7、学生有一些摩擦力与运动方向相反的错误观念。
8、学生会从向心力三个字的字面先入为主认为这是某个新的力。
点评：
了解学习者的原有知识基础和认知能力是为了确定当前所学新概念、新知识的教学起点。
对学习者特征进行认真分析是实现个别化教学和因材施教的重要前提。
在学习者特征的分析上，许老师对自己的学生情况认识全面，对学生的知识基础和能力基础分析很细致。
对学习者知识基础和认知特征分析较到位，从而为选用的合适的教学方式、激发学生的兴趣，保持学生学习积极性、提供了保证。
四、教学策略选择与设计
·情景创设策略：
运用生活中与教学内容相关的情景，设计问题，设计物理实验，组织教学内容，提出有启发性的引申问题，激发学生的学习兴趣，积极地参与到实验验证、实验猜想、探究规律的学习当中。
·探究引导策略：
探讨式学习；教师启发引导
·自主合作探究式学习策略：
建立小组讨论、交流、合作的课堂氛围
点评：
在教学策略的选择与设计上，许老师能够根据本节教学内容的特点，选择情景创设策略、探究引导策略、自主合作探究式学习策略。
通过情境设置激发学生学习兴趣，调动学生的学习积极性；再通过任务驱动使学生能自主学习，体现了教师的主导作用和学生的主体地位，从而有效完成教学目标。
教学设计教学策略的选择充分考虑了学习者特征，体现出较多的新课程教学理念，运用了较多的新教育教学理论
五、教学资源与工具设计
·鲁科版新课标教材高中物理必修2
·相关实验器材，单摆小球、向心力演示器、钢球、木球。
·专门为本课设计的多媒体课件
·多媒体教室
点评：
许老师在本节课教学资源与工具设计上，充分体现了能用实验的就不用课件，能用动画的就不用图片的媒体运用思想。
既强调了物理实验的真实性，突出了媒体创设情景的有效性。
六、教学过程
课前：
播放课件中有关圆周运动的视频。
导入新课
复习提问
物体做曲线运动的条件？
匀速圆周运动的性质、特点？
为了描述匀速圆周运动，我们引入了哪些物理量？
描述匀速圆周运动的物理量之间的关系？
导入
我们刚才通过视频观看了多种圆周运动，圆周运动是曲线运动，运动的物体肯定有一个不为0的合外力，它的合外力会不会有什么特点呢？
本节我们就从动力学角度来进一步研究圆周运动中较简单的匀速圆周运动。
点评：
建构主义学习理论认为：
学习不是知识由教师向学生的传递，而是学生建构自己的知识的过程。
学生不是被动的信息吸收者，而是意义的主动建构者，这种建构不可能由其他人代替。
学习过程并不简单是信息的输入、存储和提取，而是新旧经验之间的双向的相互作用过程。
许老师在本节课的教学中能较好的应用建构主义学习理论来进行教学设计。
通过播放有关圆周运动的视频、复习提问的方式来导入新课，来激发学生的学习积极性和兴趣，产生疑问，进行引导，进而达到激情导入新课的目的。
二．新课教学
㈠向心力
[实验并模拟]
利用桌上的单摆小球，手执绳的一端使小球在光滑水平面上做匀速圆周运动。
观察小球运动情况、分析小球受力特点（请同学单独回答）。
[设疑引申]
如绳子突然断开，小球还能维持圆周运动吗？
绳子的拉力有什么特点？
这个力的方向跟速度方向有何关系？
[学生互相讨论]
从方向上看，这个力的方向时刻在变，且始终指向圆心，始终跟速度方向垂直（半径与切线垂直）。
向心力：
做匀速圆周运动的物体受到的指向圆心的合外力。
师：
向心力的作用是什么？
生：
改变速度的方向，不改变速度的大小。
师：
向心力是不是一个方向不变的力？
生：
不是。
利用课件模拟各种做匀速圆周运动的实例，请学生对其进行受力分析。
从而理解各种情况下物体做匀速圆周运动的向心力。
[过渡]
向心力的方向时刻在变，那大小呢？
向心力的大小会与哪些因素有关？
先让我们通过亲身体验来猜想一下。
[学生活动设计]
1、分组用细线拉小钢球、小木球让其在桌面上做匀速圆周运动，改变小球的转速，细线的长度多做几次。
由自己的感觉猜测向心力的大小与哪些因素有关。
2、让学生做课本图4－17的实验，体验向心力。
[猜测结论归纳]
向心力的大小可能与物体的质量、角速度、线速度、半径有关。
[过渡]
那么猜想是否正确呢？
它们之间定量的关系又会怎样？
下面通过实验进行检验（控制变量法）。
[演示]
逐一介绍向心力演示器的构造和使用方法（所需的向心力由挡板来提供）。
首先对照图片和实物来认识实验仪器，①转动手柄，用手摇动就带动②、③变速塔轮转动，塔轮有3层，第一层塔轮左右半径相等，第二层塔轮半径之比为2：
1，地三层塔轮半径之比为4：
1，塔轮上面有一个长槽和一个短槽，长槽的上面有两个小档片，第一个档片到圆心的长度为第二个档片到圆心长度的一半，等于短槽上的档片到圆心的长度，我们对小档片施加一个力可以看到，通过⑥横臂的杠杆作用使弹簧测力筒⑦下降，从而露出标尺⑧，标尺上露出的红白相间等分格子数可以显示力的大小，现在我们把小球放在槽上，然后匀速转动手柄，使小球做匀速圆周运动，如果没有档板，小球会飞出，所以小球的向心力有档板对小球的弹力提供，而同时小球会给档板一个同样大小的力，这个力的大小又通过红白格子表现出来，所以两球向心力的大小的比值就能得出。
操作方法：
用质量不同的钢球和铝球，使它们的运动半径和角速度相同，观察并分析向心力与物体质量之间的关系。
用两个质量相同的小球，保持小球转动的半径相同，观察并分析向心力与角速度之间的关系。
用两个质量相同的小球，保持小球运动的角速度相同，观察并分析向心力与运动半径之间的关系。
[总结归纳]
大家的猜想正确
具体关系
r、ω相同，m1：
m2=F1：
F2=1：
2
m、r相同，ω1：
ω2=1：
2F1：
F2=1：
4
m、ω相同，r1：
r2=F1：
F2=1：
2
当m、r、ω都采用国际单位制时，我们能得到向心力的定量计算公式F=mrω2，将公式ω=v/r代入可以得到向心力的另一表达式F=mv2/r。
三、小结
本节从力的角度研究了匀速圆周运动，知道了向心力的概念、特点、作用效果，以及各种情况向心力的来源，并通过实验研究了向心力的大小。
四、作业
复习本节、预习下节
教材72页第3、5题。
观察日常生活所见的匀速圆周运动并用今天所学的知识去解释。
点评：
本节课为探究性学习课，即在教师创设情景，让学生自己提出想要知道的问题，在教师的引导下，通过全班同学的讨论、实验、演示来不断完善。
教师在教学中通过具体的实例、实验，激发学生的求知欲望，让学生主动参与到探究的过程，成为学习的主体，积极主动地获取知识和提高能力。
在本节课的教学中，教师充当了课堂教学中的指导者，对话的“提问者”，学生是课堂学习的主角，是知识建构的主体。
学生对知识的建构是在生生互动、师生互动中进行的，能够充分调动学生的学习积极性，进行自主学习，建构新的知识体系。
教师在整个教学过程十分重视对学生思维过程的引导和启发，问题串的设置富有启发性，教学过程中即时对学生进行形成性的评价，能激励学生学习的主动性，对重点内容布置书面作业，有利于知识目标的巩固。
在整节课的实施过程中，充分发挥了物理实验和课件辅助的功能，突出了知识的形成过程，有利于学生对所学知识的理解和把握。
流程图：
七、教学评价设计
本节课体现新课程教学要求，把评价的侧重点放在学生的学习活动上，围绕学生主动学习来评价；充分利用现代教育技术，使评价具有客观性和可操作性，便于掌握和应用。
课堂学习成果评价量表
班别______ 姓名：
________ 得分:
___________
评价项目
评 价 标 准
等级（权重）分
自评
小组评
教师评
优秀
良好
一般
较差
知识与技能
了解向心力的概念
10
8
5
3
知道向心力的来源
10
8
5
3
知道向心力的特点
10
8
5
3
掌握向心力大小的公式
20
6
4
2
情感态度
课堂上积极参与，积极思维，积极动动脑，发言次数多
8
6
4
2
对本内容兴趣浓厚，提出了有深度的问题。
8
6
4
2
课堂调查：
书面写出你在学习本节课时所遇到的困难，向教师提出较合理的教学建议。
8
6
4
2
我这样评价我自己：
伙伴眼里的我：
注：
1.得分为自评、互评、教师评总分之均值；2.“我这样评价我自己”、“伙伴眼里的我”以及“老师的话”都是针对课堂学习情况的概括性评判和描述。
点评：
在本节教学的评价上，许老师突出了过程性，关注从三个维度的教学目标展开评价，注意通过评价促进学生参与课堂教学。
对难于操作的过程与方法、情感态度价值观方面的评价，他是渗透在学生反复的探究过程中，以教师对学生的评价为主，通过观察、语言、手势、表情等途径进行随堂评价。
而许老师对于知识与技能方面的评价，是融合在学生的探究过程，以及小组讨论中，还包含在课后作业及后续的考试测验中。
八、帮助和总结
教师在学生做课本图4－17的实验时要及时提醒学生要注意安全。
教师要组织好学生实验，要把握好时间，不能太长，否则会完不成教学任务。
教师鼓励把今天所学的知识去研究日常生活所见的匀速圆周运动。
2010—2011学年度高一年级物理备课组“自主、互动、高效”教学案
第五章第六节向心力
主备人：
夏洪杰参与者：
高一物理组全体时间：
【学习目标】
1.通过自主学习二，理解向心力的概念，记住向心力的特点与公式，并能利用公式灵活解题。
2.通过师生探讨，学会求向心力的两种方法。
3.通过自主学习三，知道变速圆周运动中速度的大小与方向各是由哪个力导致的，知道对一般曲线运动采取的处理方法。
【自主学习1】通过回忆或查课本记住
1.什么是向心加速度？
2.匀速圆周运动的向心加速度有什么特点？
3.向心加速度的表达式？
an=
【自主学习2】
【学法指导】读课本P20的思考与讨论与P23第一部分，完成以下内容
一、向心力
教师活动：
指导学生阅读课本P17的思考与讨论，并回答以下问题：
（1）为什么做圆周运动的物体没有沿直线飞出去而是沿着一个圆周运动？
（2）由牛顿第二定律可知，要有加速度就必须有相应的力，因此由向心加速度的表达式，可推导出匀速圆周运动的向心力表达式为：
1.Fn=
2.定义：
做匀速圆周运动的物体具有向心加速度，是由于它受到了指向________的合力，这个合力叫做向心力.
3.方向：
始终指向________
注意：
（1）由于向心力的方向时刻改变，所以向心力是.
（2）向心力是按效果命名的，不论哪种性质的力，只要产生了向心加速度，就可称它为向心力.
【自主检测1】
甲、乙两个物体都做匀速圆周运动，其质量之比为1∶2，转动半径之比为1∶2，在相同的时间里甲转过60°，乙转过45°，则它们的向心力之比为（）
A.1∶4B.2∶3
C.4∶9D.9∶16
【师生合作】阅读教材“实验”部分，共同完成下列问题
二、实验：
用圆锥摆粗略验证向心力表达式
1.实验器材有哪些？
2.实验原理：
法一：
根据向心力的表达式求出向心力
法二：
根据受力分析求出合力即向心力
在误差允许的范围内比较这两种方法求出的向心力应该相等。
3.简述出用这两种方法求向心力各自需要那些物理量，及怎样得到这些物理量。
法一：
法二：
4.实验过程中产生误差的原因主要有哪些？
【自主检测2】
1.说明以下几个圆周运动的实例中向心力是由哪些力提供的？
（1）.月球绕地球运转的向心力是有什么力提供的？
（2）.绳的一端拴一小球，手执另一端使小球在光滑水平面上做
匀速圆周运动。
分析小物块受几个力？
向心力由谁提供？
（3）.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？
2.如图A、B、C三个物体放在水平旋转的圆盘上，三物与转盘的最大静摩擦因数均为μ，A的质量是2m，B和C的质量均为m，A、B离轴距离为R，C离轴2R，若三物相对盘静止，则（）
A．每个物体均受重力、支持力、静摩擦力、向心力四个力作用
B．C的向心加速度最大
C．B的摩擦力最小
D．当圆台转速增大时，C比B先滑动，A和B同时滑动
【自主学习3】通过阅读课本P24最后一部分，完成下面内容
三、变速圆周运动和一般的曲线运动
问题：
做直线运动的物体其受力可以改变物体运动的快慢，那么，向心力能改变物体速度的大小吗？
为什么？
设疑：
我们在课本P25“做一做”的实验中，通过改变抡绳子的方式来调节沙袋速度的大小，此时绳子牵引力的方向是怎样的呢？
这个牵引力产生了怎样的效果？
1.变速圆周运动
变速圆周运动所受合外力一般不等于向心力，合外力一般产生两个方面的效果.
（1）合外力F跟圆周相切的分力Ft,此分力产生_________加速度at，描述________变化的快慢.
（2）合外力F指向圆心的分力Fn叫向心力，此分力产生向心加速度an，向心加速度只改变速度的_______，描述____________变化的快慢.
2.一般的曲线运动的处理方法
一般曲线运动，可以把曲线分割成许多极短的小段，每一小段可看作一小段______.圆弧弯曲程度不同，表明它们具有不同的______.这样，质点沿一般曲线运动时，可以采用圆周运动的分析方法进行处理.
【随堂检测】
1.下列关于向心力的说法中，正确的是：
（）
A、物体由于做圆周运动而产生的力叫向心力；
B、向心力不改变速度的大小；
C、做匀速圆周运动的的物体所受向心力是不变的；
D、向心力是除物体所受重力、弹力以及摩擦力以外的一种新的力
2.关于向心力，下列说法正确的是（）
A.向心力是一种效果力
B.向心力是一种具有某种性质的力
C.向心力既可以改变线速度的方向，又可以改变线速度的大小
D.向心力只改变线速度的方向，不改变线速度的大小
3.有长短不同、材料相同的同样粗细的绳子，各拴着一个质量相同的小球在光滑水平面上做匀速圆周运动，那么：
（）
A.两个小球以相同的线速度运动时，长绳易断
B.两个小球以相同的角速度运动时，长绳易断
C.两个小球以相同的周期运动时，短绳易断
D.不论如何，短绳易断
4.如图所示，在匀速转动的圆筒内壁上紧靠着一个物体一起运动，
物体所受向心力是（）
A．重力B．弹力
C．静摩擦力D．滑动摩擦力
5.如图所示的圆锥摆中，摆球A在水平面上作匀速圆周运动，
关于A的受力情况，下列说法中正确的是：
（）
A．摆球A受重力、拉力和向心力的作用；
B．摆球A受拉力和向心力的作用；
C．摆球A受拉力和重力的作用；
D．摆球A受重力和向心力的作用。
6.一个做匀速圆周运动的物体，假如轨道半径不变，转速变为原来的3倍，所需的向心力就比原来大40N，物体原来的向心力为；若转速不变，轨道半径变为原来的3倍，所需的向心力比原来大40N，那么物体原来的向心力为。
2010—2011学年度高一年级物理备课组“自主、互动、高效”教学案
第五章第六节向心力的来源
主备人：
夏洪杰参与者：
高一物理组全体时间：
【学习目标】
1.通过合作探究，能够独立分析向心力的来源，并能利用公式灵活解题。
2.通过讲解提升，用受力分析的方法找出合外力即为向心力。
【自主学习】
【学法指导】通过回忆或查课本笔记，写出并记住
1.向心力表达式为：
2.向心力作用效果：
产生__________，不断改变物体线速度的__________
3.方向：
总是沿半径指向__________，是一个__________.
4.向心力是从__________来命名的，它并不是像重力、弹力、摩擦力那样作为某种性质的力来命名的，是一种效果力.
【合作探究】
一、 向心力可以由重力、弹力或摩擦力中的某一个力提供
1、弹力提供向心力
例1、洗衣机的甩干桶竖直放置。
桶的内径为20厘米，工作被甩的衣物贴在桶壁上，衣物与桶壁的动摩擦因数为0.025。
若不使衣物滑落下去，甩干桶的转速至少多大？
【自主检测】
2、摩擦力提供向心力
例2、在匀速转动的水平盘上,沿半径方向放着三个物体A、B、C，MA=MC=2MB，它们与盘面间的摩擦因数相等，它们到转轴的距离的关系为RA（）
A、B先滑动，沿半径向外。
B、B先滑动，沿半径向内。
C、C先滑动，沿半径向外D、C先滑动，沿半径向内。
【讲解提升】
二、向心力可以由几个力的合力提供
1、由重力和弹力的合力提供
例4、沿半径为R的半球型碗底的光滑内表面，质量为m的小球正以角速度ω，在一水平面内作匀速圆周运动，试求此时小球离碗底的高度。
2、由弹力和摩擦力的合力提供
例5、如图所示，细绳一端系着质量为M=0.6kg的物体，静止在水平面上，另一端通过光滑小孔吊着质量为m=0.3kg的物体，M的中点与圆孔距离为0.2m，并知M和水平面的最大静摩擦力为2N。
现使此平面绕中心轴转动，问角速度ω在什么范围内m处于静止状态？
（取g=10m/s2）
【当堂检测】
3、由拉力的一个分力提供
例6、一圆锥摆，摆线为1米，小球质量为0.4kg，摆线恰与竖直方向成θ=370角，试求小球的转速和摆线的拉力？
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