向心力.docx

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向心力

设计人：

学校宁夏育才中学姓名虎桂花

课题：

第5章曲线运动

第6节向心力第1课时

一、任务分析

1、学生分析：

育才中学是宁夏自治区为山区学生创办的一所扶平学校，学生来自南部山区。

教学对象为学益学区的学生，他们实验操作的基本功较弱。

2、教材分析：

本节课使用的课本是人民教育出版社出版的高中物理必修2-1。

内容为第五章的第六节向心力。

向心力是物体做匀速圆周运动时所受到的合外力，它是本章圆周运动的重点。

教材先通过实例让学生从运动和力的角度进行分析，分析物体的受力特点，从而得出向心力的概念，有助于学生体会和理解。

教材接着从理论的角度，根据牛顿第二定律，推导出向心力的数学表达式之后，为了让学生对向心力公式有一定的认识和理解，教材中设计了验证性实验：

用圆锥摆粗略验证向心力的表达式。

通过圆锥摆实验，拉近科学与生活的距离，使学生感到科学就在身边，对科学产生亲切感。

本节还有一点与过去不同，那就是在讨论完匀速圆周运动后讨论了变速圆周运动和一般曲线运动。

这块内容的补充，不仅为分析物体在曲线最高点、最低点的受力分析和运动情况提供了理论依据，而且为学生提供了处理问题的一种思维方法：

从特殊到一般。

这部分知识的学习，可以为万有引力和带电粒子在匀强磁场中的运动等内容做好必要的准备。

当然，学习完这一节之后，中学里所有的运动形式都学习完毕了，从而可以让学生在更广阔的角度理解运动和力的关系。

3、学情分析：

通过前几节内容的学习，学生已经知道了曲线运动的条件，学习了处理曲线运动的重要方法——运动的合成和分解，还利用运动的合成与分解知识研究了平抛运动。

接着引入角速度、线速度、周期、转速等物理量描述了匀速圆周运动的规律。

这些知识的学习，为学生学习向心力做好了知识上的准备。

由于向心力是一种学生感到陌生的力，而高一学生的抽象思维能力和逻辑推理还不是很强，所以需要在教学中通过实例、实验，使学生对向心力的认识从感性认识升华到理性认识。

4、策略和方法：

本节首先通过日常生活经验和观察中的两个实例，提出问题，加上老师的演示实验，其现象更进一步增加学生心中的疑惑，激发他们求知探索的欲望，更易引起学习的兴趣。

然后学生亲身进行实验探究来感受向心力。

当学生对向心力的概念有了一定的认识后，就进一步提出向心力的大小与哪些因素有关呢？

可以先让学生根据前述实验做出猜想，然后再让学生设计实验对猜想进行验证，教师可以按照教材的设计指导学生完成，进一步强化学生对向心力的感性认识。

教师还借助了向心力演示器进行实验，把学生的实验结论逐一验证，从而验证了向心力公式。

　　本节课的教学重点和难点是学生如何建立向心力的概念，而突破这一点的办法是让学生进行探究实验，让学生亲身感受，获得感性认识。

由于本节课学生实验探究活动比较多，教学中老师需根据学生的实际能力去引导学生进行实验，必要时做出指导。

实验中提倡学生敢于动手，严谨、细致、耐心的进行实验，观察实验现象并能分析，小组之间讨论与交流，归纳结论。

本节课以实验探究为主线，以问题和小组交流贯穿课堂的始终，把传授知识、培养能力和学生情感有机的结合起来。

二、教学目标

1．知识与技能

（1）了解向心力的概念，知道向心力是根据力的效果命名的。

（2）体验向心力的存在，会分析向心力的来源。

（3）掌握向心力的表达式，计算简单情景中的向心力。

（4）结合牛顿第二定律理解向心力的公式。

（5）知道变速圆周运动中向心力是合外力的一个分力，知道合外力的作用效果。

2．过程与方法

（1）通过对向心力概念的探究体验，让学生理解其概念。

并掌握处理问题的一般方法：

提出问题，分析问题，解决问题。

（2）在验证向心力的表达式的过程中，体会控制变量法在解决问题中的作用。

（3）经历从匀速圆周运动到变速圆周运动再到一般曲线运动的研究过程，让学生领会解决问题从特殊到一般的思维方法。

并学会用运动和力的观点分析、解决问题。

3．情感、态度与价值观

（1）通过亲身的探究活动，使学生获得成功的乐趣，激发学生的学习兴趣和主动探索物理规律的精神。

（2）激发学生对科学的求知欲，乐于参与观察，敢于实验，体会实验在探索物理规律中的作用和方法。

三、重点和难点

教学重点1．理解向心力的概念。

2．学生实验探究：

感受向心力和影响向心力大小的因素。

教学难点理解向心力的概念。

通过实验分析、归纳“向心力与哪些因素有关”的探究过程。

教法学法学生实验探究，教师演示实验相结合；学生思考、猜想、讨论，教师提问、讲解相结合。

课时安排1课时

四、教学资源

1．多媒体、CAI课件、向心力演示器、质量不同的小物体（钢球、木球）、小绳、圆珠笔杆、圆环轨道。

2．学生实验每组1套：

钢球、木球、细绳。

3．演示实验：

向心力演示器、钢球、细绳。

4．课件：

PPT幻灯片。

五、设计思路

根据新课标课改强调“以学生发展为本”的素质教育课程理念与目标，要求重视发挥学生学习的主体性，在学习过程中丰富学生的体验，让学生在教师的指导下亲自去观察、实验、分析、归纳、应用等，在参与体验的基础上学习知识与方法，培养科学精神和科学态度。

这部分内容的学习是建立在学生已经学习了圆周运动的线速度、角速度、周期、向心加速度的基础上。

通过学生实验，体验向心力的作用，通过学生实验与演示实验的比较，体验向心力力有大有小，从而进行向心力大小的探究。

从定性分析向心力的大小与哪些因素有关，猜想向心力与质量、线速度、角速度、半径有什么关系，到定量分析安培力与这些因素之间的关系。

为了更直接地测量向心力的大小，本节课对研究“向心力与哪些因素有关”的实验进行了重新设计。

本节课在学生做出猜想的基础上，为了验证猜想，设计演示实验进行验证：

利用向心力演示仪测量向心力的大小、利用对比法、控制变量法研究向心力与质量、线速度、角速度、半径的关系。

六、教学流程

1．教学主要环节

本节课主要分5个环节：

第一个环节情景引入得出匀速圆周运动的合力指向圆心用来改变速度方向的作用（向心力）。

第二个环节定性探究通过猜想、学生定性实验、归纳得出决定向心力大小的因素。

第三个环节定量探究用向心力演示仪探究向心力的大小跟与质量、线速度、角速度、半径的关系

第四个环节理论推理通过用牛顿第二定律推导分析、推理，得出向心力的计算公式。

第五个环节应用巩固通过简单的示例巩固对向心力的理解。

2．教学流程图

学生实验

猜想

演示实验

F的大小与角速度、质量、半径的关系

向心力

向心力公式

3．教学流程说明

（1）情景通过演示实验1“水流星”和“过山车”的演示，引入向心力的概念。

（2）活动1通过活动2，启发学生根据已有的知识猜想向心力的大小与哪些因素有关，并通过讨论，归纳得到向心力的大小与线速度大小、角速度、质量、半径有关的初步共识。

在此基础上组织学生分组实验，对上述猜想进行定性探究，通过各组对实验所观察到的现象进行分析、交流。

（3）活动2通过演示实验2，应用控制变量的方法，定量研究向心力F的大小与角速度、质量、半径之间的定量关系，通过讨论，归纳得出、F=mω2r的结论；

（4）活动3通过问题3，经学生讨论定量推导，得到向心力的计算公式。

（5）应用通过简单的示例巩固对向心力公式的简单应用，根据向心力的计算公式，组织学生定性讨论谷水流星”和“过山车”，最高点向心力，巩固所学知识（前后呼应）。

七、教学过程

（一）引入新课

【演示实验】“水流星”实验，“过山车”实验

【教师活动】水、小球为什么在最高点不掉下来？

这节课我们就来研究这个问题。

（设计意图：

从实验引入，激发学生的好奇心，活跃课堂气氛。

）

（二）新课教学

一、向心力

1．向心力的概念

【学生活动】在教师引导下对小球在最高点进行受力分析：

物块受到重力、支持力。

【教师活动】物块所受到的合力是什么？

【学生活动】重力与支持力的和，

【教师活动】这个合力的方向具有怎样的特点？

【学生活动】思考并回答：

方向指向圆周运动的圆心。

【教师活动】得出向心力的定义：

做圆周运动的物体受到的指向圆心的合力。

（做好新旧知识的衔接，使概念的得出自然、流畅。

）

2．感受向心力

【学生活动】学生手拉着细绳的一端，使带细绳的钢球在水平面内尽可能做圆周运动。

【教师活动】钢球在水平面内尽可能做圆周运动，什么力使钢球做圆周运动？

【学生活动】对钢球进行受力分析，发现拉力使钢球做圆周运动。

（请同学单独回答）。

（设计意图：

利用常见的小实验，让学生亲身体验，增强学生对向心力的感性认识。

）

【教师活动】也就是说，钢球受到的拉力充当圆周运动的向心力。

大家动手实验并猜想：

拉力的大小与什么因素有关？

【学生活动】动手体验并猜想：

拉力的大小可能与钢球的质量m、线速度的v、角速度

、周期T，半径r有关。

【教师活动】那么我们如何研究向心力F与m、v、

、T、r之间的关系呢？

【学生活动】思考、讨论并回答：

采用控制变量法，保持m、v、

、T、r中的四个量不变，研究F与剩下的一个量之间的关系。

【教师活动】如果保持钢球的质量m、线速度的v、角速度

、周期T不变，半径r可以变化吗？

【学生活动】在教师引导下根据各个物理量之间的关系思考并回答：

半径r不能变化。

【教师活动】那么我们怎样研究这几个物理量之间的关系呢？

【学生活动】思考、讨论并回答：

由于做匀速圆周运动的物体，v、

、T，r这四个物理量中，只要有两个量确定了，其他两个量也就跟着确定了。

所以只需要研究向心力F与m，v、

、T、r这四个物理量中两个物理量的关系。

【教师活动】引导学生采用控制变量法做实验，体验向心力的大小。

【学生活动】采用控制变量法做实验，体验向心力的大小。

【教师活动】大家体验后，感觉向心力F与哪些物理量有什么样的关系？

【学生活动】根据自己的体验并回答：

质量m、半径r一定，线速度v越大，向心力F越大；

质量m、线速度v一定，半径r越大，向心力F越大；

质量m、半径r一定，周期T越大，向心力F越小。

（设计意图：

积极引导学生猜想，并渗透实验方法：

控制变量法的教学。

）3.实验验证

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，第三层塔轮半径之比为3：

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：

a．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。

b．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。

c．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]

1．大家的猜想正确

2．具体关系

1r、ω相同，m1：

m2=F1：

F2=1：

2

2m、r相同，ω1：

ω2=1：

2F1：

F2=1：

4

3m、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。

4．推导向心力的表达式

【教师活动】这是向心力与各个物理量之间可能存在的定性关系。

那大家能不能根据所学的知识，从理论上推导向心力的表达式。

【教师活动】在教师引导下根据向心加速度的表达式和牛顿第二定律推导：

因为

所以

=

【教师活动】理论推导证明：

（设计意图：

培养学生的数学推理能力，体验探究的过程。

）

[过渡语]知道了向心力的计算公式，在具体问题中还要能正确的找到向心力才行，接下来，我们具体分析两个例子。

1做圆锥摆运动的物体的受力情况，学生分析找力，老师纠正错误（大部分同学都会说它受了一个向心力，叫同学找它的施力物体，找不到，所以不存在），探讨向心力由谁提供？

2在圆盘上放一个小物块，使小物块随盘一起做匀速圆周运动，分析物块受几个力？

向心力由谁提供。

总结：

向心力是根据效果命名的力，匀速圆周运动中向心力就是质点所受的合外力。

（设计意图：

实验紧密联系生活，拉近科学与学生的距离，使学生感到科学就在身边。

同时，在实验中引导学生分析、解决问题，以提高学生的实验能力。

）

5．向心力是效果力

【教师活动】学以致用，请大家用刚才所学的知识解释塑料球为什么可以在旋转的圆柱形空瓶做匀速圆周运动？

【学生活动】思考并解释。

【教师活动】播放自行车转弯的视频，并提问：

自行车的弯道为什么要修成斜坡？

【学生活动】观看视频并在教师引导下进行受力分析后发现：

重力和斜坡对自行车的支持力的合力充当向心力。

【教师活动】播放公园的转椅的视频，并提问：

转椅上的人做匀速圆周运动，什么力充当向心力？

【学生活动】观看视频并思考、回答：

人受到的重力和椅子对人的支持力的合力充当向心力。

【教师活动】这些例子都说明向心力只是一种效果力。

只要是产生向心加速度的力，不管是重力、弹力还是摩擦力，都可以是向心力。

（设计意图：

通过具体实例让学生初步体验圆周运动的向心力的来源，加深学生对向心力概念的理解，并对圆周运动中力和运动的关系有更深入的认识。

）

二、变速圆周运动

【教师活动】日常生活中比匀速圆周运动更常见的是变速圆周运动。

接下来我们研究变速圆周运动中的向心力。

【演示实验】释放单摆，让钢球来回摆动。

【教师活动】小球从释放到最低点的运动过程中，小球的速度大小

如何变化？

【学生活动】速度逐渐变大。

【教师活动】小球绕着悬点做圆周运动，由于速度大小发生了变化，这是变速圆周运动。

那么什么力提供小球做圆周运动的向心力？

【学生活动】在教师引导下对小球进行受力分析后得出：

【教师活动】那么重力的另一分量

起着什么作用呢？

【学生活动】思考、讨论并回答：

跟速度方向一致，起着改变速度大小的作用。

【教师活动】在单摆这样的变速圆周运动中，可以把力分解

为跟圆周相切的的分力Ft和指向圆心的分力Fn。

Ft产生圆周切线方向的加速度，叫做切线加速度。

切线加速度与物体的运动方向在一条直线上，它改变了物体速度的大小。

那么指向圆心的分力Fn改变的是什么呢？

【学生活动】在教师引导下思考并回答：

指向圆心的分力Fn始终与速度方向垂直，改变的是物体运动的速度方向。

【教师活动】现在我们可以从向心加速度和切向加速度的角度来理解匀速圆周运动和变速圆周运动了。

仅有向心加速度的运动是匀速圆周运动，同时具有向心加速度和切向加速度的圆周运动是变速圆周运动。

（渗透从特殊到一般的思维方法，借鉴匀速圆周运动中的从力和运动的角度考虑的分析方法，培养学生思维迁移的能力。

）

【教师活动】到此为止，请大家分析归纳向心力有怎样的特点？

【学生活动】在教师引导下分析、讨论并归纳向心力的特点：

（1）向心力的方向永远指向圆心；

（2）向心力的方向和速度方向垂直；

（3）向心力是个变力；

（4）向心力只改变速度的方向，不改变速度的大小。

（设计意图：

通过匀速圆周运动和变速圆周运动的学习，使学生明白两者之间的相同点和不同点，使学生对向心力的理解，更深刻，更全面，从而突破向心力只改变速度的方向，不改变速度的大小这一难点。

）

三、一般曲线运动

【教师活动】比变速圆周运动更为常见的是运动是一般曲线运动。

在物理学中，我们把运动轨迹既不是直线也不是圆周的曲线运动叫做一般曲线运动。

那么如何对一般曲线运动进行研究呢？

【学生活动】在教师引导下从极限思想的角度思考

对一般曲线运动进行分析：

可以把曲线分割成很多小段圆弧。

圆弧的弯曲

程度不一样，说明它们具有不同的半径。

然后分析某点的运

动时，就可以按圆周运动处理了。

（设计意图：

再次渗透从特殊到一般的思维方法，并引导学生用极限的思维方法分析一般曲线运动，培养学生的思维品质。

）

（三）课堂小结

【教师活动】引导学生回顾所学知识和思想方法，一起小结：

1．一种力（向心力）

2．一组公式（

）

3．一种实验方法（控制变量法）

4．两种思想方法（从特殊到一般、极限思想）

八、教学反思

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．向心力是高中物理的一个难点内容，学生对于向心力一直很难理解，在对物体进行受力分析时，往往还外加一个向心力。

为了突破重点，难点，第一、在学习顺序上先讲向心加速度，用矢量推导向心加速度这个难点，后讲向心力，通过实例给出向心力概念，再通过探究性实验给出向心力公式F=mrω2或F=mv2/r。

2．情景教学，让学生主动参与探究的全过程，成为学习的主体，激发了学生的求知欲望，加深了对知识的理解。

在探究过程中，教师要给学生提供必要的实验器材和多媒体资源，引导学生去发现问题，使学生产生探究的动机，从而提出问题，解决问题，体验问题。

整个教学过程中，教师是一个引导者和参与者，组织者和帮助者，学生是学习的主人，课堂上教师要组织引导学生交流讨论，充分重视学生在探究过程中的情感、态度与价值观的培养。

学生能在愉快的教学环境中获得知识和培养思维能力。

3．本教学设计是探究性学习模式在物理教学的应用,真正体现了“以学生为中心”、“教师为主导、学生为主体”的教学原则。

4．按照教学手段是为教学目的服务的原则，恰当有效地将信息技术与物理课程相整合。

5．本节课中，还设计了不少巩固训练，有不少都来源于生活实际，理论联系实际。

九、板书设计

一、向心力

1．概念：

做匀速圆周运动的物体受到的指向圆心的合力。

2．表达式：

二、变速圆周运动

1．

：

产生向心加速度，只改变速度的方向。

2．

：

产生切向加速度，改变速度的大小。

3．向心力的特点：

（1）向心力的方向永远指向圆心；并和速度方向垂直；

（2）向心力是个变力；

（3）向心力只改变速度的方向，不改变速度的大小。

三、一般曲线运动

曲线→小段圆弧→圆周运动

十、作业设计

1．课本问题与练习1—5题

2．预习第八节：

生活中的圆周运动