人教版高中物理必修二5.6《向心力》教學(xué)設(shè)計

基于學(xué)生體驗的認(rèn)知教學(xué)向心力教學(xué)設(shè)計一前期分析“向心力”是人民教育出版社2019年出版的普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書物理2（必修）第五章曲線運(yùn)動中第六節(jié)的內(nèi)容。本節(jié)課是一節(jié)向心力的概念課，是圓周運(yùn)動的重點與難點，也是學(xué)好圓周運(yùn)動的關(guān)鍵，學(xué)好這部分知識，既讓學(xué)生明白了牛頓運(yùn)動定律同樣適用于分析曲線運(yùn)動，同時也為以后學(xué)習(xí)天體運(yùn)動和帶電粒子在磁場中的運(yùn)動打下基礎(chǔ)。教材的編排思路非常清晰，先從身邊的事例出發(fā)，讓學(xué)生體會到做圓周運(yùn)動的物體需要有一個指向圓心的力，從而定義向心力的概念，討論了向心力的性質(zhì)和特點，然后根據(jù)牛頓第二定律和向心加速度表達(dá)式得到向心力的表達(dá)式，之后為了讓學(xué)生對向心力有一個感性的認(rèn)識，設(shè)計了“實驗”欄目“用圓錐擺驗證向心力的表達(dá)式”，一方面可以減少由于器材引起的困難，確保實驗的開展，有利于分組學(xué)生實驗。另一方面，用生活中常見的物品做實驗會拉近科學(xué)與學(xué)生的距離，使學(xué)生感到科學(xué)就在我們身邊，對科學(xué)產(chǎn)生親切感。然后讓學(xué)生在更一般、更廣闊的背景下認(rèn)識圓周運(yùn)動和曲線運(yùn)動。最后，設(shè)置了“做一做”欄目，通過體驗性實驗，讓學(xué)生獲得直接的感性認(rèn)識，加深對向心力的理解。學(xué)生在學(xué)習(xí)此節(jié)之前已經(jīng)學(xué)習(xí)了直線運(yùn)動和用牛頓運(yùn)動定律解決相關(guān)問題，并通過前一節(jié)的學(xué)習(xí)，已經(jīng)從數(shù)學(xué)的角度初步完成了向心加速度的推導(dǎo)，對向心加速度的概念也有了一定的了解。但是由于經(jīng)驗或者思維定勢，往往認(rèn)為向心力是一種新的力，在對物體受力分析的時候多分析了一個向心力，究其原因還是學(xué)生對向心力的體驗不夠，所以在教學(xué)過程中要多設(shè)計體驗性的實驗，讓學(xué)生親身去感受，去體驗向心力的存在及來源；另外由于向心加速度本身從理論上推導(dǎo)得出的，而本節(jié)繼續(xù)從理論的基礎(chǔ)上推出向心力表達(dá)式，學(xué)生對向心力表達(dá)式是否接受或者完全接受其實還是要打問號的，因此非常有必要通過實驗對表達(dá)式加以驗證，最好是能夠做到比較準(zhǔn)確的驗證，而不是粗略的驗證。這樣做不僅解決了學(xué)生對表達(dá)式的疑慮，而且還從另一個方面使學(xué)生能感受到牛頓運(yùn)動定律不僅適用于直線運(yùn)動，同樣適用于圓周運(yùn)動，有利于學(xué)生對牛頓運(yùn)動定律的深化理解。而教材中實驗的難點在于不易保持?jǐn)[球的圓周運(yùn)動，所以相當(dāng)有必要對實驗進(jìn)行改進(jìn)，以保持?jǐn)[球圓周運(yùn)動的持續(xù)性和穩(wěn)定性，進(jìn)一步保證了實驗的精確性。同時本節(jié)課限于時間的限制，不可能面面俱到，對于變速圓周運(yùn)動跟一般曲線運(yùn)動中向心力問題，可以作為學(xué)生課后拓展性知識。重點應(yīng)放在如何幫助學(xué)生在勻速圓周運(yùn)動中如何形成向心力概念。（一）教學(xué)要求基本要求1. 了解向心力概念，知道向心力是根據(jù)力的效果命名的。2. 體驗向心力的存在，掌握向心力的表達(dá)式。3. 會分析向心力的來源，計算簡單情境中的向心力。4. 初步了解“用圓錐擺粗略驗證向心力的表達(dá)式”的原理。5. 會測量、分析實驗數(shù)據(jù)，獲得實驗結(jié)論。發(fā)展要求1. 從牛頓第二定律角度理解向心力的表達(dá)式2. 知道做變速圓周運(yùn)動的物體所受的合力一般不指向圓心，可分解為切向分力和向心分力。3. 知道向心力的公式也適用于變速圓周運(yùn)動，對豎直平面上的變速圓周運(yùn)動問題，能運(yùn)用向心力公式對最高點和最低點做定量分析。（二）教學(xué)重點1.向心力概念的理解2.體驗向心力的存在和影響向心力大小的因素3.實驗驗證向心力的表達(dá)式（三）教學(xué)難點1.向心力概念的理解二教學(xué)目標(biāo)知識與技能1知道什么是向心力，理解它是一種效果力。2理解向心力公式的確切含義，并能用來進(jìn)行簡單的計算。3知道向心力的公式也適用于變速圓周運(yùn)動過程與方法1通過實驗，體驗和感受向心力的存在和向心力大小的影響因素。2經(jīng)歷向心力公式的理論推導(dǎo)和實驗驗證過程，并體會其中所涉及到的物理思想與方法。情感態(tài)度與價值觀1通過親身的體驗，拉近科學(xué)與學(xué)生的距離，使學(xué)生感到科學(xué)就在身邊。2在實驗中，培養(yǎng)動手的習(xí)慣和操作能力及分析問題、解決問題的能力。3感受成功的快樂，體會實驗的意義，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣。三教學(xué)設(shè)計思想 本節(jié)課的重點和難點是學(xué)生如何建立向心力的概念，而物理概念的形成是一個非常復(fù)雜的過程，從認(rèn)識論的角度來講，物理概念的形成通?？梢愿爬槿齻€階段，即通過生活經(jīng)驗和觀察實驗獲得感性的認(rèn)識的階段、由感性認(rèn)識上升到理性認(rèn)識的階段、理性認(rèn)識到實際運(yùn)用的階段。為了有利于學(xué)生概念的形成，教師必須加強(qiáng)物理實驗，并充分利用圖片、圖形、電視錄像、多媒體課件等手段再現(xiàn)知識發(fā)生、發(fā)展的過程，并用圖文并茂的方式為學(xué)生提供豐富的感性材料，促進(jìn)學(xué)生的思維活動，降低學(xué)生形成概念的難度。本節(jié)課基于學(xué)生學(xué)習(xí)體驗的教學(xué)模式，在教學(xué)中設(shè)計各種活動和實驗，讓學(xué)生從中去體驗、去感受向心力的存在及其影響因素，當(dāng)學(xué)生有了真切的感受之后，才有進(jìn)一步學(xué)習(xí)的欲望和動力，然后因勢利導(dǎo)，同時也能很好的解決教學(xué)中的重點跟難點。創(chuàng)設(shè)情景演示實驗學(xué)生活動學(xué)生體驗1觀察玩實驗學(xué)生體驗2展示匯報表達(dá)暴露認(rèn)知盲點、障礙點明確任務(wù)學(xué)生體驗3定性探究理論探究定量探究實驗探究得出結(jié)論應(yīng)用結(jié)論教學(xué)設(shè)計的流程圖：四課前準(zhǔn)備1學(xué)生應(yīng)該對簡單的勻速圓周運(yùn)動進(jìn)行受力分析，知道向心加速度的概念、公式及物理意義2實驗儀器：圓珠筆桿、50CM細(xì)線、小鋼球、塑料球、向心力演示儀、改進(jìn)后的圓錐擺3制作PPT五教學(xué)過程（一）創(chuàng)設(shè)問題情境，提出向心力師：我們來看兩個做勻速圓周運(yùn)動的例子，思考這樣的問題：他們的受力情況如何，這些物體為什么沒有飛出去？（1）繩的一端系一小球，使小球在水平面內(nèi)做圓周運(yùn)動（2）地球繞太陽運(yùn)動 學(xué)生活動：對以上兩個物體分別進(jìn)行受力分析：提問：他們的受力有什么特點？引導(dǎo)學(xué)生回答：合力指向圓心，并且跟速度的方向垂直?？偨Y(jié)歸納：看來，要使物體做勻速圓周運(yùn)動，必須使物體受到與速度方向垂直而指向圓心的力的作用，在物理學(xué)中稱之為向心力。金屬球塑料球圓珠筆筒引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步歸納：向心力是按照力的作用效果命名，可以是合力提供，也可以使由某一個力提供，也可以是某一個力的分力提供。（二）創(chuàng)設(shè)活動和實驗情境，體驗向心力師：你想親身感受向心力的存在嗎，能不能在現(xiàn)場設(shè)計一個活動，感受向心力的存在？生：兩個人手拉手，一個人繞另一個人轉(zhuǎn)，或者相互轉(zhuǎn)。師：是否介意我們一起來完成這個活動？ 師生共同完成這個活動（在活動中也要凸顯學(xué)生的主體作用，把自己當(dāng)作配角，讓學(xué)生發(fā)出指令，老師繞學(xué)生轉(zhuǎn)）師：你感受到了向心力的存在嗎？哪里感受到了？生：手感受到了。師：有沒有什么辦法使你的感受更強(qiáng)烈些？（通過這個問題尋找向心力大小的影響因素）生：你可以轉(zhuǎn)的快一些，我們之間的距離變大些，你的質(zhì)量大一些。師：根據(jù)你的感受，你認(rèn)為向心力的大小與哪些因素有關(guān)？生：與做圓周運(yùn)動物體的質(zhì)量，半徑，轉(zhuǎn)速（角速度）有關(guān)。（通過該活動不僅讓學(xué)生親身感受了向心力，使其對向心力有了感性的認(rèn)識，而且拉近了師生的距離，充分調(diào)動了學(xué)生的積極性，很好的激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情）師：同學(xué)們利用桌上的裝置設(shè)計一些方案，親身感受向心力的存在及影響其大小的因素。學(xué)生設(shè)計活動方案，活動之后，然后讓學(xué)生匯報其體驗的結(jié)果。（學(xué)生在活動過程中一開始不知道怎么弄，因此要適時的對學(xué)生的活動進(jìn)行指導(dǎo)，學(xué)生通過該實驗再次親身感受并體驗了向心力及其大小的影響因素，使學(xué)生對向心力有了進(jìn)一步的認(rèn)識，并且啟發(fā)了學(xué)生的思維，使其有進(jìn)一步學(xué)習(xí)向心力的欲望）（三）聯(lián)系舊知，尋求解釋，獲取新知師：通過以上的活動與實驗，大家切實感受到了向心力的存在，并且對影響向心力的大小因素也達(dá)成了共識，那我們能不能從理論上去進(jìn)行解釋呢？引導(dǎo)學(xué)生回顧做勻速圓周運(yùn)動的物體具有向心加速度，產(chǎn)生向心加速度的力其實就是向心力。根據(jù)牛頓第二定律，可以得到向心力的表達(dá)式：或者。（通過該環(huán)節(jié)的理論推導(dǎo)，不僅使學(xué)生的體驗有了理論的支撐，而且使學(xué)生能感受到圓周運(yùn)動中力與運(yùn)動的關(guān)系，同樣也遵循牛頓運(yùn)動定律）（四）實驗驗證，深化新知師：由于上一節(jié)的向心加速度的表達(dá)式本身也是從理論上推導(dǎo)得出的，這些理論正確與否我們必須通過實驗來驗證。展示向心力演示儀，結(jié)合PPt給學(xué)生介紹其構(gòu)造和工作原理，引導(dǎo)學(xué)生說出驗證采用的方法控制變量法，然后確定具體的方案。教師演示給全班同學(xué)并引導(dǎo)學(xué)生通過實驗現(xiàn)象共同歸納出結(jié)論：半徑r、角速度一定，與質(zhì)量m成正比；質(zhì)量m、角速度一定，與半徑r成正比；質(zhì)量m、半徑r一定，與角速度的平方成正比；師：通過該結(jié)論好像只能驗證我們表達(dá)式里面的比例關(guān)系是正確的，但是影響向心力大小是否還有其他的因素，又是怎樣的關(guān)系我們好像還不得而知，因此我們又必須通過進(jìn)一步的實驗來檢驗表達(dá)式是否正確？OOlmOlmO展示改進(jìn)的圓錐擺用電動機(jī)制作的一個電動的圓錐擺，可以改變擺長、轉(zhuǎn)速、以及小球的質(zhì)量，可以做到轉(zhuǎn)速穩(wěn)定、半徑不變、擺角不變。首先引導(dǎo)學(xué)生明確該實驗的目的：驗證向心力表達(dá)式或者；然后引導(dǎo)學(xué)生從力的角度分析向心力的來源，得出向心力的大?。贿M(jìn)一步明確實驗的目的：檢驗與是否相等。師：實驗過程中我們需要測量那些物理量？分別如何測量？生1：質(zhì)量、角度、半徑、角速度；生2：質(zhì)量不需要測量，兩邊都消掉了；生3：角速度直接不好測量，可以先測量其周期師：很好，那周期怎么測量呢？生3：哦，應(yīng)該測量他很多圈所用的時間，然后再用總時間除圈數(shù)生4：角度也不是很好測量，可以測量半徑跟擺長；生5：半徑好像也不是很好測量 對學(xué)生的回答給予肯定，引導(dǎo)學(xué)生對需要驗證的等式進(jìn)行化簡： r= htan所以我們只需要測量周期跟高度就可以了。請兩位學(xué)生協(xié)助共同完成實驗的數(shù)據(jù)記錄與處理次數(shù)T/sh/mT2h/T2g/42絕對誤差相對誤差(%)123引導(dǎo)全體同學(xué)結(jié)合以上的數(shù)據(jù)對實驗的可靠性進(jìn)行評估。（實驗方案確定了之后，關(guān)于實驗當(dāng)中需要測量哪些物理量，不能僅憑公式中存在的物理量，應(yīng)該在實驗前期進(jìn)行分析論證）（五）聯(lián)系實際，鞏固反饋，活化新知1. 將乒乓球倒扣在高腳玻璃杯內(nèi)，快速在桌面上旋轉(zhuǎn)杯子，使乒乓球在杯內(nèi)快速轉(zhuǎn)動，讓學(xué)生分析乒乓球的向心力是由什么力提供的，引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建物理模型，正確選取研究對象并對研究對象進(jìn)行受力分析，找出向心力的來源。2實驗演示物體隨圓盤轉(zhuǎn)動，首先讓學(xué)生分析物體向心力是由什么力提供的，然后給出物體的質(zhì)量m=100g,距離圓盤中心0.2m的位置，圓盤轉(zhuǎn)動的角速度大約是4rad/s,求物體所受向心力的大小？（該問題學(xué)生對物體的向心力可能有不同的意見，應(yīng)該給學(xué)生充分思考的時間）（六）歸納小結(jié)讓學(xué)生結(jié)合自己的體驗與學(xué)習(xí)梳理本節(jié)課的內(nèi)容，讓他們談?wù)剬ο蛐牧Φ睦斫猓嗷ブg進(jìn)行補(bǔ)充。六形成性練習(xí)1.地球質(zhì)量為6.010-24kg，地球與太陽的距離為1.51011m。地球繞太陽的運(yùn)動可以看做勻速圓周運(yùn)動。太陽對地球的引力是多少？2.試估算地球赤道上質(zhì)量1KG的物體隨地球自轉(zhuǎn)所受向心力的大?。?.小物體隨圓盤做勻速圓周運(yùn)動，（1）小物體離盤近一些還是遠(yuǎn)一些容易滑動（2）如果滑動，小物體會向哪個方向運(yùn)動。（3）若物體隨圓盤做變速圓周運(yùn)動，某時刻的向心力大小如何計算？4.體驗性實驗中，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到一個確定值時，金屬球可處