《向心力》教学设计完美版.docx
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《向心力》教学设计完美版
人教版高一年级《向心力》教学设计
瑞安十中应继豹
课题：
§6.7向心力课型：
新授课（1课时）一：
设计思想
本节课主要是学习物体做圆周运动的动力学特征——向心力，因此本节课的教学主要是从动力学的角度研究学习向心力的知识。
物理问题的研究总是从最简单、最基本的着手，所以本节课的教学首先从圆周运动中最简单的运动——匀速圆周运动入手，得出向心力的表达式；然后进一步推广到变速圆周运动和一般曲线运动的动力学规律；符合“从特殊到一般”的认知规律和教学规律。
在向心力的表达式的教学中，本节课采用先用牛顿第二定律理论推导公式再实验验证的科学研究方法。
这样既可以使学生加深对向心力公式的理解，又能使学生知道科学研究的严谨性；而且通过理论分析和实验探究还能让学生体会向心力的来源和向心力的性质，知道求向心力的两种方法：
根据受力分析求解和根据公式求解。
另外实验探究部分采用随堂实验和播放录制的实验视频相结合的方法，既能让所有学生现场读数，参与到实验中来，又能有效节约课堂时间。
在变速圆周运动的教学中，本节课采用“质疑（猜想）——讨论分析——得出正确规律”的教学方式，使学生真正参与到课堂中，从“争论”中得出结论，获得知识。
体现“以学生为本”的新课标理念。
考虑到课堂时间较紧张以及安全问题（学生手抡沙袋时容易发生碰撞），教材“做一做”
部分本节课安排给学生课后完成（发给每位学生实验器材），要求学生亲身体验Fn与v、3的
关系，体会“控制变量法”的思想。
二：
教材分析
本课内容是在学生从运动学的角度学习了圆周运动的向心加速度后，从动力学的角度学习
向心力和变速圆周运动和一般曲线运动知识；其内容在初中并未涉及。
从教材地位和作用来看，本课内容是本章的重要内容，在教材上既承接上节向心加速度的知识又为下节的生活中的圆周运动学习作铺垫，起着承上启下的作用；同时本课内容也是会考和高考知识考查的重要内容。
本节内容主要要求学生了解向心力的概念，知道向心力是根据力的效果命名的，掌握向心力的表达式，会分析向心力的来源，能计算简单情景中的向心力；要求学生能从牛顿第二定律角度理解向心力表达式，知道变速圆周运动的合力一般不指向圆心，可分解为切向分力和向心分力；知道向心力的公式也适用于变速圆周运动，对竖直平面内的变速圆周运动问题，能运用向心力公式对最高点和最低点作定量分析；不要求掌握用“等效圆”处理一般曲线运动；变速圆周运动和曲线运动的切向分力和切向加速度不作定量计算要求；不要求计算物体所受的外力不在同一直线上的向心力问题[1]。
本节关于实验的一个想法是，尽量使用通用器材而不是专用器材做实验，如果能用生活中常见的物品做实验更好。
这样思考的目的是，一方面可以减少由于器材问题引起的困难，使大家多做实验；另一方面则是考虑到，非专用器材，特别是生活中物品的实验会拉近科学和学生的距离，使学生感到科学就在身边，对科学产生兴趣[1]。
因此本课没有采用向心力演示器，而是用圆锥摆来验证向心力表达式。
这个实验的优点除了器材容易得外，摆球受力的分析方法也是以后常用的，熟练掌握有利于后面的学习，同时还能让学生了解向心力的来源问题，体验向心力是效果力。
本课还有一点与过去不同，就是讨论了变速圆周运动和一般曲线运动。
这部分内容的目的主要是要学生在更一般、更广阔的背景下认识抛体运动和匀速圆周运动。
这个思想与我们讨论非匀变速的直线运动、讨论匀变速直线运动的位移——时间图象时的出发点是一脉相承的。
关于教材中“做一做”的安排主要是让学生亲身体验向心力与线速度和角速度的关系，体会“控制变量法”的思想，与旧教材中的向心力演示器实验有同样的效果。
三：
学情分析
由于初中教材并未涉及圆周运动，所以学生对圆周运动比较陌生。
不过通过本章前几节的学习，学生已经知道了物体做曲线运动的条件，了解了圆周运动的线速度和向心加速度的相关知识；另外通过必修1的学习，在动力学知识方面学生已经能够对物体进行正确的受力分析，且已熟练掌握了牛顿运动定律。
因此可以让学生根据牛顿运动定律和向心加速度公式，独立推导向心力的表达式；也可以让学生在教师的引导下分析圆周运动的向心力来源以及变速圆周运动问题。
另外在物理方法方面学生已经能够利用“等效法”、“控制变量法”、“微元法”等思想方法研究物理问题，在本课的学习中可以引导学生采用“等效法”探究实验；采用“控制变量法”体验向心力公式；采用“微元法”处理一般曲线运动。
在本课的学习中学生可能对于“圆锥摆实验”的分析与理解以及变速圆周运动的切向加速度的理解存在困难。
因此在教学过程中应该留给学生足够的时间讨论探究、相互交流、得出结论、获得知识；当然教师还可以通过多媒体手段帮助学生突破空间障碍，建立模型，加深理解。
四：
教学目标
知识与技能
1．理解向心力的概念及其表达式的确切含义
2．知道向心力是根据力的效果来命名的
3．体验向心力的存在，会分析向心力的来源
4．知道向心力大小与哪些因素有关，并能计算简单情景中的向心力5．知道变速圆周运动的向心加速度和切向加速度的作用6．知道在一般曲线运动中，可用向心力公式求质点在某一点的向心力和向心加速度过程与方法
1．通过利用动力学知识来亲自推导向心力的表达式2．通过用圆锥摆粗略验证向心力的表达式的实验来了解向心力的大小与哪些因素有关，分析向心力的来源，体验向心力是效果力，并通过课后具体“做一做”来理解公式的含义
3．进一步体会力是产生加速度的原因，并通过牛顿第二定律来理解匀速圆周运动、变速圆周运动及一般曲线运动的各自特点
情感、态度与价值观[2]
1．在实验中，培养学生动手的习惯并提高分析问题、解决问题的能力
2．体验成功的快乐，体会实验的意义，激发学习物理的兴趣
3．体会“从特殊到一般”的物理研究方法
4．领略“理论推导到实验验证”的科学思想，养成严谨的科学态度五：
教学重点、难点
教学重点
1．圆锥摆实验及有关物理量的测量，体会牛顿第二定律在向心力上的应用．
2．明确向心力的意义、作用、公式及其来源
教学难点
1．圆锥摆实验及有关物理量的测量
2．变速圆周运动的切向分力和向心分力
六：
教学策略与手段
实验探究、讲授、分组讨论、多媒体教学
七：
课前准备
学生准备：
课前预习教具准备：
多媒体课件、圆锥摆等实验设备、系上细绳的沙袋、实物投影仪等八：
教学过程
[新课导入]师：
前面两节课，我们学习、研究了圆周运动的运动学特征，知道了如何用线速度和向心加速度描述圆周运动．这节课我们再来学习物体做圆周运动的动力学特征——向心力．
[新课教学]
一、向心力
师：
我们研究问题总是要从最简单、最基本的着手，而圆周运动中最简单的是匀速圆周运动，因此我们先来研究匀速圆周运动。
我们来观看一段视频。
播放视频：
细绳拉着小球在光滑水平面上做匀速圆周运动
师：
小球受到哪些力？
生：
小球受到重力、支持力、绳的拉力。
师：
对，那么这些力的合力方向和向心加速度方向有什么关系？
生：
相同。
教师活动：
学生回答的同时教师板演受力示意图
师：
说得对，这点我们可以由牛顿第二定律得知。
上节课我们已经知道做匀速圆周运动的物体具有向心加速度，根据牛顿第二定律，这个加速度一定是由于它受到了指向圆心的合力的作用.这个合力叫做向心力.正是向心力不断改变小球线速度的方向，使得小球做圆周运动，不会沿着直线飞去。
板书：
一、向心力
1、定义：
圆周运动物体受到的指向圆心的合力
师：
知道了向心力的方向，我们还得了解它的大小。
请同学们根据向心加速度的公式结合牛顿第二定律推导的向心力的表达式。
n=m「3
学生活动：
推导向心力表达式。
教师活动：
和学生一起推导向心力表达式（板演）
22
•••Fn=manan=v/r=rw
••联立两式可得：
Fn=mv/r=mrw
板书：
2、表达式:
Fn=mV/r,F
2
点评：
学生的思维在于老师的激发，学习的积极性在于老师的调动•通过设计问题，让学生发表见解，提出疑问，培养学生的语言表达能力和分析问题的能力［2］。
二、实验：
用圆锥摆粗略验证向心力的表达式
［实验与探究］
师：
上面我们从理论上推导得出了向心力的表达式，而任何理论都得经得起实验的验证。
F面我们设计一个实验来验证向心力的表达式。
师：
展示实验器材，演示实验：
让小球在纸面上的某一圆轨道上做圆周运动。
师：
小球受到哪些力？
生：
小球受到重力、绳的拉力
师：
小球做圆周运动的向心力由谁来提供？
是重力吗？
是绳子的
拉力吗？
生：
都不是，应该是重力和拉力的合力。
教师活动：
学生回答的同时教师板演受力示意图
师：
非常正确。
我们知道向心力产生向心加速度，而向心加速度指向圆心，所以合力的
方向也指向圆心。
那么如何计算这个合力呢？
假设绳子与竖直方向成0角。
学生分组讨论得出：
F合=Fn=mgtan0=mgr/h（教师板演）
师：
可见要计算得到合力，需要测量小球的质量m圆周半径r和悬点到圆心的距离ho
师：
我们通过受力分析得到了F合，接下来该如何验证向心力的表达式呢？
学生活动：
分组讨论
生：
根据向心力公式F^=mV/r=mrw2计算Fn,比较两者得出的结果是否相等。
师：
那么根据公式计算还需测量哪些物理量？
v和3能直接测量吗？
学生活动：
分组讨论
生：
不能直接测量v和3,但是可以通过测量小球运动N圈的时间t，间接得到3。
亠222N2
教师板演：
Fn=mv/r=mr3=mr（）
t
点评：
可让学生思考能否测得0（渗透试验的简易性和可操作性原则，让学生体会“等
效变换”思想）
师：
说得很好，下面我们就来一起完成实验测量，请同学们记录实验数据。
播放视频：
教师在实验室录制的实验过程
学生活动：
读数并记录数据
师（在学生读得h值后）：
我们测得的h是公式mgr/h中的h吗？
学生活动：
小组讨论
生：
不是，还应该减去小球的半径。
师：
对。
另外事实上小球做圆周运动时会离开纸面，其重心会上升一很小的高度，但这
个高度很小，我们可以忽略。
所以悬点到小球重心的距离可以认为就是公式中的h，请同学们
做好记录。
教师活动：
根据学生记录的数据，输入到预先设计好的Excel中进行数据处理，得出计
算结果。
物理量
h（m）
t（s）
N（圈数）
r（m）
m（kg）
第一次
F合=mgr/h=
Fn=mr（2N）2=
学生活动：
讨论比较计算结果。
师：
我们发现两者的计算结果很接近，事实上我们改变绳长或轨道半径，多次实验会得
到同样的结果。
可见这个实验能较好的验证向心力的表达式。
说明：
1.由于本实验过程较多，数据采集较多，为节约课堂时间，同时也为能让全班学生一起读数。
所以采用播放事先录制好的试验视频。
2•实验中用米尺测得的h是纸面距悬点的距离。
3.实验数据采用Excel处理，可以节约课堂时间，又快捷，又准确。
点评：
让学生亲历实验验证的过程，体验成功的乐趣，培养实验观察能力和团结协作的团队精神。
同时培养学生严谨的科学思想［2］。
师：
在这里小球做圆周运动的向心力是拉力和重力的合力来提供的。
那么向心力是按力的性质来命名的还是按力的作用效果来命名的呢？
生：
按力的作用效果命名的。
师：
是的，向心力并不是像重力、弹力、摩擦力那样具有某种性质的力来命名的•它是效果力，是按力的效果命名的。
向心力可以是某一个力也可以是几个力的合力，还可以是某个力的分力。
板书：
3、向心力是效果力。
点评：
新课程理念强调，老师不一定要能回答学生提出的所有问题，但老师要起到一个引导者、一个领路人的作用.
［课堂训练］
说明以下几个匀速圆周运动的实例中向心力是由哪些力提供的.
1•小球在光滑的漏斗内壁做匀速圆周运动.
2•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.
教师活动：
练习1同学生一起板演分析，练习2配合视频分析，使学生能够形象的了解摩擦
力的方向。
点评：
通过实例分析，达到巩固所学知识的目的
三、变速圆周运动和一般曲线运动
师：
上面我们从匀速圆周运动着手研究了向心力。
而物理研究总是从“特殊到一般”
得出普遍规律。
看来我们还有必要进一步研究一般圆周运动的向心力的特征。
我们先来观看
段视频。
播放视频：
链球运动员手抡链球
师：
链球在被抛出前做什么运动？
它的速度大小如何变化？
生：
链球做圆周运动，它的速度越来越大。
师：
是什么力使链球的速度越来越大？
是向心力吗？
学生活动：
分组讨论
生：
不是向心力。
由于向心力指向圆心，始终垂直速度方向，不对物体做功，不改变速度的大小。
所以我们组认为改变速度大小的力应该是绳的拉力在切线方向的分力。
师：
刚才同学们交流、讨论得很好，实际上要使链球速度增大，手必须动起来离开圆心位置，此时绳子的拉力和链球运动的速度方向不垂直，此时可以把拉力分解为沿速度方向和垂直于速度方向的两个分力，其垂直于速度方向的分力提供链球所需的向心力，并不改变链球的速度大小；而沿速度方向的分力产生的加速度使链球的速度发生了改变•这些现象，我们都可以通过运用牛顿第二定律来解决，希望同学们课后能进一步地认真总结，细细体会。
教师活动：
分析向心加速度和切向加速度的产生以及作用演）。
板书：
二、变速圆周运动和一般曲线运动
1、Fn产生an，只改变速度方向
2、Ft产生at，只改变速度大小
教师总结：
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就是变速圆周运动。
只有匀速圆周运动的物体，它的向心力才等于合外力。
板书：
3、匀速圆周运动：
Fn=F合
点评：
老师及时对学生进行恰当的评价，是使学生能获得成功培的保证.同时要善于培
养学生阅读教材并从中获取信息的能力，培养学生发现问题解决问题的主动求知的意识.
师：
下面我们继续推广到一般曲线运动的规律。
对于做一般曲线运动的物体，我们可以
6.7
UK?
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用怎样的分析方法进行简化处理？
请同学们阅读教材并结合课本图
—4的提示发表自己的见解.同时再与刚才研究的变速圆周运动去进行对比.
学生活动：
阅读教材，思考问题
生：
利用“微元法”的思想，一般曲线运动可以分为很多小段，每段都可以看做一小段圆弧，各段圆弧的半径不一样。
在分析质点经过曲线上某位置的运动时,就可以采用圆周运动的分析方法进行处理了。
师：
同学们分析的非常正确，对于一般曲线运动我们也可以采用圆周运动的分析方法来处理。
点评：
对学生注重物理学方法的教育.
［课堂训练］
一松汽斗舟4^4^张粘卜韩空沼須怪血“向N阡程.速用奇靜底仆国自.了-9甲,JR,丁守桝角岀d丰羁尊叶娜Jt舍力F的四什疔向・你认沟正植巧赴棉个：
点评：
该练习为课后问题，选用的目的是让学生能够对变速圆周运动的向心加速度和切向加速度的作用进行定性分析。
［小结］
师：
这节课我们从圆周运动的动力学角度学习了向心力。
向心力的大小可以由其表达式求得,也可以根据受力分析向心力来源求得。
向心力是效果力，它的方向总是指向圆心，垂直线速度方向，只改变线速度的方向不改变线速度的大小。
对于变速圆周运动，切线方向的合力产
生切向加速度，只改变线速度的大小不改变线速度方向。
所以匀速圆周运动只有向心加速度,
其合力等于向心力。
九：
板书设计
十：
作业设计
1、完成P55“问题与练习”中的I〜4题
教材安排“圆锥摆实验”而放弃“向心力演示器实验”的意图：
（1）、生活中物品的实验会拉近科学和学生的距离，使学生感到科学就在身边，对科学产生兴趣。
（2）通过对小球的受力分析，使学生体会向心力来源问题和向心力是效果力。
也更能符合通过动力学特征来研究向心力。
（3）使学生了解求向心力的两个途径：
根据受力分析求解和根据公式求解
（4）通过“做一做”让学生亲身体验向心力和线速度与角速度的关心，达到和“向心力演示器实验”同样的效果，还能让学生亲自参与。
2．课堂练习3也可选择与向心力公式应用相关练习，比如课后习题4。
3．由于本课内容较多，所以演示实验采用了播放实验视频的方法，而且把“做一做”放到课后回去完成。
由此想到我们该如何节约课堂时间，提高课堂效率，觉得还是应该从课堂问题设计的有效性、方向性、准确性以及教师语言描述的简洁性、科学性、准确性上下功夫。
4．新课程教材的编排与旧教材相比有很大的不同，其编写更注重科学性、实效性、系统性。
我们在教学中应该注意把握教材意图，吃透教材，融会贯通，才能更好的实施新课程。
十二：
参考资料
1．《浙江省高中新课程课前培训资料汇编高中物理（高一下）》，浙江省教育厅教研室编印，
第6页、第50页〜第52页
2•《普通高中物理课程标准》，人民教育出版社，第6页〜第9页、第72页
不论何时，都要尽可能让思考与反省预见到突发的激情，这于审慎者可轻而易举做到。
心烦意乱之时，首先要做的就是意识到这一点。
先控制住自己的情绪，下决心不再使之加剧。
有了这种高明的防范，就能很快终止怒气。
要懂得制怒之法，且止息于当止之时：
奔跑时停下来最难；狂怒时保持头脑清醒也一样难。
过分激动，不论程度高低，都会影响理智。
一旦对发怒有了这种警醒，就不会使你因怒气而失控，也不会使你损害良好的辨别力。
谨慎地驾驭情绪，就能很好地控制它。
你将是马背上第一个理智的人。
智者最没有耐性，因为学识减少了他们的耐心。
知识渊博的人很难被取悦。
俄庀泰特斯告诉我们，生活最重要的准则在于懂得如何忍受一切。
他认为这是智慧的一半真谛。
容忍愚蠢需要极大的耐心。
有时最令我们痛苦的人正是我们最依赖的人，这帮助我们战胜自我。
耐心能带来无可估量的内心平静；而内心平静是世间的福祉。
不懂得如何容忍他人的人如果还能忍受他自己的话，就应当独处。
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