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《向心力》教学设计

查字典物理网 2020-11-19

一、教材分析

课标分析:能用牛顿第二定律分析匀速圆周运动的向心力。

教材地位:《向心力》一节是普通高中课程标准试验教科书必修2第六章曲线运动的重点、难点,具有承前启后的作用。它既是本章知识的一个拐点,又是本章内容拓展的重要基础;通过学习,既能使学生从对圆周运动的表面认识上升到理论分析,又能让学生从生活中的圆周运动分析提高到对天体运动及带电粒子在电磁场中的运动的分析及推演。同时,《向心力》一节能够充分体现力和运动的在物理学中的重要性,是运动与力关系学习的好素材。

二、学情分析

学生通过前面的学习,理解了质量、力与加速度的关系,了解了描述圆周运动的各个物理量及其关系,认识了匀速圆周运动指向圆心的向心加速度,并且学生已经经历了同学之间相互协作、相互讨论、相互交流及最后的成果展示的学习过程,具备了处理问题的一般思路方法:提出问题—分析问题—解决问题。

三、教学目标

(一)知识与技能

1.了解向心力概念,知道向心力是根据力的效果命名的一种力。

2.知道向心力大小与哪些因素有关,并能用来进行简单的情景计算。

3.知道在变速圆周运动中,合外力的法向分力提供了向心力,切向分力用于加速。

4.知道一般曲线运动的处理方法。

(二)过程与方法

1.通过对向心力概念的探究体验,让学生理解其概念的内涵。并熟悉处理问题的一般方法:提出问题、分析问题、解决问题

2.在验证向心力表达式的过程中,体会物理实验在处理问题中的作用。

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。并学会用力和运动的观点来分析、解决问题。

(三)情感态度价值观

1.经历从自己提出问题到自己解决问题的过程,培养学生的问题意识及思维能力。

2.经历从特殊到一般的研究过程,培养学生分析问题、解决问题的能力。

3.实例、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,调动学生学习的积极性,培养学生的学习兴趣。

四、教学重点、难点

1.教学重点

理解向心力的概念、公式及匀速圆周运动中供求关系,并能用来进行简单的判断计算。会分析向心力的来源

2.教学难点

理解向心力是一个效果力,会分析向心力的来源,理解匀速圆周运动中供求关系

五、教学过程

教学程序

教学内容

学生活动

思维对话

课前活动

学生实验:


以电动玩具赛车作为研究对象,如图所示,在地上画出一圆周作为赛车的轨道。将绳子穿过一个空心笔杆,绳子的一端系玩具赛车,另一端系一个弹簧测力计。注意观察弹簧测力计的示数。









相互合作


观察现象



现象:


小赛车做匀速圆周运动时弹簧测力计上有示数且大小不变。


知 识 回 顾

问题1:回顾:匀速圆周运动的性质。


问题2:回顾:向心加速度的物理意义、定义、方向及大小。


问题3:回顾:牛顿第二定律的内容、表达式。



查看前面笔记回顾所学

1.做匀速圆周运动的物体线速度大小不变、角速度不变(周期不变)。


2.物理意义:描述做匀速圆周运动物体的线速度方向变化快慢的物理量。


定义:物体在做匀速圆周运动时指向圆心的加速度


方向:时刻指向圆心。


大小:


3.内容:物体加速度的大小跟作用力成正比,跟物体的质量成反比,加速度的方向跟作用力的方向相同


表达式:F=ma






1.感知向心力


问题1:在课前实验活动中你观察到了什么现象?


问题2:现在请同学们拿起准备好的一端系着小橡皮的绳子,让它在光滑的桌面上做匀速圆周运动(注意安全),说出你感觉到了什么?


过渡语:由此可看出做匀速圆周运动的物体在指向圆心方向上存在力的作用。本节课我们就一起来探究这个力。



学生自己活动体验



1.小赛车做匀速圆周运动时弹簧测力计上有示数且大小不变。


2.感觉到绳子对手有力的作用





























































2.寻找向心力


问题1:请同学们观看视频,回答:(1)、地球绕太阳近似做什么运动?(2)、为什么地球绕太阳做这种运动?


问题2:对上面的问题2中做匀速圆周运动的物体受力分析且求出合力?


问题3:请同学思考如何让带细绳的小橡皮做不同于问题2的匀速圆周运动?建立物理模型且分析其受力情况,求出合力?


问题4:通过上面例子,总结归纳匀速圆周运动的受力特点


过渡语:前面我们学习了匀速圆周运动中方向始终指向圆心的加速度──向心加速度,根据牛顿第二定律,产生向心加速度的原因一定是物体受到了指向圆心的合力。这个合力叫做向心力





独立思考,完成受力分析图




小组讨论


得出结论

1.(1).地球绕太阳近似做圆周运动并且是匀速圆周运动。


(2)太阳对地球有引力作用。


2.=F



3.(1)=T



(2)=




匀速圆周运动的受力特点:


1.可受一个力或多个力


2.合力指向圆心


3.合力可以是弹力、引力、摩擦力等性质力,也可以是这些性质力的合力或分力。

3.认识向心力


问题1:请同学们在总结归纳上面问题的基础上,给出向心力的定义、方向、大小、特点及作用效果。


问题2:对于向心力大小的表达,有的同学认为是:=;而有的同学根据牛顿第二定律又认为是:


=


两个式子你认为哪个正确?如果都正确请说出它们分别是从什么角度来建立?


过渡语:对于这两个式子是否能够相等?提供的合力是否就等于所需要的向心力?需要实验来验证。






总结归纳,交流评价,记录笔记




交流讨论、思考回答




1. 定义:把做匀速圆周运动的物体始终指向圆心的合力叫做向心力


方向:始终指向圆心


大小:=


=


特点:1.向心力是变力(方向时刻变化)


2.向心力可以是弹力、引力、摩擦力等性质力,也可以是这些性质力的合力或分力


3.向心力是一个效果力。


作用效果:只改变运动(速度)方向,不改变运动(速度)大小。


2.两个式子都正确。


式子:=是从做匀速圆周运动的物体的受力角度分析了物体能提供的向心力。


式子:=是用描述匀速圆周运动的物理量描述了需要的向心力


4.实验探究:


实验目的:


=


实验原理:构造一个圆锥摆。一方面由小球所受的重力与绳拉力的合力计算提供的向心力


);


另一方面由小球运动的速率及旋转半径计算需要的向心力


=


实验器材:铁架台、小钢球、细线、白纸、刻度尺、天平、秒表。


实验过程:1.组装仪器


2.圆锥摆摆动


3.物理量测量


4.数据记录


5.数据分析


问题1:在前面我们让同学们利用系绳子的橡皮快演示匀速圆周运动,可是有部分同学让橡皮快在竖直平面内做圆周运动。老师当时说,这时橡皮快不做匀速圆周运动,为什么?那它做什么运动?这种运动的受力特点?请同学们再举一些类似的例子。


问题2:对于本章我们研究的对象是曲线运动,而到目前为止我们已经研究了两种特殊的曲线运动──平抛运动和圆周运动,那对于一般的曲线运动,我们怎么去研究呢?





观察实验现象,记录实验数据






分析数据,交流讨论





交流讨论、思考回答







数据记录:



数据分析:

次数

半径R

高度h

圈数n

时间t

线速度v

1








2








3








4









实验结论:



1.因为它的速度大小发生了变化,在最高点最小,在最低点最大。


变速圆周运动


过山车


水流星


2.如图所示:



处理一般曲线运动方法:


一般曲线小段圆弧圆周运动




例题:


如图所示,在游乐场中,小明和同学小新坐在大转盘上玩。小明发现当转盘转动起来时自己有向外被甩的感觉,小明想不通这是为什么?请同学们帮助小明分析一下原因。(希望能画图分析)



自主思考,求解问题,交流评价

分析:当转盘转动起来时,小明和小新各自绕中轴做匀速圆周运动。由于做圆周运动需要向心力,所以他们的合力要分别指向圆心。对小明和小新各自受力分析,如图所示,这个向外的运动趋势产生了静摩擦力。



问题:想想本节你都学到了哪些知识?请自己总结一下。

回顾本节所学,自己总结



课堂小结:

六、课后作业

必做:课本P22页问题与练习:1、2、3、5题。

选做:课本P22页问题与练习:4题。

七、板书设计



八、课后反思

本节课在“和谐高效、思维对话”的理念下展开,旨在以“问题引领”形式,启发学生思维、发动集体力量,克服学习困难。在实际操作中需要注意以下几个方面:

1.问题提出的必要性

提出的问题应该是学生学习中普遍存在的困惑,能激发学生更深入地思考或理解,为解决下一问题做好铺垫,而不是学生已有知识的简单反应。

2.问题设定的指向性

设定的问题应该有明确的指向,并能够被学生理解,以便学生在思考或讨论中有明确的目的。

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