高中物理必修二《向心力》教学设计

 高中物理必修二《向心力》教学设计 【教材分析】 本节课是物理必修二第五章第六节，是在学生已经学习了匀速圆周运动，对匀速圆周运动有了一定的理解的基础上的进一步学习。学生知道匀速圆周运动是一种变速运动，只是表面的知道，为什么线速度的方向时刻在变？是什么力来改变物体的这种运动状态，这个力有何特点？学生带着这些疑问来进入本节课的学习。本节教案从学生的实际出发，结合学生前面所学知识，注重创设物理背景，应用牛顿第二定律，初步得出向心力的大小；引导学生对具体问题的分析，解决向心力来源问题；通过学生自己动手实验，验证向心力公式，并分析得到影响向心力的因素。这个过程中加强学生的活动，使学生充分思考讨论、大胆猜想，敢于提出自己的想法，逐渐提高科学素养。最后把分析圆周运动的方法推广到研究一般的曲线运动，在此过程中引导学生分析得出匀速圆周运动的加速度特点。本节知识在圆周运动部分处于核心地位，既有定性结论，又有定量计算，知识要求较高。 【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、知道向心力的大小与哪些因素有关，并能用来进行计算． 3、知道在变速圆周运动中，可用上述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、牛顿第二定律和向心加速度公式推出向心力公式，并通过圆锥摆实验粗略验证向心力的表达式． 2、通过教材上“做一做”中的实验，得到影响向心力大小的因素。 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 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、感受成功的快乐．体会实验的意义，激发学习物理的兴趣． 【教学重点】 1、理解向心力的概念。 2、理解牛顿第二定律在圆周运动上的应用，会确定轨道平面、圆心及向心力。 【教学难点】 向心力的确定和运用向心力、向心加速度的知识解释有关现象。 【教学方法】 实验探究演示实验、学生思考、讨论。 【教学用具】 质量不同的小物体（钢球、木球）、轻绳、多媒体投影设备。 【教学过程】   教学 环节 教学内容 学生活动 设计意图 创设 情景 引入 新课 情景导入： 1、汽车转弯时，身体会自然的怎么样？ 2水平路面上汽车转弯时，行驶速度能不能过大？ 3、高速公路转弯处，路面为什么外高内地？ 4、大家在娱乐场所里玩“过山车”游戏你知道其中的奥秘吗？ 师：物体做圆周运动的条件是什么？这就是我们这一节课要探究的问题了。 学生对前面的三个问题有很丰富的日常经验，会大胆发言，对第四个问题，虽有体验，但还不能了解其实质，需要思考，产生悬念。 从日常生活情景中构建物理情景，以培养学生把生活与物理联系一起的习惯，体现物理来源于生活，激发好奇心和探索欲望。     实 验 与 探 究     学生实验： 1、教师指导学生实验，用轻绳栓接钢球和木球，用手拉着小球在水平面内作圆周运动，你牵绳的手有什么感觉？ 2、如果增大或减小小球运动的速度，手的感觉有何变化？ 3、如果松手，将会发生什么现象？ 师：小球匀速圆周运动受到哪些力的作用？合外力是哪个？这个力起什么作用？ 学生分析讨论:绳的拉力使小球绕圆心运动，从而引入向心力的概念。   学生亲身进行实验究，然后小组讨论交流，归纳结论，回答老师的提问。 让学生通过亲身感受使学生获得成功的乐趣，实际教学效果表明学生乐于观察，敢于实验。             引 出 向 心 力 概 念                                                   实 验 与 探 究   1、向心力：维持物体做匀速圆周运动需要一个指向圆心的力的作用，这个力就叫向心力。 师：请同学们用牛顿第二定律推导出匀速圆周运动的向心力表达式，并把刚才由牛顿第二定律推出的向心力的表达式展示出来． 2、向心力表达式： FN=mv2/r FN=mrω2 师：我们刚才在圆周运动中通过应用牛顿第二定律得到了向心力的大小的表达式，而力是矢量，既有大小又有方向，那么现在请大家思考一下向心力的方向如何呢？ 学生进一步体验刚才的实验，得出向心力的方向：指向圆心 师：我们现在已经知道向心力的大小和方向，那么这个向心力起到什么样的作用呢？大家分析刚才的实验三，做圆周运动的物体如果突然不受力了，物体会怎么运动?， 学生思考谈论：物体会远离圆心飞出去 总结：物体在受到向心力作用时做圆周运动；如果向心力突然消失，物体会飞出去。这说明向心力的作用效果就是使物体围绕圆心做圆周运动。 师：我们已经知道了向心力的计算公式，下面来验证一下这个表达式。请同学们阅读教材p23页“实验”部分，思考下面的问题： （1）、简述实验是如何达到验证的目的． （2）、实验过程中要注意什么?如何保证小球在水平面内做稳定的圆周运动？需要测量哪些物理量?实验过程中产生误差的原因主要有哪些?     请学生认真阅读教材，思考并回答问题，老师听取学生的见解，点评、总结．     教师巡视并指导学生完成实验，及时发现并记录学生实验过程中存在的问题．     教师听取学生汇报验证的结果，引导学生对实验的可靠性作出评估． 师：前面同学们已经举出很多圆周运动的例子，那么大家想想这些圆周运动中向心力是由哪些力提供的？（给出几个典型的圆周运动的例子：圆锥摆；用绳子系着的小球在光滑桌面上做圆周运动，汽车在上水平路面转弯等等） 学生讨论：圆锥摆实验中向心力是由拉力和重力的合力提供的，也可以理解为是由拉力的水平分力来提供；小球的向心力由绳子的拉力提供，也可以理解是小球受到的合外力提供；汽车转弯的向心力由静摩擦力提供。 师：从这几个例子可以看出，向心力并不是像重力、弹力、摩擦力那样作为具有某种性质的力来命名的，它是根据力的作用效果命名的。 总结：向心力的来源：向心力可以由某一个力来提供，也可以由几个力的合力提供，或者也可以由某个力的分力提供。 注意：对做圆周运动的物体进行受力分析时，一定不能说物体还受到向心力的作用。 课堂练习： 请分析以下物体受到向心力的来源                               图1              图2               图3       解析图1：小物块受重力、支持力和静摩擦力，静摩擦力提供向心力． 解析图2：小球受重力、支持力、绳的拉力而做匀速圆周运动．由于竖直方向小球不运动，故重力、支持力合力为零，那么水平方向上的匀速圆周运动由水平面上的绳的拉力来提供． 解析图3：物块受重力、弹力、摩擦力，向心力由弹力来提供。   同学们用牛顿第二定律推导出匀速圆周运动的向心力表达式，并把推出的向心力的表达式展示出来．             学生观思考、讨论、回答、理解使学生知道向心力的作用效果。                 学生根据自己的生活常识能给出正确答案，即物体会飞出去。甚至可能会有同学说物体做离心运动。         实验通过用秒表记录钢球运动若干圈的时间，可以得到钢球的线速度；钢球的质量可以用天平称出；用直尺可以测出小球在平面内做圆周运动的半径。把以上三个物理量代入向心力表达式就可以得出小球所受的向心力大小。 通过对小球进行受力分析可知小球受到的向心力是由小球的重力和绳子对小球的拉力的合力提供的。通过应用三角形关系可以求出向心力大小。          比较此向心力与上面求得的向心力，在误差范围内是相等的。验证了向心力公式的正确性。     向心力的概念是课的难点，加上新教材没有明确向心力的概念，教师应深入浅出地做出理论分析，使学生容易接受。                     使学生知道向心力的作用效果。     让学生亲历实验过程，体验成功乐趣，培养动手能力和团队协作精神，同时又加深了对向心力表达式的理解。               通过实例分析，达到巩固所学知识的目的。         实 验 探 究 师：向心力的大小与哪些因素有关？ 请同学们两人一组，完成课本第25页“做一做”栏目中的实验，自己感受向心力的大小． 师：在该实验中应用控制变量法，分别做了以下实验： （1）、保持小球的线速度不变，感受不同运动半径下绳子的拉力； （2）、保持小球的角速度不变，感受不同运动半径下绳子的拉力。 提出问题：通过这个实验，请大家思考一下影响向心力大小的因素是什么？ 学生实验得出结论 师：我们知道力是改变物体运动状态的原因，那么在圆周运动中向心力是如何改变物体的运动状态的？学生阅读教材第24页，进一步体验“做一做”实验，沙袋加速时，绳子牵引沙袋大方向并不与沙袋运动的方向完全垂直，沙袋做变速圆周运动的向心力由什么力提供呢？ 学生交流讨论：把做变速圆周运动物体所受的合力沿切线方向和法向方向正交分解，得到一个切向的分力和一个法向的分力。切向分力产生圆周切线方向的加速度（切向加速度），法向分力产生向心加速度。 学生讨论：向心加速度和切向加速度有何作用？ 老师总结：（1）向心加速度的特点：始终与速度方向垂直，其表现就是速度方向的改变。即向心加速度只负责速度的方向变化。（2）切向加速度的特点：始终与速度方向平行，其表现就是速度大小的改变。即切向加速度只负责速度的大小变化。 师：请同学们思考，匀速圆周运动的加速度和受力情况应该具有什么样的特点？ 总结：做匀速圆周运动的物体只有向心力和向心加速度，且大小不变。 师：对于做一般曲线运动的物体，我们可以用怎样的分析方法进行简化处理? 请同学们阅读教材发表自己的见解．同时再与刚才研究的变速圆周运动去进行对比． 学生分析讨论，得出结论：把曲线运动无线分割，分成无数个半径不同的圆周运动，运用变速圆周运动的方法处理。       学生根据前面的实验作出猜想，独立操作，在实验中去体验影响向心力的变化情况．       学生按照先前设计的方案进行实验与探究，对猜想进行验证。实验后小组内互相交流感受，进行分析、讨论、总结结论：（1）当m、 相同时，r越大F越大，（2）当m、r相同时， 越大F越大，（3）当 、r相同时，m越大F越大。     通过实验，增强学生的感性认识，同时激发学生学习物理兴趣． 培养学生养成严谨、细致、耐心的实验修养。   培养学生事实求是、尊重客观规律的科学态度，让学生体会到实验在探索物理规律中的作用和方法。 让学生明白匀速圆周运动的向心力和向心加速度的大小不变，但方向时刻在改变。所以匀速圆周运动又是一种变速运动。 有变速圆周运动推广到一般的圆周运动，体现了学习知识由简到难的特点，这学生更容易受。 课堂 小结 与 作业 对本节课内容进行小结。 作业：练习课本25页习题2、3   学生知识回顾   巩固所学的知识   检测所学的知识 板 书 设 计 第六节    向心力 一、向心力 1、表达式：Fn=mv2/r；Fn=mω2r。 2、向心力的方向：指向圆心 3、向心力的来源：可以由某一个力提供，也可以由几个力的合力提供。 二、变速圆周运动和一般的曲线运动 1、切向加速度：切向分力提供 方向与物体的速度方向平行 标志物体速度大小的变化 2、法向加速度：法向分力提供                指向圆心                标志物体速度方向的变化 3、匀速圆周运动的加速度特点：只有向心加速度，且向心加速度的大小恒定 教 学 反 思 本节课学生实验探究活动比较多，他们的积极性很高，每个学生都在“玩”那个带绳子的小球。学生通过亲自动手，亲身感受，在这“玩”当中获得了成功的愉悦，分发挥学生的主体地位和以学生为主的探究实验课，达到了事半功倍的效果！本节课的难点是如何建立向心力的概念，确定向心力的来源，特别是让学生理解向心力并不是物体真正受到的力，这一点比较抽象，教师应注意把握语言的简练，深入浅出的加以说明。