科学探究向心力教学设计高一下学期物理

3.2科学探究：向心力教学设计一、教材分析：本节选自鲁科版高中物理必修二第3章第2节的内容，是第一节圆周运动的延伸，是牛顿运动定律在曲线运动中的运用，帮助学生体会力是改变物体运动状态的原因。为后面学习天体运动、带电粒子在磁场中的运动做知识储备。本节内容具有承上启下的作用，促进知识的同化和知识结构的完善，进一步深化运动和相互作用观念。二、学情分析：学生已经学习了曲线运动，知道力是改变物体运动状态的原因。又运用运动的合成与分解掌握了平拋运动。前一节又学习了匀速圆周运动的物理量：线速度、角速度和半径的关系。学生在学习匀速直线运动时已经知道了光电门测速的原理。在学习牛顿第三定律时，接触过双向力传感器，对数字化实验仪器的操作有一定的了解。在数学上学习了一次函数、二次函数，具备了数据拟合需要的数学基础知识。学生已经初步具备模型建构能力，能够对研究对象进行受力分析。学生已具备科学探究的基本能力和必要的逻辑推理与数据分析能力。这些知识的学习为我们学习向心力奠定了基础。三、教学目标：1．理解向心力的概念；2．知道向心力是根据力的效果命名的，会分析向心力的来源；3．通过实验探究向心力与物体的质量、半径、角速度的关系，通过精确的实验得出向心力的表达式，并掌握向心力的表达式；4．在探究实验中，要观察实验，进而提出合理的猜想和假设，并能够设计探究方案，能运用科学思维方法进行科学推理，找出规律，得出结论；5．通过向心力概念的建立过程，锻炼建构模型的能力，能够将真实情景转化成模型，也能使用模型解释物理现象和过程，体会处理问题的科学思维方法。四、教学重难点：1．教学重点：理解向心力的概念，掌握向心力大小的表达式。2．教学难点：分析向心力的来源，探究向心力的表达式。五、教学器材：多媒体课件、带绳小球、转盘、重物、胜昔eLab数字化实验系统软件V3.0、数据采集器、光电门传感器、力传感器、计算机、向心力实验器。六、教学过程：（一）创设情境，引入新课教学播放视频：小车绕着酒杯转圈而不掉下来。引入有趣现象，激发学生学习兴趣。引导学生思考小车为什么会绕着酒杯转圈而不掉下来，是什么神秘的力量掌控着这一切。（二）复习回顾复习上节课学习的匀速圆周运动，让学生回答问题：（1）物体做匀速圆周运动有什么运动特点？（2）物体做匀速圆周运动，合力是否为零？为什么？做匀速圆周运动的物体它的合力有什么特点？引入本节内容。（三）新课教授：1．认识向心力学生体验1：手通过绳子拉着小球在光滑的水平桌面上做匀速圆周运动，让学生感受一下手指的感觉。让学生思考：（1）小球在做匀速圆周运动的过程中受几个力的作用？（2）这些力的方向如何？（3）合力由哪个力提供？（4）合力的方向如何？让学生回答并找学生代表在黑板上画出小球的受力情况。小结：合力等于拉力，始终指向圆心。教师演示1：物体随水平转盘做匀速圆周运动。让学生思考：（1）物体在做匀速圆周运动的过程中受几个力的作用？（2）这些力的方向如何？（3）合力由哪个力提供？（4）合力的方向如何？让学生回答并找学生代表在黑板上画出物体的受力情况。小结：合力等于静摩擦力，始终指向圆心。教师演示和学生体验相结合的方式，让学生总结匀速圆周运动的特点。小结：两个实验共同特征：物体做匀速圆周运动，合力始终指向圆心。归纳总结向心力的定义：做匀速圆周运动的物体受到的指向圆心的合力，叫做向心力。方向：总指向圆心，与速度方向垂直。老师需要指引：向心力是根据力的作用效果命名的，引导学生分析两个例子中哪个力提供向心力。教师演示2：圆锥摆让学生思考：（1）小球在做匀速圆周运动的过程中受几个力的作用？（2）向心力由谁来提供?总结向心力的来源：向心力可以是弹力、摩擦力、引力中的任一个力、也可以是某一个力的分力或者某几个力的合力，它是一个效果力。学以致用：让学生分析开头视频中神秘的力量。2．向心力的大小科学探究一：感受向心力引导学生猜测影响向心力大小的因素。学生体验2：桌子上有细绳和质量不同的小球，让小球尽量在光滑水平桌面上做匀速圆周运动。通过改变小球的质量、运动半径和运动的快慢，感受向心力的大小。小结：学生通过体验实验得出向心力的大小与物体的质量、半径、角速度有关。科学探究二：向心力大小的表达式教师演示3：向心力演示器实验目的：（1）探究向心力大小与物体的质量、半径和角速度的关系。（2）教师向学生介绍向心力演示器的结构和工作原理。向心力演示器实验方法：控制变量法实验过程：（1）控制小球角速度和半径不变，探究向心力与质量的关系；（2）控制小球质量和角速度不变，探究向心力与半径的关系；（3）控制小球质量和半径不变，探究向心力与角速度的关系。教师演示和学生共同观察得出实验结论：（1）角速度和半径一定时，向心力与质量成正比；（2）质量和角速度一定时，向心力与半径成正比；（3）质量和半径一定时，向心力与角速度的平方成正比；科学探究三：验证向心力大小的表达式教师指出：利用数字化实验仪器验证向心力大小与物体的质量、半径和角速度的定量关系。（1）实验目的：验证向心力大小与物体的质量、半径和角速度的定量关系。（2）实验装置：昔eLab数字化实验系统软件V3.0、数据采集器、光电门传感器、力传感器、计算机、向心力实验器。（3）实验方法：控制变量法（4）实验过程：各小组分配不同的任务，进行小组讨论并制定实验方案。实验之前需要对操作中需要注意的问题对学生做出说明。（5）汇报实验结果：各小组汇报实验过程，得到实验研究结果。（6）分析实验结果，得出向心力表达式：Fn=mω2r教师引导让学生推导出：3．课堂小结向心力：（1）定义：做匀速圆周运动的物体受到的指