高中物理向心力教学设计学情分析教材分析课后反思.docx
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高中物理向心力教学设计学情分析教材分析课后反思
《向心力》教学设计
【设计思想】
倡导教学改革,践行“自主互助,合作探究”。
学习以人为本,学生是学习的主体,在课堂教学中应该让学生合作探究解决问题,以体现学生的主体性。
【教学目标】
1.知识与技能
(1)知道什么是向心力,理解它是一种效果力。
(2)理解向心力公式的确切含义,并能用来进行简单的计算。
(3)知道变速圆周运动中向心力是合外力的一个分力,知道合外力的作用效果。
2.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。
并掌握处理问题的一般方法:
提出问题,分析问题,解决问题。
(2)在验证向心力的表达式的过程中,体会控制变量法在解决问题中的作用。
(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。
并学会用运动和力的观点分析、解决问题。
3.情感态度与价值观
(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。
【重点难点】
1.教学重点
(1)理解向心力的概念和公式的建立。
(2)理解向心力的公式,并能用来进行计算。
(3)理解向心力只改变速度的方向,不改变速度的大小。
2.教学难点
(1)向心力的来源。
(2)理解向心力只改变速度的方向,不改变速度的大小。
【教学策略与手段】
本节课设计成了探究性学习课,即在通过创设情景,让学生自己通过亲自动手,合作探究解决问题,通过教师的引导下,小组的讨论,自评和互评来不断完善,解决问题。
教师在教学中通过具体的实例、实验,激发学生的求知欲望,让学生主动参与到探究的过程,体现学生的主体地位,使学生积极主动地获取知识和能力。
本节首先通过双人花样滑冰的美妙视频和链球运动比赛的过程两个实例,引导学生探究圆周运动的动力学问题问题,激发他们求知探索的欲望,更易引起学习的兴趣。
然后学生亲身进行“做一做”实验探究来感受向心力。
当学生对向心力的概念有了一定的认识后,就进一步提出向心力的大小与哪些因素有关呢?
可以先让学生根据前述实验做出猜想,然后再运用牛顿第二定律,给出向心力的表达式,再通过圆锥摆的实验进行粗略验证,使理论分析更具有说服力。
【课前准备】
1.实验仪器:
单摆球、铁架台、米尺、秒表。
2.动画及视频:
双人花样滑冰,链球运动的视频及图片。
3.制作ppt。
【教学过程】
一、向心力概念的引出
师:
我们先看几个做圆周运动的例子,思考这样一个问题:
这些做圆周运动的物体为什么不会飞出去,而是老老实实地绕着一个中心点做圆周运动?
播放视频:
生:
受到了拉力的作用,
师:
对,物体只所以做圆周运动,肯定与它的受力情况有关。
先来回顾下前面的知识点:
1、如何理解匀速圆周运动是一种变速运动?
2、匀速圆周运动向心加速度是如何定义的?
其表达式是什么?
其物理意义是什么?
[学生活动]:
对以上做圆周运动的物体受力分析
师:
1.分析物体受哪些力的作用?
2.这几个力的合力是什么?
沿什么方向?
这个合力起什么作用?
分组讨论,找到正确答案。
师:
我们把这样的力叫做向心力。
板书 向心力:
做圆周运动的物体所需的指向圆心的力,符号:
Fn
二、感受向心力大小可能与那些因素有关
师:
向心力的大小与那些因素有关呢?
利用手中的实验仪器,做一下课本P25页的“做一做”,讨论向心力的大小可能与哪些因素有关?
[学生活动]:
使单摆球做圆周运动(如图).依次改变转动的角速度、半径和小物体的质量.
讨论完成课本上的问题:
体会向心力大小的因素。
三、向心力大小表达式:
1、牛顿第二定律在曲线运动中仍成立。
根据牛二律
可以得到
2、性质:
师:
向心力是恒力吗?
向心力是实际存在的力吗?
总结:
向心力是变力,方向时刻变化。
向心力是实际不存在,是效果力。
四、用实验验证理论──用向心力演示仪验证向心力表达式
目的:
①分析圆锥摆中向心力的来源②用圆锥摆实验可以粗略去验证向心力表达式
1、建立物理模型(如图所示)
思考与讨论:
1如图所示,做匀速圆周运动的小球受到哪些力的作用?
合力产生了怎样的加速度?
②能否在实验室里粗略计算此匀速圆周运动中的向心力大小?
分析:
①这里的受力分析结合前面落实:
向心力不是一种新的力,它可以是重力、弹力、摩擦力等各种性质的力,也可以是这些性质力的合力,也可以是这些性质力的一个分力。
②在“实验室里如何计算向心力的大小”这里,引导学生可以设计其他方法去测。
师:
我们课本上就是利用圆锥摆中可以用其他方法测向心力来粗略验证向心力的表达式的,同学们课后有兴趣完全可以自己去做一下。
2、 阅读课本P23页实验部分,讨论解决下列问题:
(1)、实验的基本原理?
(2)、实验需要的器材?
(3)、实验需要测量的数据有哪些?
如何测量?
3、动手实验,按照表格进行数据处理。
实验次数
运动角度求向心力Fn
受力角度求合力F合
半径r/m
转__圈时间t/s
线速度v/m·s-1
向心力Fn/N
高度h/m
正切值tanθ
合力F合/N
1
2
3
根据实验表格数据,讨论实验的结论:
在误差允许的范围内,合外力提供了物体做圆周运动的向心力
五、回顾两个视频中,做圆周运动的人和物体的员的链球运动落实:
物体做匀速圆周运动和变速圆周运动的条件及向心力和切向力的作用效果和特点
1、对视频中做圆周运动的人和物体进行受力分析,说明各个力产生了怎样的加速度,并进一步引导向心力的来源。
分析图1落实:
①向心力和切向力的作用效果。
②什么情况下物体做匀速圆周运动,什么情况下做变速圆周运动。
师:
哪个力提供向心力?
有向心力就向心加速度,上节课我们学习的向心力可以改变什么?
引导得到向心力的作用效果:
只改变速度的方向。
师:
切线方向上的重力会对物产生怎么样的影响?
引导学生得到切向力改变了速度的大小。
2、总结什么情况下,物体做匀速圆周运动,什么情况是做变速圆周运动
匀速圆周运动:
只有向心加速度时。
变速圆周运动:
同时具有向心加速度和切向加速度时。
3、分析图2、图3,让学生获得在不同情况下如何分析向心力和切线力的来源
4、让学生观察和自己动手体验变速圆周运动从而得到变速圆周运动物体受力情况。
再次问学生:
向心力是否一定是合力?
生:
不一定
(七)让学生知道研究一般曲线运动的方法:
曲线→小段圆弧→圆周运动,即利用微元法将曲线分割为许多极短的小段,每一段都可以看做一小段圆弧,然后进行研究。
六、随堂检测:
1、关于向心力说法中正确的是()
A、物体由于做圆周运动而产生的力叫向心力;
B、向心力不改变速度的大小;
C、做匀速圆周运动的的物体所受向心力是不变的;
D、向心力是除物体所受重力、弹力以及摩擦力以外的一种新的力
2、用细线拴住一球做匀速圆周运动,下列说法中正确的是()
A.在线速度一定情况下,线越长越易断
B.在线速度一定情况下,线越短越易断
C.在角速度一定情况下,线越长越易断
D.在角速度一定情况下,线越短越易断
3、在光滑的横杆上穿着两质量不同的两个小球,小球用细线连接起来,当转台匀速转动时,下列说法正确的是()
A.两小球速率必相等
B.两小球角速度必相等
C.两小球加速度必相等
D.两小球到转轴距离与其质量成反比
4、甲乙两物体都做匀速圆周运动,其质量之比为1∶2,转动半径之比为1∶2,在相同时间内甲转过4周,乙转过3周.则它们的向心力之比为()
A.1∶4B.2∶3
C.4∶9D.9∶16
5、如图,半径为r的圆筒绕竖直中心轴转动,小橡皮块紧帖在圆筒内壁上,它与圆筒的摩擦因数为μ,现要使小橡皮不落下,则圆筒的角速度至少多大?
(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力)
七、课堂小结
课堂的最后将学生的问题归类:
说到底我们研究了向心力的大小,方向,作用效果,来源。
八、板书设计
【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。
1. 知识储备情况:
(1) 学生熟练掌握了受力分析的方法,能独立完成对物体的受力分析;
(2) 已经学习过向心加速度的内容,知道向心加速度的表达式,方向;
(3) 已经学习过牛顿第二定律,知道合力和加速度的关系。
2. 学习中的自我监控:
(1) 学会观察,从看到的现象中找到隐藏的规律;
(2) 能独立完成学案内容,结合观察到的现象得出自己对指“向圆心的合力的理解”,并敢于发表自己的看法;
(3) 懂得互助合作,且积极参与小组讨论。
但由于错误的经验或者说是思维定势,学生往往认为向心力是一种新的力,因此“向心力不是一种新的力,而是根据作用效果命名的力”(即向心力的来源)对学生来说,将是个难点。
效果分析:
本节课在“自主互助、合作探究”的理念下展开,通过“导学案”的引领,启发引导学生思维、通过学生合作探究,小组讨论交流,发挥了团队的力量,集体的智慧,在合作探究的学习过程中既学到丰富的知识,又收获了浓厚的友谊。
上完这节课后,从整个课堂活动中看,学生很喜欢老师多举一些生活的实例,能大胆发言。
比如通过视频情景设疑导入新课,强烈的激发学生好奇心和探索欲望,使得课堂气氛活跃非常好;学生合作讨论探究时,他们都很活跃,各抒己见。
在课堂中,学生实验探究活动比较多,所以他们的积极性很高,每个学生都在“玩”那个带绳子的小球。
就这样,这节课就在学生的合作探究活动中结束了,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,这种充分发挥学生的主体地位和以学生为主的探究实验课,比老师讲和做好得多,达到了事半功倍的效果!
总之,本节课完成了学习目标,将新知识的传授巧妙的融入到“玩”中去,寓教于乐,效果显著。
【教材分析】
《向心力》这一节是普通高中课程标准试验教科书必修2第五章曲线运动的重点、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。
教材的编排思路很清晰,先是从身边的事例出发,让学生体验到做圆周运动的物体需要有一个指向圆心的力,从而引出向心力的概念。
由于上一节中,已经从一般性的结论入手,利用矢量运算,在普遍情况下得出做匀速圆周运动的物体的加速度方向指向圆心的结论,进一步得到了向心加速度的大小。
于是根据牛顿第二定律,就可以得到做匀速圆周运动的物体受到的合外力方向和大小,即向心力的大小和方向。
接着,教材为了让学生对向心力有一个感性的认识,设计了“实验”栏目──“用圆锥摆验证向心力的表达式。
实际上,这个实验除了要验证向心力表达式之外,另外一个目的就是可以让学生体验到“向心力不是一个新的力,而是一个效果力”,也即让学生初步学会分析向心力的来源。
与过去不同的是,本节中又讨论了变速圆周运动和一般的曲线运动。
这样安排的目的是从生活实际出发,在更广阔的背景下让学生认识到什么情况下物体将做匀速圆周运动,什么情况下会做变速圆周运动。
以及知道如何处理一般曲线运动的方法。
【评测练习】
1.关于向心力,下列说法正确的是( )
A.向心力是一种效果力
B.向心力是一种具有某种性质的力
C.向心力既可以改变线速度的方向,又可以改变线速度的大小
D.向心力只改变线速度的方向,不改变线速度的大小
2.关于向心力的说法正确的是( )
A.物体由于做圆周运动而产生向心力
B.向心力不改变物体做圆周运动的速度大小
C.做匀速圆周运动的物体向心力是不变的
D.只要物体做圆周运动,它的合力一定指向圆心
3.如图所示,小物体A与圆盘保持相对静止,跟着圆盘一起做匀速圆周运动,则( )
A.A受重力、支持力,两者的合力提供向心力
B.A受重力、支持力和指向圆心的摩擦力,摩擦力充当向心力
C.A受重力、支持力、向心力、摩擦力
D.以上均不正确
4.甲、乙两个物体都做匀速圆周运动,其质量之比为1∶2,转动半径之比为1∶2,在相同的时间里甲转过60°,乙转过45°,则它们的向心力之比为( )
A.1∶4B.2∶3
C.4∶9D.9∶16
5.我们经常在电视中看到男、女花样滑冰运动员手拉手在冰面上旋转并表演各种优美的动作.现有甲、乙两名花样滑冰运动员,M甲=80kg,M乙=40kg,他们面对面拉着弹簧测力计各自以他们连线上某一点为圆心做匀速圆周运动,若两人相距0.9m,弹簧测力计的示数为600N,则( )
A.两人的线速度相同,为0.4m/sB.两人的角速度相同,为5.0rad/s
C.两人的运动半径相同,都是0.45m
D.两人的运动半径不同,甲的半径是0.3m、乙的半径是0.6m
6.如图所示,在双人花样滑冰运动中,有时会看到被男运动员拉着的女运动员离开地面在空中做圆锥运动的精彩场面,目测体重为G的女运动员做圆锥摆运动时和水平冰面的夹角约为30°,重力加速度为g,估算知该女运动员( )
A.受到的拉力为
GB.受到的拉力为2G
C.向心加速度为3gD.向心加速度为2g
7.如图,一内壁光滑的圆锥筒的轴线垂直于水平面并固定不动,有两个质量相同的小球A和B紧贴着内壁分别在图中的水平面内做匀速圆周运动。
则下列说法正确的是()
A.球A的线速度必定大于球B的线速度
B.球A的角速度必定小于球B的角速度
C.球A的运动周期必定小于球B的运动周期
D.球A对筒壁的压力必定大于球B对筒壁的压力
8.如图所示,一个竖直放置的圆锥筒可绕其中心轴OO′转动,筒内壁粗糙,筒口半径和筒高分别为R和H,筒内壁A点的高度为筒高的一半.内壁上有一质量为m的小物块.求:
(1)当筒不转动时,物块静止在筒壁A点受到的摩擦力和支持力的大小;
(2)当物块在A点随筒做匀速转动,且其所受到的摩擦力为零时,筒转动的角速度.
9.长为L的细线,拴一质量为m的小球,一端固定于O点.让其在水平面内做匀速圆周运动(这种运动通常称为圆锥摆运动),如图求摆线L与竖直方向的夹角为α时:
(1)线的拉力F;
(2)小球运动的线速度的大小;(3)小球运动的角速度及周期.
课后反思
通过本节课的学习,学生通过实物的体验,感受到“向心力不是一种新的力,而是根据作用效果命名的力”和“向心力和切向力的作用效果和特点”。
学会了分析向心力的来源,能够利用动力学的思想来解决圆周运动的实际问题,为下一节课打下了坚实的基础。
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。
本节课的难点是如何建立向心力的概念,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,应注意把握语言的简练,深入浅出的加以说明。
由于整堂课探究实验较多,要注意控制好时间,如果时间确实不够,可以课堂练习一些题目,把“做一做”的探究实验留在课后进行。
课标分析
课标要求:
能用牛顿第二定律分析匀速圆周运动的向心力。
向心力是人教版物理必修2第五章第6节内容。
教材中由牛顿运动定律和向心加速度引入的向心力;在教学大纲中属于B段要求。
是本章的核心内容,又是天体运动的理论基础之一。
本节课是从动力学的角度研究匀速圆周运动的,这部分知识是本章的重点和难点,也是学好圆周运动的关键点,学好这部分知识,可以为后面的天体运动和带电粒子在匀强磁场中的运动打好基础。
通过对本章节的教学可以提高学生把生活事例简化为物理模型的能力,复习旧知,强化受力分析能力,用学过的物理规律解释现实生活中的现象,提高学生学习兴趣。
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