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2019-2020年高一物理《向心力　向心加速度》教學(xué)設(shè)計教案 設(shè)計思路 學(xué)生對物體進行受力分析和運動狀態(tài)的判斷已經(jīng)有了一定的基礎(chǔ)，也學(xué)習(xí)了牛頓三大運動定律，初步具備了以加速度為紐帶的運動與力關(guān)系的知識體系。本節(jié)課通過實驗探索勻速圓周運動的規(guī)律，再一次幫助學(xué)生認識物體的運動及其受力之間的關(guān)系。另外，高中階段是培養(yǎng)學(xué)生抽象思維能力和實驗探究能力的重要時期，通過教學(xué)，使學(xué)生經(jīng)歷探索做勻速圓周運動物體的向心力與物體質(zhì)量、運動半徑和角速度的關(guān)系的過程，感受科學(xué)探究的方法。本次課的探索過程僅僅是眾多探索中的一次，經(jīng)常使學(xué)生經(jīng)歷這樣的過程，感受過程中的方法，將實現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力，提高科學(xué)素養(yǎng)的目的。 教材分析 圓周運動是一種常見的運動，通過本節(jié)的學(xué)習(xí)，深入理解其產(chǎn)生原因，并能對日常生活中圓周運動問題有正確的理解和判斷。這部份知識是本章的重點，學(xué)好這部份知識，又可以為學(xué)習(xí)萬有引力的應(yīng)用做好必要的準(zhǔn)備。 教學(xué)中不宜采用矢量推導(dǎo)的方法先導(dǎo)出向心加速度的公式，再由向心加速導(dǎo)出向心力公式。而是通過大量的事實，說明做勻速圓周運動的物體始終需要一個指向圓心的力———向心力的作用，再通過實驗證明該向心力大?。疲剑恚颚?，進而由牛頓第二定律得出向心加速度的公式ａ＝ｒω2。 教學(xué)目標(biāo) 一、知識與技能 理解向心力和向心加速度的概念，知道向心力的大小與哪些因素有關(guān)。能運用向心力和向心加速度的公式解答簡單的有關(guān)問題。 二、過程與方法 （１）經(jīng)歷形成向心力概念的過程，培養(yǎng)學(xué)生觀察、分析、歸納能力。 （２）經(jīng)歷探索向心力Ｆ與哪些因素有關(guān)的過程，學(xué)習(xí)控制變量法，感受科學(xué)探究過程中部分環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生分析論證等能力。 三、情感態(tài)度與價值觀 發(fā)展學(xué)生對科學(xué)的好奇心與求知欲，培養(yǎng)學(xué)生參與活動的熱情，和與他人合作的精神。 教學(xué)方法 （１）采用討論教學(xué)法，例舉學(xué)生熟知的相關(guān)事實，引導(dǎo)學(xué)生分析、歸納這些事實的共性特點，建立向心力的概念。 （２）采用基于傳感技術(shù)的實驗進行探究教學(xué)，借助于傳感器進行測量的定量實驗，使學(xué)生經(jīng)歷實驗的過程，發(fā)展學(xué)生的探究能力。 教學(xué)過程 一、復(fù)習(xí)引入新課 上節(jié)課我們學(xué)習(xí)了描述勻速圓周運動快慢的物理量線速度ｖ、角速度ω和周期Ｔ。它們之間有什么關(guān)系呢？ 板書：ｖ＝ωｒ　　ω＝２π／Ｔ　　ｖ＝２πｒ／Ｔ 在勻速圓周運動中，物體的速度 （方向）時刻在發(fā)生變化，這種變化一定是由于力而引起的。那么，做勻速圓周運動的物體究竟受到了怎樣的力呢？這正是我們今天要研究的問題。 板書：第五節(jié)　向心力　向心加速度 二、新課 １．向心力的概念 引入：中國是雜技大國，有一個大型雜技叫飛車走壁，不知道大家看過沒有？教師介紹飛車走壁的雜技 （圖１）。 教師：老師今天在教師為大家?guī)砹孙w車走壁：將四驅(qū)車放在料垃圾簍內(nèi)，演示飛車走壁。 教師：四驅(qū)車做圓周運動，那在我們的身邊還有哪些做圓周 運動的例子呢？請同學(xué)們舉幾個例子。 學(xué)生：地球繞太陽的運動可以近似看成圓周運動…… 教師：除此之外，老師還準(zhǔn)備了幾個圓周運動的實驗。 教師：上述這些物體在運動方面具有共同特點———都做圓周運動。那么，它們在受力方面是否也具有共性特點呢？請同學(xué)們對每個物體進行受力分析，并尋找它們在受力方面的共同點。 學(xué)生活動：進行受力分析，尋找共同點。 經(jīng)過學(xué)生之間的討論以及師生之間的交流，發(fā)現(xiàn)做勻速圓周運動的物體的受力都有一個共同特點，既都存在一個指向圓心方向的力，這個力是重力、彈力、摩擦力或其他力的合力，我們稱它為向心力。向心力是按效果命名的。 鞏固訓(xùn)練： 教師：看幾個例子，說出向心力是什么性質(zhì)的力 旋轉(zhuǎn)的餐桌上的盤子。 旋轉(zhuǎn)的漏斗內(nèi)的玻璃球。 游樂場的海盜船。 ２．探索向心力大小與什么因素有關(guān) 教師：向心力大小與哪些因素有關(guān)呢？是什么樣的函數(shù)關(guān)系呢？請同學(xué)們先用手中的實驗器材進行實驗，再根據(jù)你對實驗的觀察，提出猜想。 學(xué)生活動：學(xué)生分成幾個小組，利用老師提供的實驗器材，自己設(shè)計實驗，初步判斷出向心力與質(zhì)量、線速度、半徑有關(guān) （讓學(xué)生試著說出觀察到的現(xiàn)象和判斷依據(jù)）。 教師：鼓勵學(xué)生大膽猜測，指出科學(xué)猜想是研究自然科學(xué)的一種廣泛應(yīng)用的思想方法，它不是無根據(jù)的幻想，是有客觀根據(jù)的。猜想是否正確，要靠實驗檢驗。被實驗肯定的猜想，就是實驗規(guī)律；被實驗否定的猜想，應(yīng)該放棄，再經(jīng)過實驗和總結(jié)，重新提出新的猜想，再用實驗來檢驗。 教師：剛才同學(xué)們已猜想大向心力可能與ｍ、ｖ、ｒ有關(guān)，那么，我們的猜想是否正確呢？ 我們將通過怎樣的實驗來檢驗一下，先請思考： ａ．向心力可能與那么多因素有關(guān)，怎樣研究？請大家說說實驗步驟。 ｂ．實驗中如何控制變量？需觀察、記錄什么？ 學(xué)生活動：討論實驗步驟，列表如下： 控制變量 實驗研究向心力大小的變化 m、r 研究F向與ω的關(guān)系 m、ω 研究F向與r的關(guān)系 r、ω 研究F向與m的關(guān)系 教師：如果請你來研究上述各個關(guān)系，你應(yīng)該用什么器材進行實驗，如果還沒有這樣的實驗器材，你準(zhǔn)備制作一個什么樣的裝置呢？這就是發(fā)明，發(fā)明就在身邊?，F(xiàn)在老師手中就有一個能夠研究上述各關(guān)系的高科技產(chǎn)品。（介紹傳感器及其工作過程）向心力通過力傳感器進行測量，角速度通過光電門進行測量，將傳感器得到的實驗數(shù)據(jù)傳輸給電腦，并將這些實驗數(shù)據(jù)呈現(xiàn)在Ｆω坐標(biāo)系中，就得到了右圖中的圖象。請大家跟我來一起完成上述三個關(guān)系的研究。 ①調(diào)節(jié)做圓周運動物體的砝碼的半徑是６厘米，選擇其質(zhì)量是２０克，開始測量。得到圖中一組數(shù)據(jù)點。分別進行一次擬合、二次擬合和三次擬合，發(fā)現(xiàn)二次擬合十分準(zhǔn)確，可見向心力的大小與角速度的平方成正比。 ②調(diào)節(jié)做圓周運動物體的砝碼的半徑是１２厘米，選擇其質(zhì)量仍是２０克，開始測量。得到圖中第二組數(shù)據(jù)點。那么我們怎樣控制ｍ、ω，在圖象中得到向心力和半徑的關(guān)系呢？請大家討論。 同學(xué)們發(fā)現(xiàn)：可以做一條與橫坐標(biāo)垂直的輔助線，該輔助線與兩條實驗數(shù)據(jù)曲線有兩個交點，這兩個交點正是質(zhì)量和角速度相同的實驗數(shù)據(jù)點，其半徑分別是６厘米和１２厘米，對應(yīng)的向心力大小是１∶２的關(guān)系。 調(diào)節(jié)做圓周運動物體的砝碼的半徑是１２厘米，選擇其質(zhì)量是１０克，開始測量。得到圖中第三組數(shù)據(jù)點。那么我們怎樣控制ｒ、ω，在圖象中得到向心力和質(zhì)量的關(guān)系呢？請大家討論。 同學(xué)們發(fā)現(xiàn)：可以也做一條與橫坐標(biāo)垂直的輔助線，該輔助線與兩條實驗數(shù)據(jù)曲線也有兩個交點，這兩個交點正是半徑和角速度相同的實驗數(shù)據(jù)點，其質(zhì)量分別是２０克和１０克，對應(yīng)的向心力大小是２∶１的關(guān)系?？梢?，向心力的大小與質(zhì)量成正比。 經(jīng)過分析比較得出結(jié)論：Ｆ∝ｍ，Ｆ∝ω2，Ｆ∝ｒ 教師引導(dǎo)并講明進一步精確的實驗得出Ｆ∝ｍω2ｒ，即Ｆ＝ｍω2ｒ 得到公式：Ｆ＝ｍωｒ＝ｍｖ2／ｒ， 再由牛頓運動定律，推出 ：ａ＝ω2ｒ＝ｖ2／ｒ ３．鞏固訓(xùn)練 例題：一全自動洗衣機技術(shù)參數(shù)如下表，試計算剛脫水桶工作時衣服所具有的向心加速度為多少？是重力加速度的幾倍？為什么脫水桶能使衣服脫水？ 春蘭XPB46-801波輪洗衣機主要技術(shù)參數(shù)： 電源： 220V 50HZ 脫水方式： 離心式 功率： 洗滌:330W 脫水:280w 轉(zhuǎn)速洗滌/脫水 轉(zhuǎn)/分： 40/800 外形尺寸： 長500寬530高900mm 內(nèi)桶尺寸 （直徑深度）mm Φ400680 分析： 由表可知：ｒ＝０.２ｍ?。裕剑叮埃福埃埃剑常矗埃? 所以：向心加速度?。幔?（２π／Ｔ）2ｒ＝１４０２ｍ／ｓ2 脫水桶工作時衣服緊靠脫水桶壁，衣服與脫水桶一起做勻速圓周運動。衣服所具有的向心加速度為１４０２ｍ／ｓ2，是重力加速度的１４３倍。 由此可見，一個水滴它需要的向心力，大約是其自身重力的１４３倍，衣服不可能提供給水滴這樣大的向心力，于是水與衣服就分離了，并從棉壁的小孔中飛出去。 教師組織學(xué)生運用結(jié)論解決一些實際問題，這是檢查學(xué)生對知識的理解和鞏固的一種手段，也是遷移知識，深化知識的重要環(huán)節(jié)。通過運用和深化，使學(xué)生的知識、技能逐漸轉(zhuǎn)化為能力和素質(zhì)，這是學(xué)生完成自身發(fā)展的延續(xù)。 三、完成教學(xué)、布置作業(yè) １．再想一些生活中做圓周運動的例子，并分析它們所受的向心力。 ２．將傳感器的實驗數(shù)據(jù)發(fā)給學(xué)生，讓學(xué)生選取其中的８組實驗數(shù)據(jù)，進行描點作Ｆ—ω2圖。（培養(yǎng)學(xué)生處理實驗數(shù)據(jù)和分析能力） 點　　評 本節(jié)課在知識目標(biāo)上有兩個，一是建立向心力的概念，二是掌握向心力公式。該教學(xué)設(shè)計創(chuàng)建的物理情景、提供的實驗方案，不僅使學(xué)生經(jīng)歷了建立概念、發(fā)現(xiàn)規(guī)律的過程，也很好地落實了過程目標(biāo)和情感目標(biāo)。具體的說，有以下幾方面： １．在建立向心力概念的教學(xué)過程中，教師 “飛車走壁”的演示實驗取材簡單，效果理想，有效地激發(fā)了學(xué)生的好奇心和學(xué)習(xí)興趣。 ２．飛車走壁、圓錐擺等現(xiàn)象中，物體都做圓周運動，具有運動方面的共性，由此啟發(fā)學(xué)生對這些物體的受力進行分析，尋找受力方面的共性，使學(xué)生經(jīng)歷了分析、比較、歸納等思維過程，也體驗到了成功的喜悅。 ３．在探索向心力規(guī)律的教學(xué)環(huán)節(jié)中，教師循序漸進，由學(xué)生的定性感受，到傳感器的準(zhǔn)確測量，能激發(fā)學(xué)生主動參與。學(xué)生通過小球、橡皮筋等器材去感受向心力的大小，為提出猜想提供了事實依據(jù)；在教師進行演示實驗之前，教師要求學(xué)生根據(jù)控制變量法說說實驗步驟，并要求學(xué)生設(shè)計記錄實驗數(shù)據(jù)的表格，使學(xué)生參與到設(shè)計實驗過程中。 ４．恰當(dāng)?shù)貙⑿畔⒓夹g(shù)與物理課程相整合，采用了傳感技術(shù)，將傳感器采集的向心力和角速度的實驗數(shù)據(jù)在Ｆ－ω2 圖象中呈現(xiàn)出來，通過圖象發(fā)現(xiàn)規(guī)律；并要求學(xué)生在課后將這些實驗數(shù)據(jù)選取其中的８組，描繪在坐標(biāo)中作為作業(yè)；將探索規(guī)律的過程延續(xù)到課后，培養(yǎng)了學(xué)生處理實驗數(shù)據(jù)和分析論證的能力。雖然是教師的演示實驗，也能緊緊地抓住學(xué)生的心，使他們跟隨教師去探索其中的規(guī)律和奧妙，整個探究過程得到了很好的體現(xiàn)。 ５．本節(jié)課中還有不少鞏固訓(xùn)練，其中，洗衣機那道題要求學(xué)生從表格中發(fā)現(xiàn)信息，源于生活實際，體現(xiàn)了從生活走向物理的課程理念。