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1、向心力向心加速度设计思路学生对物体进行受力分析和运动状态的判断已经有了一定的基础，也学习了牛顿三大运动定律，初步具备了以加速度为纽带的运动与力关系的知识体系。本节课通过实验探索匀速圆周运动的规律，再一次帮助学生认识物体的运动及其受力之间的关系。另外，高中阶段是培养学生抽象思维能力和实验探究能力的重要时期，通过教学，使学生经历探索做匀速圆周运动物体的向心力与物体质量、运动半径和角速度的关系的过程，感受科学探究的方法0本次课的探索过程仅仅是众多探索中的一次，经常使学生经历这样的过程，感受过程中的方法，将实现培养学生科学探究能力，提高科学素养的目的。教材分析圆周运动是种常见的运动，通过本节的学习，深
2、入理解其产生原因，并能对日常生活中圆周运动问题有正确的理解和判断。这部份知识是本章的重点，学好这部份知识，又可以为学习万有引力的应用做好必要的准备。教学中不宜采用矢量推导的方法先导出向心加速度的公式，再由向心加速导出向心力公式。而是通过大量的事实，说明做匀速圆周运动的物体始终需要一个指向圆心的力向心力的作用，再通过实验证明该向心力大小F=mr2,进而由牛顿第二定律得出向心加速度的公式a=r20教学目标一、知识与技能理解向心力和向心加速度的概念，知道向心力的大小与哪些因素有关。能运用向心力和向心加速度的公式解答简单的有关问题。二、过程与方法(1)经历形成向心力概念的过程，培养学生观察、分析、归纳
3、能力。(2)经历探索向心力F与哪些因素有关的过程，学习控制变量法，感受科学探究过程中部分环节，培养学生分析论证等能力。三、情感态度与价值观发展学生对科学的好奇心与求知欲，培养学生参与活动的热情，和与他人合作的精神。教学方法(1)采用讨论教学法，例举学生熟知的相关事实，引导学生分析、归纳这些事实的共性特点，建立向心力的概念。(2)采用基于传感技术的实验进行探究教学，借助于传感器进行测量的定量实验，使学生经历实验的过程，发展学生的探究能力。教学过程一、复习引入新课上节课我们学习了描述匀速圆周运动快慢的物理量线速度V、角速度3和周期T。它们之间有什么关系呢？板书：v=3r=2/Tv=2r/T在匀速圆
4、周运动中，物体的速度（方向）时刻在发生变化，这种变化一定是由于力而引起的。那么，做匀速圆周运动的物体窕竟受到了怎样的力呢？这正是我们今天要研窕的问题。板书：第五节向心力向心加速度二、新课1 .向心力的概念引入：中国是杂技大国，有一个大型杂技叫飞车走壁，不知道大家看过没有？教师介绍飞车走壁的杂技（图1）。教师：老师今天在教师为大家带来了飞车走壁：将四驱车放在料垃圾篓内，演示飞车走壁。教师：四驱车做圆周运动，那在我们的身边还有哪些做圆周运动的例子呢？请同学们举几个例子。学生：地球绕太阳的运动可以近似看成圆周运动教师：除此之外，老师还准备了几个圆周运动的实验。教师：上述这些物体在运动方面具有共同特点
5、都做圆周运动。那么，它们在受力方面是否也具有共性特点呢？请同学们对每个物体进行受力分析，并寻找它们在受力方面的共同点。学生活动：进行受力分析，寻找共同点。经过学生之间的讨论以及师生之间的交流，发现做匀速圆周运动的物体的受力都有一个共同特点，既都存在一个指向圆心方向的力，这个力是重力、弹力、摩擦力或其他力的合力，我们称它为向心力。向心力是按效果命名的。巩固训练：教师：看几个例子，说出向心力是什么性质的力旋转的餐桌上的盘子。旋转的漏斗内的玻璃球。游乐场的海盗船。2 .探索向心力大小与什么因素有关教师：向心力大小与哪些因素有关呢？是什么样的函数关系呢？请同学们先用手中的实验器材进行实验，再根据你对实
6、验的观察，提出猜想。学生活动：学生分成几个小组，利用老师提供的实验器材，自己设计实验，初步判断出向心力与质量、线速度、半径有关（让学生试着说出观察到的现象和判断依据）。教师：鼓励学生大胆猜测，指出科学猜想是研窕自然科学的一种广泛应用的思想方法，它不是无根据的幻想，是有客观根据的。猜想是否正确，要靠实验检验。被实验肯定的猜想，就是实验规律；被实验否定的猜想，应该放弃，再经过实验和总结，重新提出新的猜想，再用实验来检验。教师：刚才同学们已猜想大向心力可能与m、v、r有关，那么，我们的猜想是否正确呢？我们将通过怎样的实验来检验一下，先请思考：a.向心力可能与那么多因素有关，怎样研究？请大家说说实验步
7、骤。b.实验中如何控制变量？需观察、记录什么？学生活动：讨论实验步骤，列表如下：控制变量实验研究向心力大小的变化mr研究F向与3的关系m、研究F向与r的关系r3研究F向与m的关系教师：如果请你来研究上述各个关系，你应该用什么器材进行实验，如果还没有这样的实验器材，你准备制作一个什么样的装置呢？这就是发明，发明就在身边。现在老师手中就有一个能够研究上述各关系的高科技产品。（介绍传感器及其工作过程）向心力通过力传感器进行测量，角速度通过光电门进行测量,将传感器得到的实验数据传输给电脑，并将这些实验数据呈现在FG）坐标系中，就得到了右图中的图象。请大家跟我来一起完成上述三个关系的研究。调节做圆周运动
8、物体的硅码的半径是6厘米，选择其质量是2O克，开始测量。得到图中一组数据点。分别进行一次拟合、二次拟合和三次拟合，发现二次拟合十分准确，可见向心力的大小与角速度的平方成正比。调节做圆周运动物体的破码的半径是12厘米，选择其质量仍是2O克，开始测量。得到图中第二组数据点。那么我们怎样控制m、,在图象中得到向心力和半径的关系呢？请大家讨论。同学们发现：可以做一条与横坐标垂直的辅助线，该辅助线与两条实验数据曲线有两个交点，这两个交点正是质量和角速度相同的实验数据点，其半径分别是6厘米和12厘米，对应的向心力大小是1：2的关系。调节做圆周运动物体的祛码的半径是12厘米，选择其质量是1O克，开始测量。得
9、到图中第三组数据点。那么我们怎样控制r、,在图象中得到向心力和质量的关系呢？请大家讨论。同学们发现：可以也做一条与横坐标垂直的辅助线，该辅助线与两条实验数据曲线也有两个交点，这两个交点正是半径和角速度相同的实验数据点，其质量分别是2O克和1O克，对应的向心力大小是2:1的关系。可见，向心力的大小与质量成正比。经过分析比较得出结论：Focm,Focg?,FoCr教师引导并讲明进一步精确的实验得出Foem32r,即F=mGr得到公式：F=mr=mV2/r,再由牛顿运动定律，推出：a=2r=v2/r3 .巩固训练例题：一全自动洗衣机技术参数如下表，试计算刚脱水桶工作时衣服所具有的向心加速度为多少？是
10、重力加速度的几倍？为什么脱水桶能使衣服脱水？春兰XPB46-801波轮洗衣机主要技术参数：电源：220V50HZ脱水方式：离心式功率：洗涤：33OW脱水:28OW转速洗涤/脱水转/分：40/800外形尺寸：长500X宽530义高90n内桶尺寸（直径X深度）mm400680分析：由表可知：r=0.2mT=60800=340s所以：向心加速度a=(2T)2r=l4O2ms2脱水桶工作时衣服紧靠脱水桶壁，衣服与脱水桶起做匀速圆周运动。衣服所具有的向心加速度为14O2m/s2,是重力加速度的143倍。由此可见，一个水滴它需要的向心力，大约是其自身重力的143倍，衣服不可能提供给水滴这样大的向心力，于是
11、水与衣服就分离了，并从棉壁的小孔中飞出去。教师组织学生运用结论解决一些实际问题，这是检查学生对知识的理解和巩固的一种手段，也是迁移知识，深化知识的重要环节。通过运用和深化，使学生的知识、技能逐渐转化为能力和素质，这是学生完成自身发展的延续。三、完成教学、布置作业1 .再想一些生活中做圆周运动的例子，并分析它们所受的向心力。2 .将传感器的实验数据发给学生，让学生选取其中的8组实验数据，进行描点作F3?图。(培养学生处理实验数据和分析能力)点评本节课在知识目标上有两个，一是建立向心力的概念，二是掌握向心力公式。该教学设计创建的物理情景、提供的实验方案，不仅使学生经历了建立概念、发现规律的过程，也
12、很好地落实了过程目标和情感目标。具体的说，有以下几方面：1 .在建立向心力概念的教学过程中，教师“飞车走壁”的演示实验取材简单，效果理想，有效地激发了学生的好奇心和学习兴趣。2 .飞车走壁、圆锥摆等现象中，物体都做圆周运动，具有运动方面的共性，由此启发学生对这些物体的受力进行分析，寻找受力方面的共性，使学生经历了分析、比较、归纳等思维过程，也体验到了成功的喜悦。3 .在探索向心力规律的教学环节中，教师循序渐进，由学生的定性感受，到传感器的准确测量，能激发学生主动参与。学生通过小球、橡皮筋等器材去感受向心力的大小，为提出猜想提供了事实依据；在教师进行演示实验之前，教师要求学生根据控制变量法说说实验步骤，并要求学生设计记录实验数据的表格，使学生参与到设计实验过程中。4 .恰当地将信息技术与物理课程相整合，采用了传感技术，将传感器采集的向心力和角速度的实验数据在F3?图象中呈现出来，通过图象发现规律；并要求学生在课后将这些实验数据选取其中的8组，描绘在坐标中作为作业；将探索规律的过程延续到课后，培养了学生处理实验数据和分析论证的能力。虽然是教师的演示实验，也能紧紧地抓住学生的心，使他们跟随教师去探索其中的规律和奥妙，整个探究过程得到了很好的体现。5 .本节课中还有不少巩固训练，其中，洗衣机那道题要求学生从表格中发现信息，源于生活实际，体现了从生活走向物理的课程理念。
