《探究向心力》说课使用教材:人教版高中物理必修二?第五章第6节《向心力》一?教材分析(一)教材地位向心力?向心加速度是本章教学的重点,具有承
前启后在作用?对前是牛顿运动定律的延伸,对后是圆周运动的应用,以及为万有引力做知识储备?(二)教材设计思路课本用向心加速度公式结合
牛顿第二定律从理论推导向心力表达式,再利用课本实验——用圆锥摆粗略验证向心力的表达式,这个实验虽简单直观,但是实际操作困难,物理量
难测量?二?物理核心素养教师在教学过程中,应该培养学生的物理核心素养,设计探究实验,让学生从事实经验出发,推理猜想,再用实验验证,
像科学家一样思考,得出结论?(一)物理观念:从物理学视角形成的关于物质?运动与相互作用?能量等的基本认识,是物理概念和规律等在头脑
中的提炼和升华(二)科学思维:基于事实证据和科学推理对不同观点和结论提出质疑?批判,进而提出创造性见解的能力与品质(三)实验探究:
提出物理问题,形成猜想和假设,获取和处理信息,基于证据得出结论并做出解释,以及对实验探究过程和结果进行交流?评估?反思的能力(四)
科学态度与责任:在认识科学本质,理解科学·技术·社会·环境(STSE)的关系基础上逐渐形成的对科学和技术应有的正确态度以及责任感三
?教学目标和实验内容(一)教学重点1.理解向心力的概念2.学生感受向心力和实验探究向心力的表达式(二)教学难点学生实验探究向心力的
表达式(三)教学对象分析1.学生知识层面:学生已经学过匀速圆周运动的概念以及描述匀速圆周运动的物理量,从理论上推出了向心加速度的表
达式,对数学的一次函数?二次函数关系已经熟练掌握?学生可以运用牛顿第二定律结合向心加速度公式,从理论上推导出向心力表达式2.学生能
力层面:学生理解向心力是效果力,是指向圆心的合力;已经掌握用EXECL软件处理数据,合理选择变量,拟合图像的方法,初步具备探究实验
的能力(四)实验方法定性关系实验:感受向心力定量关系实验:自制创新教具——无线向心力测量仪(图1)图11.控制变量法(1)控制小球
质量?半径不变,探究向心力与角速度的关系?(2)控制小球质量?角速度不变,探究向心力与半径的关系?(3)控制小球角速度?半径不变,
探究向心力与质量的关系?2.图像法把数据输入计算机,用EXCEL分别作出F-ω2?F-r?F-m图像,得出结论?3.验证法将实验数
据代入向心力表达式F=mrω2计算出结果,理论值与测量值比较,验证实验结论,得出结果?四?实验创新设计(一)兴趣实验——感受向心力
1.【实验目的】(1)使学生初步认识向心力与其影响因素之间的关系?(2)使学生通过控制变量法完成实验?2.【实验装置】(图2)图
23.【实验创新点】这个实验装置比较简单,让学生通过甩动摆球,感受绳对手的拉力去体验向心力的大小?该实验现象明显,能很快让学生得到
定性地结论,在具体教学中,很好地激发了学生的学习兴趣?教学的第一要素,是激发学生的兴趣,于是我设计了兴趣实验“感受向心力”?教师引
导学生体会与猜想,小球做圆周运动的向心力大小与什么因素有关?学生通过实验猜想:向心力可能与半径?质量?角速度?线速度等有关系?看到
学生的兴趣被激发出来,教师继续提问:角速度?线速度?周期有什么关系?学生根据线速度公式可以推理出其关系,于是缩小研究范围,讨论F与
m?r?ω?这4个物理量的关系?那么它们有什么样的定量关系呢?目前讨论向心力定量关系的实验有这些,通过实验研究我发现它们存在以下不
足:课本圆锥摆实验操作困难,物理量难测量?传统的向心力仪器,只能粗测,不够精确?现在市面上最新?普及率最广的郎威传感器也存在以下不
足:1?向心力间接测得,误差大?2?只能生成F-ω图像,不满足多次控制变量的需求?3?数据图像直接生成,没有让学生充分体验“过
程学习”?为了解决以上不足,我自制创新教具——无线向心力测量仪(图3),突破教学难点?图3无线向心力测量仪,是一个可以直接测F和
ω的仪器?无线向心力测量仪各部分结构介绍如图4—11所示?图4这是角速度仪,可以直接显示角速度的大小,利用单片机驱动步进式电机获
得稳定的角速度,调节旋钮,可以改变角速度的大小?外壳采用透明材料,让学生清晰看到内部构造,激发学生的兴趣?图5这是测力计,内部安装
拉力传感器,采用无线发射与接收的方式显示向心力的大小?我设计了2种显示力大小的方式,第一种?数字显示?第二种?通过自编软件,在电脑
上显示?显示力的大小有2种方式:(图6?7)图6第1种:数字显示图7第2种:通过自编软件,在电脑上显示这
是圆心(图8),通过轨道上的标尺可以读出小球运动的半径(图9),改变线长,改变半径(图10),改变小球,改变质量图(11),小球的
质量可以用天平测量出,还有可以调节水平的水平仪?图8圆心图9读半
径图10改变线长,改变半径图11改变小球,改变质量学生通过自制创新实验教具可以测出实验所
需要的物理量——F?m?r?ω(图12)图12(二)创新实验——无线向心力测量仪1.【实验目的】(1)使学生探究向心力于其影响因
素之间的定量关系?(2)使学生通过控制变量法?图像法完成实验?2.【实验装置】(图13)图13无线向心力测量仪3.【实验创
新点】教师自制教具简单直观,该仪器可以直接显示向心力和角速度的大小,并且读数方便准确,非常有说服力?这个实验装置满足多次控制变量的
要求,让学生充分体验“过程学习”,并且通过科学探究过程,树立科学探究意识,掌握科学探究方法?教师引导学生用无线向心力测量仪分组设计
探究实验方案,学生通过观察讨论,得到本节课的实验方法:4.【实验方法】(1)控制变量法①控制m?r不变,讨论F?ω关系?②控制m
?ω不变,讨论F?r关系?③控制ω?r不变,讨论F?m关系?(2)图象法:把数据输入电脑,用EXCEL分别作出F-ω2?F-r?F
-m图像,得出结论?(3)验证法:实验数据代入F=mrω2计算,计算值与测量值比较,验证结论?下面我们来看一段学生实际操作的视频
(图14)图145.【实验数据处理】如图15?16?17所示(1)控制m?ω不变,探究F—r关系?(图15)图15实验结论:F
与r成正比?(2)控制m?r不变,探究F—ω关系?(图16)图16学生通过观察F—ω图像,发现是一条抛物线,于是猜想F与ω2有关
系,于是制出F—ω2图像?(图17)图17实验结论:F与ω2成正比?(3)控制ω?r不变,探究F—m关系?(图18)图18实验结
论:F与m成正比?6.【实验结论】——F与r?m?ω2成正比?通过控制变量法,学生得到了F-r?F-ω?F-ω2?F-m图像?我们
发现,学生在实验的过程中,利用简单直观的自制教具,收集分析数据,选择合理变量,拟合图像?教师既让学生感受到了“过程学习”的乐趣,又
培养了学生自主探究,归纳总结的能力?突破了本节课的难点,形成结论——F∝mrω2,写成等式F=kmrω2教师引导:k=?,能否用数
据验证?学生把实验数据带入实验结论,比较测量值和计算值,发现2个值基本相等,即K=1,学生得出实验结论F=mrω2?(图19)图1
9教师再引导学生用向心加速度公式结合牛顿第二定律,从理论上也得到向心力的表达式?进一步验证了实验的正确性?本节课到此,可能有些同学
会思考:角速度和向心力的读数对吗?因此我设计了一个课外实验?(学生课后会想到的验证方法:弹簧秤去拉传感器,对照两个读数是否一致?角速度的测量利用秒表,使小球转动30圈,根据公式验证角速度的读数是否正确,等等方法)五?教学反思与自我评价最后,我对这一节课做一个总结:层层递进?环环相扣,实验多变?方法多样,数字信息?创新巧妙,实验启智,科学育人?5 |
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