演示實(shí)驗(yàn)是物理教學(xué)中非常重要的方法之一，高中學(xué)生正是從形象思維向抽象思維轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵時(shí)期，教師可以通過演示實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生親身體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)過程，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，從而提高他們的觀察和分析能力，提高學(xué)生在物理方面的核心素養(yǎng).下面以向心力教學(xué)為例開展應(yīng)用研究.

1核心素養(yǎng)

通過“向心力”的實(shí)驗(yàn)探究過程，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用物理知識(shí)分析、解決實(shí)際問題的能力，體驗(yàn)科學(xué)探究的思想方法.文章將從運(yùn)動(dòng)和力兩方面來探究圓周運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)及規(guī)律.

2 教學(xué)目標(biāo)

2.1 知識(shí)與技能

（1）理解向心力的概念及來源；（2）掌握向心力公式應(yīng)用；（3）知道非勻速圓周運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，

2.2 過程與方法

（1）通過提出問題 $$ 分析問題 $$ 解決問題的方法對(duì)勻速圓周運(yùn)動(dòng)進(jìn)行研究，讓學(xué)生理解向心力概念；（2）在探究向心力與質(zhì)量、半徑、速度三者的關(guān)系過程中，加深對(duì)控制變量法的理解.

2.3 1 情感態(tài)度與價(jià)值觀

（1）經(jīng)歷從問題情境創(chuàng)設(shè)到解決問題的過程，培養(yǎng)學(xué)生的問題意識(shí)及物理問題解決能力[1].培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)研究態(tài)度.

（2）通過聯(lián)系實(shí)際生活，讓學(xué)生感知科技在生活生產(chǎn)中的應(yīng)用，使學(xué)生感受到科學(xué)與生活息息相關(guān)，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣

3重、難點(diǎn)分析

（1）教學(xué)重點(diǎn)

① 掌握并理解向心力的概念.

② 會(huì)用向心力的公式，解決一些簡單的問題.（2）教學(xué)難點(diǎn)

向心力的來源及公式的應(yīng)用.

4教學(xué)思想

本節(jié)課為了提高學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的興趣，通過一段視頻，引入生活中的圓周運(yùn)動(dòng)，創(chuàng)設(shè)生動(dòng)的教學(xué)情境，利用演示實(shí)驗(yàn)法來探究向心力的特點(diǎn)以及它與有關(guān)物理量的關(guān)系.

5課前準(zhǔn)備

教師自制實(shí)驗(yàn)儀器，測力計(jì)，鉤碼，光電門測速儀，天平等.

6主要教學(xué)過程

6.1 引入新課

教師首先用PPT展示生活中一些常見的圓周運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象，例如：火車轉(zhuǎn)彎，摩天輪、繞地球運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星、空中飛椅等，它們都在做勻速圓周運(yùn)動(dòng).那么是什么力迫使它們做圓周運(yùn)動(dòng)？這個(gè)力在運(yùn)動(dòng)過程中有什么特點(diǎn)？這就是今天將要學(xué)習(xí)的問題—向心力.

6.2 新課教學(xué)

探究1 向心力的建立

創(chuàng)設(shè)物理情境：一根細(xì)線的一端系著一個(gè)小球，另一端用圖釘固定在光滑的水平桌面上，給小球一個(gè)初速度，則小球在光滑桌面上以圖釘為圓心做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，如圖1所示.

然后教師提出一系列問題：做勻速運(yùn)動(dòng)的小球受幾個(gè)力？重力和支持力有什么關(guān)系？若剪斷細(xì)線，小球?qū)⒆鍪裁催\(yùn)動(dòng)？是哪個(gè)力迫使小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)？

引導(dǎo)學(xué)生回答問題.

結(jié)論：做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體，所受合外力總指向圓心，故稱之為向心力 （F_n） ；向心力只改變速度的方向不改變速度大??；向心力是根據(jù)作用效果命名的.

探究2 向心力的大小思考：向心力的大小與哪些物理量有關(guān)？

猜想：可能與圓周運(yùn)動(dòng)中線速度、質(zhì)量、半徑等物理量有關(guān).

先通過一個(gè)自制的簡易小實(shí)驗(yàn)進(jìn)行定性驗(yàn)證.

實(shí)驗(yàn)器材：細(xì)繩、純凈水瓶.

結(jié)論：向心力的大小與物體的質(zhì)量、線速度、半徑等物理量有關(guān).

探究3物體的質(zhì)量、線速度、半徑三者與向心力有什么定量關(guān)系？

通過自制的實(shí)驗(yàn)儀器對(duì)其進(jìn)行研究.

（1）實(shí)驗(yàn)方法：控制變量法.

實(shí)驗(yàn)裝置：如圖2所示.

實(shí)驗(yàn)器材說明：電子測力計(jì)（可以測量峰值），滑輪（質(zhì)量比較輕且摩擦力較小），不同質(zhì)量的鉤碼（質(zhì)量都比較大且?guī)в姓诠馄怆婇T.

實(shí)驗(yàn)原理：如圖3所示，先用刻度尺測出1號(hào)滑輪到鉤碼中心（近似重心）的距離，接著把鉤碼拉至某一位置，細(xì)線和1號(hào)滑輪分離，然后釋放鉤碼（釋放時(shí)要保持讓鉤碼、細(xì)線、1號(hào)滑輪三者共面），當(dāng)鉤碼運(yùn)動(dòng)到某位置時(shí)，細(xì)線與1號(hào)滑輪接觸，此時(shí)鉤碼開始以1號(hào)滑輪為圓心做圓周運(yùn)動(dòng).鉤碼運(yùn)動(dòng)到最低位置時(shí)，細(xì)線拉力最大，此時(shí)測力計(jì)就記下此時(shí)細(xì)線拉力值（峰值），通過光電門測出鉤碼運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí)的速度.由于鉤碼質(zhì)量比較大，故細(xì)線的拉力比較大，且遠(yuǎn)大于滑輪和輪軸之間的摩擦力；所以實(shí)驗(yàn)過程可以忽略滑輪和輪軸之間的摩擦力.

（2）實(shí)驗(yàn)步驟及操作① 探討向心力與鉤碼質(zhì)量的關(guān)系.

準(zhǔn)備6個(gè)不同質(zhì)量的鉤砝，分別用細(xì)線連接，從同一高度釋放，控制 r 和 v 不變，當(dāng)它運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí)讀出測力計(jì)的讀數(shù).由公式 ，可以計(jì)算出小球向心力的大小.記錄數(shù)據(jù)，完成表1.

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理：為了減小實(shí)驗(yàn)誤差并且便于形象直觀地得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，可以通過繪制 F_n-m 圖像.

② 探討向心力與鉤碼速度的關(guān)系.

用同一個(gè)鉤碼從不同高度釋放，控制其 r 和 ψ_m 不變.當(dāng)鉤碼運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí)，記錄好通過光電門的時(shí)間，算出小球的速度，并讀出此時(shí)測力計(jì)的讀數(shù)，完成表2.由公式 F_n=F_M-mg ，可以計(jì)算出小球向心力的大小.

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理：為了減小實(shí)驗(yàn)誤差并且便于形象直觀得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，可以通過繪制 Fn-v 圖像，這時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)圖像與二次函數(shù)圖像相似，

③ 探討向心力與軌道半徑的關(guān)系.

用同一個(gè)鉤碼從同一高度靜止釋放，通過改變1號(hào)滑輪的高度進(jìn)而改變鉤碼運(yùn)動(dòng)的軌道半徑，控制 ψ_m 和 v 不變.當(dāng)鉤碼運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí)，通過測力計(jì)讀出此時(shí)測力計(jì)的讀數(shù)，完成表3.由公式 F_n=F_d^∣g∣ -mg ，可以計(jì)算出小球向心力的大小.

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理：為了減小實(shí)驗(yàn)誤差并且便于形象直觀得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，可以通過繪制 F_n-r 圖像，這時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)圖像與反比例函數(shù)圖像相似.

在演示實(shí)驗(yàn)法中，教師應(yīng)注意引導(dǎo)學(xué)生了解實(shí)驗(yàn)器材的原理及基本操作方法，正確記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，科學(xué)處理分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；從而提高學(xué)生的觀察和實(shí)踐能力，認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)在物理規(guī)律探究中的重要性，

④ 分析與論證.

實(shí)驗(yàn)得出： 即

通過上面三組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)代入計(jì)算發(fā)現(xiàn) k=1 所以向心力公式， 探究4 變速圓周運(yùn)動(dòng)與一般曲線運(yùn)動(dòng)的關(guān)系

及特點(diǎn).實(shí)驗(yàn)：使純凈水瓶在頭頂上方的做速度越來越

快的圓周運(yùn)動(dòng).實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：細(xì)線沒有沿半徑方向且線速度越來

越大.結(jié)論：非勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體所受合力不指向

圓心.引導(dǎo)分析：在變速圓周運(yùn)動(dòng)中，合力一般不指向

圓心，根據(jù)力產(chǎn)生的作用效果，可以把合力分解為兩

個(gè)相互垂直的分力：一個(gè)沿切線方向的分力，一個(gè)沿徑向方向的分力（向心力）.切線方向的分力，使得純凈水瓶的線速度越來越大，故切線方向的分力只改變速度大小；徑向方向的分力只改變線速度的方向.

一般的曲線運(yùn)動(dòng)：

（1）定義：運(yùn)動(dòng)軌跡是曲線且不是圓周的運(yùn)動(dòng)，稱之為一般的曲線運(yùn)動(dòng)2」.（2）處理辦法：曲線可以看成由無數(shù)個(gè)小圓弧組成，因此可以將曲線運(yùn)動(dòng)分割無數(shù)個(gè)小段，物體在每小段上的運(yùn)動(dòng)看成圓周運(yùn)動(dòng).這樣，物體在曲線上某段的運(yùn)動(dòng)就可以用圓周運(yùn)動(dòng)知識(shí)處理了[3-4].

7板書設(shè)計(jì)：勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力

定義：勻速圓周運(yùn)動(dòng)所受的合力稱之為向心力.方向：指向圓心.

大小： 或者 F_n=mω²r

性質(zhì)：只改變線速度的方向，不改變速度大小.

8結(jié)語

本節(jié)課重點(diǎn)以理解向心力為核心，它是以后學(xué)習(xí)天體運(yùn)動(dòng)、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場運(yùn)動(dòng)等有關(guān)知識(shí)的關(guān)鍵一課.通過實(shí)例分析和學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識(shí)的興趣，增強(qiáng)學(xué)生的探知欲，引導(dǎo)學(xué)生直觀感受向心力的來源及大小，理解向心力與什么物理量有關(guān)，從而使學(xué)生逐步建立起向心力的概念，體會(huì)物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的根本原因，將抽象問題具體化.通過圓錐擺實(shí)驗(yàn)探究向心力大小與線速度、質(zhì)量、半徑的定量關(guān)系，推導(dǎo)出向心力的公式，進(jìn)而拉近科學(xué)與學(xué)生的距離，也體現(xiàn)了物理學(xué)科的簡潔美、方法美、實(shí)驗(yàn)美；提高學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣.在教學(xué)過程中，教師需精準(zhǔn)設(shè)計(jì)問題，承上啟下，層層遞進(jìn)，為新知識(shí)的學(xué)習(xí)搭建橋梁，

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