向心力  向心加速度

 

 

 

 

    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。

 

 二.、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)用做好必要的準備。

    教材中沒有采用矢量推導(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小F=mrω²，進而由牛頓第二定律得出向心加速度的公式a=rω²。

1、             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。

（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。

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。

（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）  采用實驗探究教學(xué)法，設(shè)計不同的實驗解決學(xué)生心中不同的疑問，有定性實驗、半定量實驗以及借助于傳感器進行測量的定量實驗，使學(xué)生多次經(jīng)歷實驗的過程，發(fā)展學(xué)生的探究能力。

 

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

教師：老師今天在教師為大家?guī)砹孙w車走壁：將四驅(qū)車放在塑料垃圾簍內(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：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。

教師：看幾個例子，說出向心力是什么性質(zhì)的力

例1、    旋轉(zhuǎn)的餐桌上的盤子。

例2、    旋轉(zhuǎn)的漏斗內(nèi)的玻璃球。

例3、    游樂場的海盜船.

 

 

教師：向心力大小與哪些因素有關(guān)呢？有什么樣的函數(shù)關(guān)系？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，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？請大家設(shè)計記錄數(shù)據(jù)的表格。

學(xué)生活動：討論實驗步驟、設(shè)計記錄實驗數(shù)據(jù)的表格。列表如下:

 

 

 

 

教師：利用課件介紹向心力演示的構(gòu)造和使用方法,再進行演示實驗，研究向心力與角速度、質(zhì)量、半徑等的關(guān)系，得出向心力、向心加速度表達式。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 = mω²r = mv²/r ，

再由牛頓運動定律，推出 ： a = ω²r = v²/r

 

洗衣機的脫水例題：　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？

所以: 向心加速度  a=(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)。

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）

 

該案例是高一新課程優(yōu)秀課例，在2004年廣東省高中新課程物理錄像課大賽中榮獲一等獎。整堂課充分體現(xiàn)了新課程對物理教學(xué)的要求，較好地實現(xiàn)了學(xué)習(xí)目標中“知識和能力”、“過程和方法”、“情感態(tài)度和價值觀”三個維度的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

本節(jié)課在知識目標上有兩個，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和情感目標。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，到教師的半定量演示，到傳感器的準確測量，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?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)及其圖象展現(xiàn)出來，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。

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，都來源于生活。

 

（競賽評委組）