《向心力》 教学设计

《向心力》教学设计 杭州师范大学 徐青青

一、设计思路

以高中物理新课改的基本理念为指导，基于高一学生的实际和与向心力相关的学习任务，注重在教学中体现科学探究精神，使学生尽可能完整地经历科学探究的过程。通过学生探究式的大胆的假设和猜想以及科学的分析，不仅仅获取科学知识，同时能将物理理论应用生活实际之中。

鉴于教材根据牛顿第二定律直接推导出向心力的表达式的教学方法，本节课突破该教学方法，采用“引导探究”式教学法，该教学法以解决问题为中心，注重学生的独立钻研，着眼于创新思维的培养，充分发挥学生主动性。其主要程序是：

提出问题

科学猜想 设计实验 指导实践 科学探究 得出结论 不仅重视知识的获得，而且更重视学生获得知识的过程及方法，更加突出了学生的主动学习。学生活动约占课时的一半，力求体现“以教师为主导，以学生为主体”的教学思想。

二、前期分析

1.学习任务

向心力是高中物理新课程必修2的内容，本节课是从动力学的角度研究匀速圆周运动的，这部分知识是本章的重点和难点，也是学好圆周运动的关键点，学好这部分知识，可以为后面的天体运动和带电粒子在匀强磁场中的运动打好基础。教材的编排思路很清晰，先是从身边的事例出发，让学生体验到做圆周运动的物体需要有一个指向圆心的力，从而引出向心力的概念。由于上一节中，已经从一般性的结论入手，利用矢量运算，在普遍情况下得出匀速圆周运动的物体的加速度方向指向圆心的结论，进一步得到了向心加速度的大小。于是根据牛顿第二定律，就可以得到做匀速圆周运动的物体受到的合外力方向和大小，即向心力的大小和方向。

接着，教材为了让学生对向心力有一个感性的认识，设计了“实验”栏目——“用圆锥摆验证向心力的表达式”。实际上，这个实验除了要验证向心力表达式以外，另外一个目的就是可以让学生体验到“向心力不是一个新的性质力，而是一个效果力”，也即让学生初步学会分析向心力的来源。

本节中又讨论了变速圆周运动和一般的曲线运动。这样安排的目的是从生活实际出发，在更广阔的背景下让学生认识到什么情况下物体将做匀速圆周运动，什么情况下会做变速圆周运动，以及知道如何处理一般曲线运动的方法。

2.学习者

第1页（共6页）

《向心力》教学设计 杭州师范大学 徐青青

学生通过前一节《向心加速度》的学习，已经知道了向心加速度的方向指向圆心，它描述了物体速度方向变化的快慢。于是根据牛顿第二定律可知，这个加速度一定是由于它受到了指向圆心的力。因此将向心加速度的表达式代入牛顿第二定律即可得到向心力的表达式。

但由于错误的经验或者说是思维定势，学生往往认为向心力是一种新的力，因此“向心力不是一种新的力，而是根据作用效果命名的力”（即向心力的来源）对学生来说，将是个难点。

三、教学目标

1.知识与技能

（1）能结合实例分析，知道向心力是一种效果力以及方向；

（2）能够用自己的语言归纳向心力公式的确切含义，并能用来进行简单的计算； （3）知道变速圆周运动中向心力是合外力的一个分力，能够描述合外力的作用效果。

2.过程与方法

（1）通过对向心力概念的探究体验，能够用自己的语言说出其概念；

（2）在引导探究向心力的表达式的过程中，体会控制变量法在解决问题中的作用； （3）经历从匀速圆周运动到变速圆周运动再到一般曲线运动的研究过程，领会解决问题从特殊到一般的思维方法。

3.情感、态度与价值观

实例、实验紧密联系生活，拉近与科学的距离，感受到科学就在身边，发展自己对学习的积极性和学习兴趣。

综上（前期分析及教学目标），可见本节课的重点和难点：

向心力的概念、公式的建立， 对公式理解以及相应的计算 向心力只改变速度的方向，不改变速度的大小 向心力的来源

学习重点 学习难点

四、教学准备

1.教具与学具

飞机拐弯视频、花样滑冰转圈视频、地球绕太阳公转动画、轻绳牵引小球在光滑面上的实验小装置、自制的探究向心力与哪些因素有关的仪器、自制的橡皮泥纱布袋等。

2.教学策略

本课基于建构主义学习理论，具体以引导探究式教学模式为主，结合问题法、演示法、启发法、归纳法、多媒体辅助法等教学方法。

五、教学过程设计

1.实验或视频激疑，导入新课——向心力

（1）引入：欣赏视频：飞机拐弯、花样滑冰转圈、地球绕太阳公转

第2页（共6页）

《向心力》教学设计 杭州师范大学 徐青青

通过以上视频和动画的观看，让学生体会并重温什么样的运动是匀速圆周运动。更为重要的是，圆周运动的概念也比较自然地在学生头脑中回忆起来。

（2）迷你小实验1：向心力与圆周运动

取一根细绳，一端系上一小球，另一端固定在一枚图钉上。将图钉定在 光滑的板上，如图所示：

a．用手指沿小球与图钉连线的垂直方向轻轻弹击小球，当绳子未伸直前，小 球做 运动

b．用手指沿小球与图钉连线的垂直方向加大力弹击小球，当绳子伸直后， 小球做 运动

引导：学生分析、讨论：

a：绳绷紧前，小球为什么做匀速直线运动？

b：绳绷紧后，小球为何做匀速圆周运动？小球此时受到哪些力的作用？合外力是哪

个力？这个力的方向有什么特点？这个力起什么作用？ 过程：实验模拟——受力分析——力与运动分析——结论 总结：向心力（效果力）

(1)概念：做匀速圆周运动的物体受到一个指向圆心的等效力的作用，这个力叫向心

力。

(2)方向：向心力总是指向圆心，方向不断变化。

(3)作用效果：不改变速度大小，只改变运动物体的速度方向。 对向心力实例分析：

a：让学生讨论汽车急转弯时，乘客向心力的来源（结合感觉）。 b：分析转盘上物体所做的圆周运动。（动画） c：手抡动细绳，使小物体做圆周运动。（如图） 分析：向心力的来源（性质）

O

总结：

A O c：重力和拉力的合力

a、b：摩擦力 （1）向心力是根据效果命名的力，并不是一种新的性质力。

（2）向心力的来源：可以是重力、弹力、摩擦力等各种性质的力，也可以是几个力的合力，

还可以是某个力的分力。

物体做匀速圆周运动时，由合力提供向心力F向= Ｆ合。

（3）向心力不是物体真实受到的一个力，不能说物体受到向心力的作用 ，只能说某个力

或某几个力提供了向心力。

通过对以上视频、动画、迷你小实验，在物体做圆周运动基础上，引出本课主题——向心力。

2.亲身体验，感受向心力存在

第3页（共6页）

《向心力》教学设计 杭州师范大学 徐青青

迷你小实验2：感受向心力与什么因素有关

在一根结实的细绳的一端拴一个橡皮泥纱布袋或其他小物体，抡动细绳，使小物体做圆周运动（如图），依次改变转动的角速度、半径和小物体的质量，拉力如何变化。

体验一下手拉细绳的力（使小球运动的向心力由物体受的拉力和重力的合力提供），大小有什么不同：

猜想：向心力可能与m、w、r有关。

向心力概念建立之后，不急于进行向心力大小及其计算公式的推导，而是进一步强化学生对于向心力存在的真实体验。

3.设计实验，积极探究向心力计算公式

验证方法：（控制变量法）

介绍自制探究向心力与哪些因素有关的仪器的构造和使用方法 （1）使用方法：将开关打开，当黑色转盘转动时带动物体做匀速圆周 运动，转动频率能够控制成三个不同的档，即?可以有三种不同 的变化，小物体的个数可以随意增加，这样便可以控制不同的质

量，同时，小物体在细钢丝上的位置可以改变，即能够改变不同

的r,同时能够通过上面连接的弹簧秤，直接读出任意时刻的力的 大小。

（2）操作方法：

a：用同一个小物体做实验，保持运动半径相同，改变输入的频率，即改变?的大小，

重复操作三次，观察向心力与角速度之间的关系。

?观察得到：向心力的大小与角速度有关，角速度越大，所需向心力就越大。并得

到三组数据。

b：仍用同一个小物体做实验，输入相同的频率，即?保持相同，改变物体在细钢丝上

的位置，即改变运动半径，重复操作三次，观察向心力的大小与运动半径之间的关

系。

?观察得到：向心力的大小与半径有关，运动半径越大，所需向心力就越大。并得到三组数据。

c：用质量不同的钢球和铝球做实验，使两球运动的半径r和角速度?相同

?观察得到：向心力的大小与质量有关，质量越大，向心力就越大。并得到三组数据。

F向(N) m(g) r(cm) ?(rad/s)

（3）总结得到：向心力的大小跟物体的质量m、圆周半径r和角速度?都有关系。

第4页（共6页）