高二物理《向心力和向心加速度》教學設計
新課程強調“將學習的重心從過分強調知識的傳承和積累向獲取知識的探究過程轉化，從學生被動接受知識向主動獲取知識轉化，從而培養學生的探究能力、實事求是的科學態度和敢於創新的精神”。為此本教學設計和教學實施就是採用學生實驗探究和教師演示實驗相結合的實驗探究教學法。
教學內容
《普通高中課程標準實驗教科書·物理（2）》（司南版）
教學目標
1、知識與技能
（1）知道向心力，通過實例認識向心力的作用及向心力的來源
（2）通過實驗理解向心力的大小與哪些因素有關係，能運用向心力公式進行計算。
（3）知道向心加速度及其公式，能運用牛頓第二定律分析勻速圓周運動的向心力和向心加速度。
2、過程與方法
（1）經歷形成向心力概念的過程，培養學生觀察、分析、歸納能力。
（2）通過創設一定的問題情境，讓學生經歷探索向心力F與哪些因素有關的過程，學習控制變量法，培養學生分析論證等能力。
3、情感態度與價值觀
學習科學研究方法和科學研究態度，發展學生對科學的好奇心與求知慾，使學生樂於探究自然界的奧祕，體驗探索自然規律的艱辛與喜悦，培養學生主動參與活動的熱情和與他人合作的精神，有將自己的見解與他人交流的願望，敢於堅持正確觀點，勇於修正錯誤，具有團隊精神。
教材分析
《向心力和向心加速度》是司南版必修2第三章第二節。本節是本章承上啟下的重要知識，學好這一節可以為學好本章應用部分以及萬有引力的應用作必要準備。 教材先講向心力，後講向心加速度，迴避了用矢量推導向心加速度這個難點，通過實例給出向心力概念，再通過探究性實驗給出向心力公式F=mrω2或 F=mv2/r，之後直接應用牛頓第二定律得出向心加速度的表達式a=rω2或a=v2/r，順理成章，便於學生接受。
學情分析
在前面的教學中，學生已經學習了勻速圓周運動。知道描述勻速圓周運動快慢的物理量有線速度、角速度、週期、轉速等，並理解它們之間的關係。知道在傳動裝置中，共軸的輪子上各點的角速度相等；皮帶轉動（不打滑）中，凡和皮帶接觸的點，線速度的大小相等。這些都為本節課的學習奠定了基礎。但學生只是表面知道勻速圓周運動是一種變速運動，因為它的線速度方向時刻在變，更深一步來分析，為什麼線速度的方向時刻在變？是什麼力來改變物體的這種運動狀態，這個力有何特點？學生將帶着這些疑問來進入本節課的學習。
教學過程
一、引入新課
1、 設置情景
教師做“水流星”實驗,並設下疑問：為什麼盛水的杯子以一定的速度做圓周運動，水不從杯裏灑出，甚至杯子在豎直面內運動到最高點時，杯口已經朝下，水也不會從杯裏灑出來？
[在課堂上創設真實可見的物理情景，通過演示實驗的現象，使學生產生懸念，激發好奇心和探索慾望，培養學生把生活與物理聯繫一起的習慣。]
2、 複習提問
（1）什麼是勻速圓周運動?
（2）“勻速”的含義是什麼？
在上節課的基礎上，學生很快得出答案。教師引導學生分析：由於勻速圓周運動的速度方向時刻在變，所以勻速圓周運動是變速曲線運動。而力是改變物體運動狀態的原因。那麼做勻速圓周運動的物體所受合外力一定不為零。那麼物體所受的外力有何特點？加速度怎樣呢？指出：這兩個問題即是我們這節課要研究的問題，且通過這節課的學習大家即可自行解釋前面小實驗的因果。
[採用這樣的導入法是在複習舊知識的基礎上，提出將要進一步研究的問題，從而使學生對講授的新內容產生迫切求知的慾望，主動積極開展思維活動，進入新課的學習。同時能給學生一種知識的整體感。]
二、向心力
1、實驗探究“小球在光滑水平面做圓周運動”。
（1）、步驟
①一個小球，拴在繩的一端，繩的另一端固定於桌上，原來細繩處於鬆馳狀態
②用手輕擊小球，觀察繩繃直前後小球的運動情況。
（2）、藉助課件引導學生討論、分析：
①繩繃緊前，小球做勻速直線運動，小球受到哪些力的作用？
②繩繃緊後，小球做勻速圓周運動，小球受到哪些力的作用？合外力是哪個力？這個力的方向有什麼特點？這個力起什麼作用？
（3）、通過討論得到：
①做圓周運動的物體始終受到一個指向圓心的力的作用，這個力叫向心力。
②向心力指向圓心，方向不斷變化。是變力。
③向心力的作用效果——只改變運動物體的速度方向，不改變速度大小。
[這實驗簡單易做，效果明顯，通過親身感受學生獲得了成功的樂趣。討論時教師應適時介入引導學生得出正確的.結論。]
2、課件展示動畫：（1）圓錐擺 （2） 物體相對轉盤靜止，隨盤做勻速圓周運動 （3）汽車轉彎 （4）衞星繞地球運行
3、向心力的來源：通過對以上四個圓周運動實例的分析得出向心力的來源可以是某一個力（重力、彈力、摩擦力）或幾個力的合力，也可以是某個力的分力。
4、應用：學生嘗試解釋“水流星”的實驗現象。
[向心力的來源是學生在本章學習中的一個難點，用多媒體呈現直觀刺激材料，易引起學生注意，提高學習興趣。 圓錐擺等現象中，物體都做圓周運動，具有運動方面的共性，由此啟發學生對這些物體的受力進行分析，尋找受力方面的共性，使學生經歷了分析、比較、歸納等思維過程，也體驗到了成功的喜悦。學生在未來的學習中可能將向心力當成獨立的一個力，教師此時應特別指出：受力分析時, 不能多出一個向心力。且①物體做勻速圓周運動時，向心力就是物體所受到的合外力。②物體做非勻速圓周運動時，向心力物體並非是所受到的合外力。]
三、 向心力的大小
1、 實驗探究：感受向心的大小
讓學生利用身邊的材料如鑰匙串、橡皮擦、筆、細繩等動手實驗並感受向心的大小。
（1）讓學生用細線聯結鑰匙串、橡皮擦、筆等，然後拉住繩的一端，讓鑰匙串、橡皮擦、筆等儘量做勻速圓周運動，改變轉動的快慢、細線的長短多做幾次。
（2）引導學生猜想：向心力的大小可能與物體的質量、角速度、半徑有關。因此在探究向心力大小實驗中應採用控制變量法來研究這一問題。
[該小實驗在此做了改動，與課本上的不盡相同。做該實驗時學生的感受更直接，更易操作。提醒學生實驗時應使物體儘可能在水平面內做圓周運動，這樣繩的拉力近似等於向心力。]
課件展示：
2、 實驗探究向心力大小
（1）實驗方法：控制變量法
（2）介紹向心力演示器的構造和使用方法。
（3）實驗過程
①質量不同的鋼球和鋁球，當它們運動的半徑r和角速度ω相同時，比較向心力的大小
②兩個質量相同的小球，保持運動半徑相同，觀察向心力與角速度之間的關係
③兩個質量相同的小球，保持小球運動的角速度相同，觀察向心力的大小與運動半徑之間的關係
（4）實驗記錄表格
實驗質量比值(m1:m2)半徑比值(r1:r2)角速度比值(ω1:ω2)向心力近似比值(F1:F2)123
（5）實驗結論：
①實驗表明物體做圓周運動所需向心力大小為：
F=mω2r （式中F表示向心力，m表示物體的質量，ω是物體做圓周運動的角速度，r是所做圓周運動的圓周半徑。）
②應用線速度和角速度的關係，上述公式可變形為：
F=mv2/r （式中v是做勻速圓周運動的線速度）
[對於控制變量法學生已有一定程度的認知，因此在學生的自主探究並提出猜想後通過演示實驗師生一起探究最後得出向心力大小的關係式。在介紹向心力演示器的構造和使用方法時教師可結合傳動裝置中，共軸的輪子上各點的角速度相等，皮帶傳動（不打滑）中，凡和皮帶接觸的點，線速度的大小相等這一知識點讓學生思考怎樣控制角速度不變。當學生明白這一問題後，教師的演示也可換成學生的演示。不然，台上的忙得不亦樂乎，台下的卻不知所以然，純看熱鬧。]
四、向心加速度：
⒈ 定義: 由向心力產生的加速度叫向心加速度。
2、物理意義: 它是表示速度方向變化快慢的物理量。
3、向心加速度的大小與方向
（1）引導學生利用牛頓第二定律推導出向心加速的表達式----a=ω2r.
向心力的大小還可以用F=mν2/r來表達，同樣向心加速度也可表示為--a=ν2/r.
（2）方向：與向心力的的方向一致。沿半徑指向圓心，方向不斷變化，所以勻速圓周運動是變加速運動。
4、動動腦：a=ω2r、a=ν2/r ，a與r究竟是成正比呢，還是成反比？
指出：當w一定時，a∝r
當v一定時，a∝1/r
5、課本例題：在航空競賽場裏，由一系列路標塔指示飛機的飛行路徑。在飛機轉彎時，飛行員能承受的最大向心加速度大小約為6g(g為重力加速度)。設一飛機以150 m/s的速度飛行，當加速度為6g時，其路標塔轉彎半徑應該為多少?
六、小結[在小結中需給學生指出,向心力和向心加速度的公式雖然是從勻速圓周運動中推導出來的,但這些公式對變速圓周運動中求某點的向心力和向心加速度也適用.]
七、作業：P72 3、4、5小題
設計思路
向心力和向心加速度是高中物理的一個難點內容，學生對於向心力一直很難理解。為了突破重點，難點，本節課本節首先通過創設真實可見的物理情景，激發他們的求知慾，引起學習的興趣。然後學生親身進行實驗探究來感受向心力。當學生對向心力的概念有了一定的認識後，就進一步提出向心力的大小與哪些因素有關呢？再讓學生動手完成感受向心力大小的小實驗後做出猜想，然後藉助了向心力演示器進行實驗，從而得出了向心力公式。接着運用牛頓第二定律，給出向心加速度的公式，讓學生明白勻速圓周運動的向心力和向心加速度的大小不變，但方向時刻在改變。
本教學設計和教學實施都落實了高中物理新課程的目標要求，體現了新課程的精神，採取“學生自主探究，教師啟發導學”的新教法，充分調動學生自主學習，讓學生自主探究，親身體會到科學探究的過程。通過實驗探究，讓學生人人蔘與，親身體驗探究過程，活躍學生思維，並在探究中突破教學難點。教師結合演示實驗，同時充分利用多媒體課輔助教學，使課堂的教學效果大大提高。這是一節科學的、操作性很強的教學設計案例。
