“向心力探究實驗”教學設計

● 創新點

利用DIS傳感器實驗的開放性能提高學生對物理實驗的興趣，并借助數學知識展開深入的研究，發現物理規律。以前的實驗大多是在特定的條件和要求下來檢驗物理規律的，學生做著規定的動作，并沒有真正的重視實驗。而DIS傳感器實驗創設了一個實驗環境，學生可以利用實驗儀器按不同的參數來做實驗，采集實驗過程中的數據，增加實驗的趣味性，并通過計算機對數據進行分析研究，發現實驗中的物理規律。

本節課通過采用學生分組實驗，小組之間相互展示、評價和總結，加強了學生的協作能力，增強了學生的團體榮譽感，突出了學生在課堂中的主體地位，教師指導、協助和組織學生活動，突出在信息技術條件下課堂的開放性、信息的共享性、學生的交互性。

● 教學設計概述

向心力是物體做勻速圓周運動時所受到的合外力，它是本章圓周運動的重點。本節課的教學重點和難點是學生如何建立向心力的概念。之前，雖然學生知道勻速圓周運動是一種變速運動的原因，是因為它的線速度方向時刻在變，但只是了解表面，對為什么線速度的方向時刻在變、是什么力改變了物體的這種運動狀態、這個力有何特點等充滿疑問。為了使學生容易接受，本教學設計和教學實施采用學生實驗探究教學法，借助DIS數字化傳感器向心力演示器進行實驗，通過實驗的圖像逐一探索改變向心力的因素，從而驗證向心力公式。即：首先讓學生通過日常生活經驗和觀察中的兩個實例提出問題；緊接著教師即時演示實驗，使其現象進一步加深學生心中的疑惑，激發他們求知探索的欲望；然后讓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后，提出向心力的大小與哪些因素有關的疑問時，教師不忙于解答，而是先讓學生根據前述實驗做出猜想，然后再讓學生設計實驗對猜想進行驗證，教師按照教材的設計指導學生完成，從而進一步強化學生對向心力的感性認識。學生通過實驗圖像逐一探究物理現象，從而得出了向心力公式。接著運用牛頓第二定律，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。本節課用到的教具包括DIS數字傳感器、向心力演示器、CAI課件、多媒體投影設備。圖1為具體教學流程。

圖1

● 教學過程

1.情境設疑引入新課

從日常生活情境中構建以下兩個物理情境，以培養學生把生活與物理聯系一起的習慣，特別是演示實驗的現象，使學生產生懸念，激發好奇心和探索欲望。

（1）同學們跑步轉彎時，身體會自然的怎么樣？

（2）在濕滑的水泥路上轉彎時，無論是騎自行車還是駕車，必須怎么辦？

點明課題：物體做圓周運動的條件是什么？這就是我們這一節課要探究的問題了。

2.實驗與探究

教師指導學生親自做課本上的用繩子牽著小球旋轉的實驗，提出問題：

（1）你牽繩的手有什么感覺？

（2）如果增大或減小小球的線速度，手的感覺有何變化？

（3）如果松手，將會發生什么現象？

（4）小球勻速圓周運動受到哪些力的作用？合外力是哪個？這個力起什么作用？

然后小組討論交流，歸納結論。

3.引出向心力概念

向心力的概念是本課的難點，加上新教材沒有明確向心力的概念，教師應深入淺出地做出理論分析，使學生容易接受。首先，教師引導學生回答物體做勻速圓周運動的條件，引出向心力的概念：維持物體做勻速圓周運動需要一個指向圓心的力的作用，這個力就叫向心力。然后，教師讓學生觀察、思考、回答、理解、記錄，并強調：使物體做勻速圓周運動的向心力只是合外力，并不是真正受到的力；向心力的作用只是改變速度的方向，不改變速度的大小。（舉例對比：F與V同一直線時，F對V的作用）

4.猜想與假設

教師提出向心力的大小與哪些因素有關的問題；學生根據前面的實驗作出猜想；教師引導學生設計實驗并對猜想進行驗證；最后師生共同討論，得出實驗探究的方案。

5.實驗與探究

教師介紹實驗儀器，讓學生知道怎樣使用器材探究。用先前準備的DIS數字化傳感器向心力演示儀。學生按照先前設計的方案進行實驗與探究，對猜想進行探究。實驗后小組內互相交流感受，進行分析、討論、總結結論：（1）當m、ω相同時，r越大F越大。（2）當m、r相同時，ω越大F越大。（3）當ω、r相同時，m越大F越大（如圖2-圖4所示）。

6.引出向心加速度的概念

培養學生養成嚴謹、細致、耐心的實驗修養，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。所以勻速圓周運動又是一種變速運動。學生結合牛頓第二定律得到：a=ω²r，a=V²/r。教師總結：做圓周運動的物體，在向心力F的作用下必然要產生一個加速度，根據牛頓第二定律得到：這個加速度的方向與向心力的方向相同，所以稱為向心加速度（對比：直線運動中的加速度與向心加速度的區別）。

7.總結與作業

對本節課內容進行小結，鞏固所學的知識，并布置作業。

● 教學反思

本教學設計和教學實施落實了高中物理的目標要求，體現了物理新課程的精神，以實驗探究為主線，以問題和小組交流貫穿課堂的始終，把傳授知識、培養能力和學生情感有機地結合起來。讓學生經歷了“提出問題→猜想與假設→設計實驗→實驗探究→分析與論證→交流與合作→得出結論”等一系列過程，親身體會到科學探究的過程。實驗中提倡學生敢于動手，嚴謹、細致、耐心的進行實驗，觀察實驗現象并能分析，小組之間討論與交流，歸納結論。通過實驗探究，讓學生人人參與，親身體驗探究過程，活躍思維，并在探究中突破教學難點。教師結合演示實驗，同時充分利用的教學課件，使課堂的教學效率大大提高。

上完這節課后，從整個課堂活動中看，學生很喜歡教師多舉一些生活的實例，能大膽發言。比如，教師情境設疑導入新課，強烈的激發學生好奇心和探索欲望，課堂氣氛非常好，教師叫學生猜想時，他們都很活躍，各抒己見。在課堂中，學生實驗探究活動比較多，但他們的積極性很高，每個學生都在“玩”那個向心力演示儀，在“玩”當中獲得了成功的愉悅，這種充分發揮學生的主體地位和以學生為主的探究實驗課，比教師講和做好得多。但因本節課的難點是如何建立向心力的概念，特別是讓學生理解向心力并不是物體真正受到的力，這一點比較抽象，教師應注意語言簡練，深入淺出地加以說明。并且，由于整堂課探究實驗較多，教師要注意控制好時間。