“向心力”教學設計

董書生

(南通市冠今中學 江蘇 南通 226100)

1 教學設計思路

舊教材是從日常現象觀察、猜測向心力會與什么因素有關，然后利用向心力演示儀得出向心力的表達式，再根據牛二定律推導出向心加速度表達式.向心加速度表達式沒有進行理論推導.總體思路是由向心力這個本質到向心加速度這個現象．舊教材中的向心力實驗是探究性的，因裝置復雜，通常為演示實驗．

新教材的設計思路正好相反，從現象到本質，從特殊到一般.教材先從生活、生產中很多圓周運動的現象得出速度方向變化必有加速度；再通過數學推導(體現極限思想)得出向心加速度的表達式；然后根據牛頓第二運動定律推導出向心力的表達式．教材的內容到這里本可以結束，但是新教材，通過圓錐擺實驗粗略驗證了向心力表達式(以前是向心力演示儀)，這個驗證實驗一舉三得：

(1)向心力表達式的正確性;

(2)向心加速度表達式的正確性;

(3)勻速圓周運動由合外力提供向心力．

向心力可以是某一個力，也可以是幾個力的合力，甚至是某個力的分力，是按力的效果命名的．新教材的向心加速度公式是根據運動學得到的，并由它推出向心力公式，因此，向心力公式實驗屬于驗證性實驗．新教材設計的圓錐擺實驗裝置簡單，是向心力知識的具體應用，可以安排為學生實驗，讓學生自己經歷一次對向心力的測量和分析過程．

從勻速圓周運動到變速圓周運動，再到一般的曲線運動，體現了從特殊到一般的思想；在處理一般曲線運動時采用了微分思想．

2 教學探究的重點與難點

2.1 本節教學重點

(1)圓錐擺實驗的探究過程 ．

(2)牛頓第二定律在曲線運動中的應用.在前面學習拋體運動的基礎上，又學習了圓周運動，讓學生了解牛頓運動定律不僅適用于直線運動，同樣適用于曲線運動，讓學生體會牛頓力學的魅力．

⑶明確向心力的定義、公式以及變形公式．

2.2 教學難點

⑴圓錐擺實驗及有關物理量的測量．麻煩可能會出在: 1)怎樣點懸? 2)怎樣保證做圓周運動？ 3)怎樣測高度？

⑵運用向心力、向心加速度解釋有關現象.

3 教學方法設計

本課采用“引導探究”式教學法，該教學法以解決問題為中心，注重學生的獨立鉆研，著眼于創新思維的培養，充分發揮學生主動性．其主要程序是：

提出問題—科學猜想—設計實驗—科學

探究—得出結論—指導實踐

4 教學流程

4.1 導入新課

創設學習圓周運動的情境，激發學生學習興趣是引入新課的指導思想．舉例和展示生活、生產、體育比賽中的一些圓周運動的例子，用課件展示兩段視頻：(1)飛機拐彎，(2)花樣滑冰.播放了幾段動畫：(1)地球饒太陽公轉，(2)輕繩牽引小球在光滑冰面上做圓周運動等.引導學生觀察歸納出它們的共同特征，讓學生思考圓周運動的條件以及怎樣滿足那些條件，讓學生的思維進入新課教學的軌跡．

4.2 新課教學

(1)創設情境，激發探究

課件展示幾個圓周運動實例，引導學生對物體進行受力分析，讓學生發現做勻速圓周運動的物體受到的合力總指向圓心，從而得出向心力的概念，理解向心力是按效果力命名的；再引導根據牛二定律及所學向心加速度的公式，推導出向心力的表達式．講到這里會有疑問；向心加速度本身由數學推導得出，再由它推出向心力，這兩個公式可靠嗎？有沒有辦法驗證？

(2)設計實驗，積極探究

本部分既是重點也是難點，請學生自主閱讀課本實驗、課件展示——原理、器材、待測數據表格、誤差分析.學生思考、討論完成以后，教師聽取學生匯報驗證的結果，引導學生對實驗的可靠性作出評估(參照閱讀提綱)，教師點評、分析.

引導學生設計實驗和記錄表，與學生共同參與實驗(測長度時可由老師測，學生幫助，老師與學生一起數圈)，采集好數據后，當場計算．改變高度，再做一次，學生討論評估實驗誤差．引導學生思考有無改進辦法．

點評：讓學生親歷實驗驗證的過程，體驗成功的樂趣，培養動手能力和團結協作的團隊精神．

(3)提出問題，反思總結

問題1：實驗的過程中，多項測量都是粗略的，存在較大的誤差，用兩個方法得到的力并不嚴格相等．

問題2：通過實驗我們還體會到：向心力并不像重力、彈力、摩擦力以某種性質的力來命名，它是效果力，是按力的效果命名的．在圓錐擺實驗中，向心力是小球重力和細線拉力的合力，還可以理解為是細線拉力在水平面內的一個分力．

問題3：數圈數測時間時，要從零開始．

問題4：有一個改進的實驗，不知是否可行，其裝置如圖1所示，讓小球在剛好要離開錐面的情況下做勻速圓周運動，我認為利用該裝置可以使測量值減少誤差．

點評：同學們能積極思維，勇于發表自己的見解．該方案效果如何，課后進一步進行比較性的研究．

之后，還可以再介紹一些典型的圓周運動，如播放鏈球運動視頻，自然地過度到第四部分.

圖1

(4)變速圓周運動

對鏈球運動慢動作進行觀察，鏈子對球的拉力不是指向圓心，而與速度夾角小于90°，引導學生將力分解為Ft、Fn．總結各自作用.變速圓周運動不是合外力提供向心力，而是其中一部分提供向心力．這反過來恰好解釋前面的勻速圓周運動為什么合外力提供向心力．

5 總結反思

以上是筆者通過對新舊教材進行比較，按照新課程理念對“向心力”的教學過程設計．新舊教材本節最大的不同是實驗，原來是向心力演示儀，現在改為圓錐擺.實驗的改變引起了很多異議，如有人認為本實驗無法做.筆者有幸參加過一節市級比賽課，做了本實驗，結果比用原實驗的教學效果好，誤差小.教材編寫本實驗的意圖就是粗略驗證向心力表達式，說明教材編寫專家已經充分的意識到這一點，嘗試去做一做這個實驗符合新課標、新課程理念．