创新情境教学案例《向心力》

核心素养

教学目标

物理观念

通过飞椅受力的分析使学生知道向心力是根据效果命名的力

通过小实验感受影响向心力大小的因素

科学思维

会分析向心力的来源。

掌握向心力的表达式，能够计算简单情境中的向心力。

科学探究

通过实验探究发现向心力与线速度、角速度以及质量之间的关系。

科学态度与责任

通过分析，让学生知道变速圆周运动和一般曲线运动的分析方法。

重点

向心力与线速度、角速度及质量之间的关系。

难点

向心力的来源

知识

回顾

与

储备

问题：从本质上讲，匀速圆周运动是个什么运动？其速度会变吗？有加速度吗？加速度会变吗？

匀速圆周运动是一个变加速曲线运动，速度方向会改变，有加速度。

加速度变不变呢？学习本节课后就知道了。

任

务

一

情境创设

播放汽车在水平道路上转弯时车内视频

问题

问题指向的核心素养

1.在汽车转弯时，人的姿态如何？

2.为什么会有这种现象？

3.人在水平方向上受的力有什么特点？

通过认识物体做圆周运动的条件，丰富对运动和力的关系的认识。（物理观念）

1.上身向外倾斜，下半身没有动。

2.人的下半身收到了一个力的束缚。

3.指向圆心

教学建议

思维引导：人和飞椅整体的受力情况并不难，难点是其合力方向，可以结合下面的问题从“效果”分析。

任

务

二

情境创设

播放飞椅的视频

问题

问题指向的核心素养

1.人和飞椅做匀速圆周运动的过程中，受到了哪些力？合力怎样？

2.迫使人和飞椅做圆周运动的力的方向有何特点？

3.向心力的命名依据是什么？

通过认识物体做圆周运动的条件，丰富对运动和力的关系的认识。（物理观念）

1.人受力如右图，合力水平、指向转动圆心。

2.做匀速圆周运动的物体所受的合力总指向圆心。这个指向圆心的力就叫作向心力。

3.向心力：效果力，由某个力或几个力的合力提供，不参与受力分析

教学建议

思维引导：人和飞椅整体的受力情况并不难，难点是其合力方向，可以结合下面的问题从“效果”分析。

活动建议：得出结论后，可让学生参照教材第28页做一做，感受向心力，并作为任务一和任务二的过渡。（提前准备细线）

任

务

三

情境创设

演示实验：用向心力演示器探究向心力大小的表达式

问题

问题指向的核心素养

探究前：探究过程中，涉及的可变物理量比较多，我们用什么方法进行探究？请设计方案。

（控制变量法）

分析研究对象的受力情况，建立向心力的概念，探究向心力与线速度、角速度、周期以及质量的关系。

（物理观念、科学探究）

探究时，边观察边思考:

1.质量、半径相同，向心力和角速度有什么关系？

2.质量、角速度相同，向心力和半径有什么关系？

3.半径、角速度相同，向心力和质量有什么关系？

现象：

1.质量、半径相同，角速度越大，需要的向心力越大

2.质量、角速度相同，半径越大，需要的向心力越大

3.半径、角速度相同，质量越大，需要的向心力越大结论：

精确实验表明：

再根据公式推导

教学建议

思维引导：

先引导学生用控制变量法设计实验方案。

学生探究前，教师讲解实验器材。

活动建议：

1.讨论交流设计方案。

2.形成方案后寻找志愿者进行相应操作。

3.其他学生观察实验现象并记录。

4.完成后，交流讨论得出结论。

随堂演练：课后第4题

任

务

四

情境创设

学生自制飞椅模型，观察角速度增大、减小过程中悬线的姿态。

问题

问题指向的核心素养

1.飞椅模型角速度增大时，悬线姿态如何？说明什么问题？

2.飞椅模型角速度减小时，悬线姿态如何？说明什么问题？

3.你能否利用动力学知识解释这些现象？

通过认识物体做变速圆周运动的条件，丰富对运动和力的关系的认识。（物理观念、科学思维、科学研究）

1.角速度增大，悬线向后倾斜，说明受到向前的力；

2.角速度减小，悬线向前倾斜，说明受到向后的力；

3.力与速度平行，改变速度大小；力与速度垂直，改变速度方向。

  速度沿切线，向心力只改变速度方向；若改变速度大小，需要有与速受力度平行的力，即切线方向的力。

  因此，变速圆周运动斜向前或斜向后。

教学建议

思维引导：认识力是怎样改变运动状态的，认识怎样改变速度的大小，怎样改变速度的方向。

活动建议：本部分重在学生的体验，并结合已学知识进行分析。自制飞椅模型不必复杂，以手臂为转动臂，手拉悬挂重物的的细线效果也不错。

可以一位同学操作，一位同学观察。

学习任务

评价标准

达成情况

1.知道向心力是根据效果命名的力。

能正确解答课后第2题

2.会分析向心力的来源，感受影响向心力大小的因素。

3.通过实验探究发现向心力与线速度、角速度、质量的关系。

能完成探究实验，并能正确说出向心力与线速度、角速度、质量的关系。能正确解答课后第4题。

4.掌握向心力的表达式，能够计算简单情境中的向心力。

能正确解答《优化设计》第29页例题2