“向心力探究实验”教学设计

夏　江

● 创新点

利用DIS传感器实验的开放性能提高学生对物理实验的兴趣，并借助数学知识展开深入的研究，发现物理规律。以前的实验大多是在特定的条件和要求下来检验物理规律的，学生做着规定的动作，并没有真正的重视实验。而DIS传感器实验创设了一个实验环境，学生可以利用实验仪器按不同的参数来做实验，采集实验过程中的数据，增加实验的趣味性，并通过计算机对数据进行分析研究，发现实验中的物理规律。

本节课通过采用学生分组实验，小组之间相互展示、评价和总结，加强了学生的协作能力，增强了学生的团体荣誉感，突出了学生在课堂中的主体地位，教师指导、协助和组织学生活动，突出在信息技术条件下课堂的开放性、信息的共享性、学生的交互性。

● 教学设计概述

向心力是物体做匀速圆周运动时所受到的合外力，它是本章圆周运动的重点。本节课的教学重点和难点是学生如何建立向心力的概念。之前，虽然学生知道匀速圆周运动是一种变速运动的原因，是因为它的线速度方向时刻在变，但只是了解表面，对为什么线速度的方向时刻在变、是什么力改变了物体的这种运动状态、这个力有何特点等充满疑问。为了使学生容易接受，本教学设计和教学实施采用学生实验探究教学法，借助DIS数字化传感器向心力演示器进行实验，通过实验的图像逐一探索改变向心力的因素，从而验证向心力公式。即：首先让学生通过日常生活经验和观察中的两个实例提出问题；紧接着教师即时演示实验，使其现象进一步加深学生心中的疑惑，激发他们求知探索的欲望；然后让学生亲身进行实验探究来感受向心力。当学生对向心力的概念有了一定的认识后，提出向心力的大小与哪些因素有关的疑问时，教师不忙于解答，而是先让学生根据前述实验做出猜想，然后再让学生设计实验对猜想进行验证，教师按照教材的设计指导学生完成，从而进一步强化学生对向心力的感性认识。学生通过实验图像逐一探究物理现象，从而得出了向心力公式。接着运用牛顿第二定律，给出向心加速度的公式，让学生明白匀速圆周运动的向心力和向心加速度的大小不变，但方向时刻在改变。本节课用到的教具包括DIS数字传感器、向心力演示器、CAI课件、多媒体投影设备。图1为具体教学流程。

图1

● 教学过程

1.情境设疑引入新课

从日常生活情境中构建以下两个物理情境，以培养学生把生活与物理联系一起的习惯，特别是演示实验的现象，使学生产生悬念，激发好奇心和探索欲望。

（1）同学们跑步转弯时，身体会自然的怎么样？

（2）在湿滑的水泥路上转弯时，无论是骑自行车还是驾车，必须怎么办？

点明课题：物体做圆周运动的条件是什么？这就是我们这一节课要探究的问题了。

2.实验与探究

教师指导学生亲自做课本上的用绳子牵着小球旋转的实验，提出问题：

（1）你牵绳的手有什么感觉？

（2）如果增大或减小小球的线速度，手的感觉有何变化？

（3）如果松手，将会发生什么现象？

（4）小球匀速圆周运动受到哪些力的作用？合外力是哪个？这个力起什么作用？

然后小组讨论交流，归纳结论。

3.引出向心力概念

向心力的概念是本课的难点，加上新教材没有明确向心力的概念，教师应深入浅出地做出理论分析，使学生容易接受。首先，教师引导学生回答物体做匀速圆周运动的条件，引出向心力的概念：维持物体做匀速圆周运动需要一个指向圆心的力的作用，这个力就叫向心力。然后，教师让学生观察、思考、回答、理解、记录，并强调：使物体做匀速圆周运动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变速度的方向，不改变速度的大小。（举例对比：F与V同一直线时，F对V的作用）

4.猜想与假设

教师提出向心力的大小与哪些因素有关的问题；学生根据前面的实验作出猜想；教师引导学生设计实验并对猜想进行验证；最后师生共同讨论，得出实验探究的方案。

5.实验与探究

教师介绍实验仪器，让学生知道怎样使用器材探究。用先前准备的DIS数字化传感器向心力演示仪。学生按照先前设计的方案进行实验与探究，对猜想进行探究。实验后小组内互相交流感受，进行分析、讨论、总结结论：（1）当m、ω相同时，r越大F越大。（2）当m、r相同时，ω越大F越大。（3）当ω、r相同时，m越大F越大（如图2-图4所示）。

6.引出向心加速度的概念

培养学生养成严谨、细致、耐心的实验修养，让学生明白匀速圆周运动的向心力和向心加速度的大小不变，但方向时刻在改变。所以匀速圆周运动又是一种变速运动。学生结合牛顿第二定律得到：a=ω²r，a=V²/r。教师总结：做圆周运动的物体，在向心力F的作用下必然要产生一个加速度，根据牛顿第二定律得到：这个加速度的方向与向心力的方向相同，所以称为向心加速度（对比：直线运动中的加速度与向心加速度的区别）。

7.总结与作业

对本节课内容进行小结，巩固所学的知识，并布置作业。

● 教学反思

本教学设计和教学实施落实了高中物理的目标要求，体现了物理新课程的精神，以实验探究为主线，以问题和小组交流贯穿课堂的始终，把传授知识、培养能力和学生情感有机地结合起来。让学生经历了“提出问题→猜想与假设→设计实验→实验探究→分析与论证→交流与合作→得出结论”等一系列过程，亲身体会到科学探究的过程。实验中提倡学生敢于动手，严谨、细致、耐心的进行实验，观察实验现象并能分析，小组之间讨论与交流，归纳结论。通过实验探究，让学生人人参与，亲身体验探究过程，活跃思维，并在探究中突破教学难点。教师结合演示实验，同时充分利用的教学课件，使课堂的教学效率大大提高。

上完这节课后，从整个课堂活动中看，学生很喜欢教师多举一些生活的实例，能大胆发言。比如，教师情境设疑导入新课，强烈的激发学生好奇心和探索欲望，课堂气氛非常好，教师叫学生猜想时，他们都很活跃，各抒己见。在课堂中，学生实验探究活动比较多，但他们的积极性很高，每个学生都在“玩”那个向心力演示仪，在“玩”当中获得了成功的愉悦，这种充分发挥学生的主体地位和以学生为主的探究实验课，比教师讲和做好得多。但因本节课的难点是如何建立向心力的概念，特别是让学生理解向心力并不是物体真正受到的力，这一点比较抽象，教师应注意语言简练，深入浅出地加以说明。并且，由于整堂课探究实验较多，教师要注意控制好时间。