3.2 科学探究：向心力 教学设计（表格式）高一下学期物理鲁科版（2019）必修第二册

《3.2科学探究向心力》
确定教学目标
确定教学目标的主要依据：课程标准（2022版）、鲁科版必修二教材、学情分析。
1．课程标准通过实验，探究并了解匀速圆周运动向心力大小与半径、角速度、质量的关系。
2．教材分析《科学探究：向心力》一节选自鲁科版高中物理必修二第三章第二节，在整个必修二的教材中，《圆周运动》一章有承前启后的作用，而《科学探究：向心教学设计理念设计流程教学设计主体阶段一、确定预期的学习结果
力》一节在圆周运动这一章内容的学习中有起到了承前启后的作用，既解释了前面对圆周运动的认识，又对后面分析圆周运动的实力起到了指导作用。人教版《向心力》、《向心加速度》是独立的两节内容，鲁科版《科学探究：向心力》一节中，在完成对向心力的学习后，直接根据牛顿第二定律给出了向心加速度的学习，既体现了牛顿第二定律在圆周运动中的应用，又避开了用矢量方法分析向心加速度这一难点。本节课按照鲁科版课本，将矢量分析加速度方向作为学生的课后探究环节。
教学重点：
理解向心力、向心加速度的概念，掌握向心力公式并能进行相关计算。
教学难点：
理解向心力是按作用效果命名的力，向心力的方向时刻在改变。
3．学情分析
（1）知识方面：从知识结构来看，学生在必修一中已经学过受力分析、牛顿第二定律等知识，能够准确且熟练的对物体进行受力分析，能够理解运动与力的关系。通过第三章第一节的学习，已经对圆周运动有了一定的认识，对线速度、角速度、半径、周期等描述圆周运动物理量有了较好的理解。
（2）能力方面学生对探究问题的一般思路已经比较清楚，具有探究和学习向心力大小影响因素的能力。
（3）思维方面高一学生的思维方式容易停滞在知识接受层面，忽视概念间、规律间的相互联系，学生不能完成知识的建构过程。在教学过程中要注重从学生实际入手，依据学生认知规律，注重创设物理情景，创造自由的课堂气氛，进行探究式教学。
4.确定教学目标
（1）物理观念：
①理解向心力、向心加速度的概念，知道向心力是效果力
②掌握向心力、向心加速度公式，并能进行计算。
（2）科学思维：
①能分析出向心力的来源
②能在熟悉情境中运用匀速圆周运动模型解决问题。
（3）科学探究：
①能制定探究向心力大小的实验方案并使用已有实验仪器获得数据。
②能分析实验数据，形成结论，能分析实验误差。
（4）科学态度与责任：
①认识到物理研究是建立在观察和实验基础上的创造性工作
②有较强的学习和研究物理的兴趣
（二）需要思考的问题
1.物体做匀速圆周运动的向心力来源是什么？
2.向心力的大小与哪些因素有关？如何确定方案探究向心力的大小？
3.如何根据牛顿第二定律确定向心加速度？
①.观察报告能够观察实验，分析数据，得出向心力大小的表达式
②. 表现性任务
（1）能够通过观察实验现象，说出向心力的定义和作用效果。
（2）能够制定方案，探究向心力大小与哪些因素有关并定量得出向心力大小公式。
（3）能利用向心力表达式进行正确的计算。
（4）能利用根据牛顿第二定律推导向心加速度的公式。
3.其他证据——课堂检测设计
例 1：一般飞行员能承受的最大向心加速度的大小约为 6g。在飞行表演中，飞机某次水平转弯时，可视为在水平面内做匀速圆周运动。若飞机以 150m/s的速度飞行，在该次水平转弯过程中向心加速度为 6g，取重力加速度 g=10m/s2，飞机水平转弯半径至少为多少？
阶段二、确定合适的评价证据
阶段三、教学活动设计教学资源
单元教学理念、逆向教学设计、教学课件、学生学案教学材料：小钢球、小玻璃球、向心力演示仪，自制定量向心力演示仪、电脑自制仪器简介：制作背景：
原有实验室向心力演示仪只能半定量得出向心力大小与质量、半径、角速度成正比，不能保证匀速，实验数据少，误差大，不能得出比例系数 K。
主要构成：电子秤：测力的大小 F=mg（g=9.8m/s2）
转速仪：测转速减速电动机：提供匀速转动的动力向心力演示仪底盘：提供转动系统电脑：数据处理进行线性拟合创新：
①适用电动机保证匀速且可变速
②易控制
③半径、力测量准确
④角速度数值可测
⑤能够多组改变实验数据，定量得出比例系数 K.
新课引入：
教师活动 学生活动 设计意图
教师活动：演示实验：开口向上的桶内放置一个小球，如果将桶翻转至开口向下，小球会掉落，你能想办法，让小球不掉落吗？ 提出问题：说一说：开口向上的桶内放置一个小球，如果将桶翻转至开口向下，小球是否会掉落？ 学生活动：思考问题提出方案，并观察老师演示实验 设计意图：用自制小实验引入1、体现生活现象蕴含科学道理。2、激发学习兴趣。 3、提升学生的观察能力、分析能力，引入本节主题。 4、提供匀速圆周运动的模型
【提出问题】小球并未掉出，是什么原因呢？今天我们一起来探究蕴含怎样的科学道理。展示教学目标 阅读教学目标 设计意图：提出本节问题，激发探究欲望。
目标一：认识使物体做圆周运动的力
活动一：认识向心力 教师活动：体验:（1）用手指沿小球与固定点连线的垂直方向轻轻弹击小球，在细绳未伸直前，小球做什么运动？（2）用手指弹击小球，方向同上，加大弹击力量，使小球运动过程中细绳伸直。细绳伸直后，小球做什么运动？ 深度思考：1.分析绳伸直后，拴线小球为什么能做圆周运动？2.分析绳伸直后迫使小球做圆周运动的力的方向有什么特点？ 学生活动：思考提出的问题，展示分析成果。 设计意图：体验实验：学生动手操作感受向心力，得出向心力的定义。提高学生的观察、分析能力。经历深度思考，从动力学角度分析物体做圆周运动的原因。提高学生综合分析能力，获得思维进阶。
活动二：体会向心力的方向、作用效果
教师活动：演示实验再探究： 思考：1. 向心力方向与速度方向什么关系？2.向心力的作用效果是什么？ 学生活动：思考提出的问题，展示分析成果。 设计意图：引导学生分析实验现象，体会向心力的方向和作用效果。提高学生的观察能力、分析推理能力。
活动三：建立圆周运动的模型，寻找向心力的来源
教师活动：展示圆盘上的物体和空中飞椅的运动 你能用拴线小球模拟飞椅的运动吗？ 学生活动：分析情景所涉及物体的向心力，思考提出的问题，展示分析成果。 设计意图：引导学生分析实验现象，建立圆周运动模型，寻找向心力的来源。提高学生的观察能力、分析推理和建模能力。
目标二：探究向心力的大小
活动一：猜想：定性感受使用不同的小球向心力大小与哪些物理量有关 教师活动：提供器材，提出如下要求：一个空心管中穿过一条细线，细线一端连接重物，一端连接橡皮，抡动橡皮，橡皮做圆周运动，可以通过细线对重物的拉力，感受橡皮做圆周运动的向心力与哪些因素有关。 猜想：向心力的大小与哪些因素有关？ 学生活动：依据要求动手操作，探究向心力的大小影响因素，展示分析成果。 设计意图：引导学生利用实验器材进行定性探究实验，提高学生的观察能力、分析推理能力。
活动二：实验探究向心力大小与质量、半径、角速度的关系 教师活动：提供向心力演示仪提出问题： 如何设计实验探究你的猜想？ 实验方法 学生活动：先独立思考再小组讨论，设计实验，小组合作进行分组实验探究并得出实验结论。 设计意图：1.设计实验方法，得出实验方法2.提供器材进行实验操作3 提高学生的实验设计能力、观察分析能力和归纳总结的能力
活动三：定量探究 k值并验证 Fn与 mω2r成正比 教师活动：演示实验：提供自制定量向心力演示仪提出问题：我们已经得出 Fn与 mω2r成正比，那么比例系数是多少？定量关系是怎样的？下面利用自制定量向心力演示仪进行定量探究 学生活动：小组合作进行实验探究并得出实验结论。 设计意图：1.进行深度探究，老师演示实验操作实验，学生记录数据，通过计算机拟和图像得出实验结论。 2.培养学生深度思考的学习习惯、严谨的探究思维。
目标三：向心加速度
教师活动：学习了向心力的知识，请大家结合牛顿第二定律思考： 1.向心加速度方向如何？ 2.向心加速度的公式？将你的学习结果写到学案上 学生活动：学生利用牛顿第二定律和向心力公式进行定量计算。展示成果。 设计意图：1.过问题引领引导学生利用牛顿第二定律和向心力公式进行推导。 2.注重知识体系的完整性，体会牛顿第二定律在圆周运动中的应用。
目标四：体验向心力的应用之美
教师活动：解释旋转桶实验中，小球不掉落的原因？ 学生活动：学生思考并小组交流。 设计意图：提高学生的综合分析能力、和利用已学知识解决实际问题的能力。
教师活动：一般飞行员能承受的最大向心加速度的大小约为 6g。在飞行表演中，飞机某次水平转弯时，可视为在水平面内做匀速圆周运动。若飞机以 150m/s的速度飞行，在该次水平转弯过程中向心加速度为 6g，取重力加速度 g=10m/s2，飞机水平转弯半径至少为多少？ 学生活动：学生利用向心力公式进行定量计算。展示成果。 设计意图：引导学生合理选择向心力、向心加速度公式进行定量计算。
感受向心力的魅力 教师活动：展示生活中图片，体会向心力的应用。 学生活动：小组交流，展示成果 设计意图：1.通过展示生活和科技中向心力的应用，体会物理规律在生活可科技中的应用，激发学习动力。2.感受科技的力量，提高为国家发展做贡献的责任感，渗透德育教育。
课堂小结：收获与感悟 教师活动：提出思考问题通过本节课的学习，你有哪些收获和提升？ 设计意图：归纳总结本节课的收获，获得知识、方法、能力的提升。
课后作业： 达标检测1.下列关于向心力的说法正确的是（　） A.物体由于做圆周运动而产生一个向心力 B.做圆周运动的物体除受其他力外，还要受一个向心力的作用 C.做匀速圆周运动的物体的向心力是不变的 D.向心力不能改变圆周运动物体线速度的大小 2.短道速滑是在长度较短的跑道上进行的冰上竞速运动，是2022年北京冬季奥运会正式比赛项目。如图所示，将运动员转弯时在短时间内的一小段运动看做匀速圆周运动，则下列说法正确的是（　） A.运动员受到冰面的恒力作用，做匀速运动 B.运动员受到冰面的恒力作用，做匀变速运动 C.运动员受到冰面的变力作用，做匀变速运动 D.运动员受到冰面的变力作用，做变加速运动 3.［多选］如图所示，物块 m随转筒一起以角速度ω做匀速圆周运动，以下描述正确的是（　） A.物块受到重力、弹力、摩擦力和向心力的作用 B.若角速度ω增大而且物块仍然随转筒一起做匀速圆周运动，那么物块所受弹力增大 C.若角速度ω增大而且物块仍然随转筒一起做匀速圆周运动，物块所受摩擦力增大 D.若角速度ω增大而且物块仍然随转筒一起做匀速圆周运动，物块所受摩擦力不变
教学反思： 本节课采用科学探究的教学方式，通过教师引导，学生自主探究为主，从课堂上学生的反馈、课后作业的情况看，达成了预设的教学目标，取得了较好地教学效果；提高了学生思考问题的频度，较大限度地调动了学生参与课堂的热情和积极性。 （1） 本节教学设计采用逆向思维设计，预设教学目标和评价依据，依次进行教学活动设计，较好地达成教学目标。 （2） 课堂贯彻以学生为主体，教师为主导的课堂模式。教师设置物理情景和思考问题，使学生在质疑、探究、交流、合作、总结的过程中。实验的设计采用递进式，从定性到半定量再到定量的探究，完成知识和能力上的跨越。 （3） 注重物理学科素养的培养。 ①注重运动与相互作用观念的应用，建立圆周运动模型，分析物体受力情况。 ②注重科学探究，实现知识建构。本节引导学生经历分析实际情景--提出问题--猜想与假设--设计实验--实验探究验--得出结论的科学探究过程，注重学生的观察能力、分析能力、交流合作能力、计算能力和归纳总结能力的提高。 ③注重物理思维的培养。体会类比思想、类比思想的应用。 ④注重科学态度和价值观的培养。让学生体会到科学探究过程的长期性，感受祖国科技的发展，注重爱国教育。