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向心力 向心加速度

浏览:620  来源:广深家教信息网  日期:2009-09-22
一.课例展示
向心力  向心加速度
 
 
 
 
 一、设计思路
    学生对物体进行受力分析和运动状态的判断已经有了一定的基础,也学习了牛顿三大运动定律,初步具备了以加速度为纽带的运动与力关系的知识体系。本节课通过实验探索匀速圆周运动的规律,再一次帮助学生认识物体的运动及其受力之间的关系。另外,高中阶段是培养学生抽象思维能力和实验探究能力的重要时期,通过教学,使学生经历探索做匀速圆周运动物体的向心力与物体质量、运动半径和角速度的关系的过程,感受科学探究的方法。本次课的探索过程仅仅是众多探索中的一次,经常使学生经历这样的过程,感受过程中的方法,将实现培养学生科学探究能力,提高科学素养的目的。
 
 二.、教材分析
    圆周运动是一种常见的运动,通过本节的学习,深入理解其产生原因,并能对日常生活中圆周运动问题有正确的理解和判断。这部份知识是本章的重点,学好这部份知识,又可以为学习万有引力的应用做好必要的准备。
    教材中没有采用矢量推导的方法先导出向心加速度的公式,再由向心加速导出向心力公式。而是通过大量的事实,说明做匀速圆周运动的物体始终需要一个指向圆心的力——向心力的作用,再通过实验证明该向心力大小F=mrω2,进而由牛顿第二定律得出向心加速度的公式a=rω2
三、教学目标
1、             知识与技能
理解向心力和向心加速度的概念,知道向心力的大小与哪些因素有关。能运用向心力和向心加速度的公式解答简单的有关问题。
2、             过程与方法
(1)    经历形成向心力概念的过程,培养学生观察、分析、归纳能力。
(2)    经历探索向心力F与哪些因素有关的过程,学习控制变量法,感受科学探究过程中部分环节,培养学生分析论证等能力。
3、             情感态度与价值观
发展学生对科学的好奇心与求知欲,培养学生参与活动的热情,和与他人合作的精神。
四、教学方法
(1)  采用讨论教学法,例举学生熟知的相关事实,引导学生分析、归纳这些事实的共性特点,建立向心力的概念。
(2)  采用实验探究教学法,设计不同的实验解决学生心中不同的疑问,有定性实验、半定量实验以及借助于传感器进行测量的定量实验,使学生多次经历实验的过程,发展学生的探究能力。
 
、教学过程
(一)   复习引入新课
上节课我们学习了描述匀速圆周运动快慢的物理量线速度v、角速度ω和周期T。它们之间有什么关系呢?
板书:  v =ωr   ω=2π/T  v=2πr/T
在匀速圆周运动中,物体的速度(方向)时刻在发生变化,这种变化一定是由于力而引起的。那么,做匀速圆周运动的物体究竟受到了怎样的力呢?这正是我们今天要研究的问题。
板书:第五节  向心力   向心加速度
(二)新课
1、向心力的概念

飞车走壁
 
图1
引入:中国是杂技大国,有一个大型杂技叫飞车走壁,不知            道大家看过没有? 教师介绍飞车走壁的杂技(图1)。

教师:老师今天在教师为大家带来了飞车走壁:将四驱车放在塑料垃圾篓内,演示飞车走壁。
教师:四驱车做圆周运动,那在我们的身边还有哪些做圆周
运动的例子呢?请同学们举几个例子。
学生:地球绕太阳的运动可以近似看成圆周运动……

人造卫星绕地球
圆周运动
教师:除此之外,老师还准备了几个圆周运动的实验。

飞车走壁
小球在水平光滑桌面
上圆周运动
 
圆锥摆
 

 
 
 
 
 

教师:上述这些物体在运动方面具有共同特点——都做圆周运动。那么,它们在受力方面是否也具有共性特点呢?请同学们对每个物体进行受力分析,并寻找它们在受力方面的共同点。
学生活动:进行受力分析,寻找共同点。
经过学生之间的讨论以及师生之间的交流,发现做匀速圆周运动的物体的受力都有一个共同特点,既都存在一个指向圆心方向的力,这个力是重力、弹力、摩擦力或其他力的合力,我们称它为向心力。向心力是按效果命名的。
巩固训练:
教师:看几个例子,说出向心力是什么性质的力
例1、    旋转的餐桌上的盘子。
例2、    旋转的漏斗内的玻璃球。
例3、    游乐场的海盗船.
 
 
2、探索向心力大小与什么因素有关
教师:向心力大小与哪些因素有关呢?有什么样的函数关系?请同学们先用手中的实验器材进行实验,再根据你对实验的观察,提出猜想。
学生活动:学生分成几个小组,利用老师提供的实验器材,自己设计实验,初步判断出向心力与质量、线速度、半径有关(让学生试着说出观察到的现象和判断依据)。
教师:鼓励学生大胆猜测,指出科学猜想是研究自然科学的一种广泛应用的思想方法,它不是无根据的幻想,是有客观根据的。猜想是否正确,要靠实验检验。被实验肯定的猜想,就是实验规律;被实验否定的猜想,应该放弃,重新提出新的猜想,再用实验来检验。
教师:刚才同学们已猜想大向心力可能与m、v、r有关,那么,我们的猜想是否正确呢?我们将通过怎样的实验来检验一下,先请思考:
a.向心力可能与那么多因素有关,怎样研究?请大家说说实验步骤。
b.实验中如何控制变量?需观察、记录什么?请大家设计记录数据的表格。
学生活动:讨论实验步骤、设计记录实验数据的表格。列表如下:
控制变量
关   系
向心力大小的比较
r. ω
m1=2m2
 
m. ω
r1=2r2
 
m.r
ω1=2ω2
 
 
 
 
 

向心力演示仪

教师:利用课件介绍向心力演示的构造和使用方法,再进行演示实验,研究向心力与角速度、质量、半径等的关系,得出向心力、向心加速度表达式。经过分析比较得出结论:
 F∝m          F∝ω²         F∝r
教师引导并讲明进一步精确的实验得出F∝mω2r,
即F=mω2r
得到公式:F = mω²r = mv²/r
再由牛顿运动定律,推出 : a = ω²r = v²/r
 

传感器
3、利用传感器验证

传感器采集的实验数据及其图象
随着科学技术的进步,我们可以用更先进的仪器来验证它们之间的关系。通过传感器得到向心力和角速度的实验数据,并进行二次函数的拟合,再次证明向心力的大小与角速度的平方成正比。

巩固训练
洗衣机的脱水例题: 一全自动洗衣机技术参数如下表,试计算刚脱水桶工作时衣服所具有的向心加速度为多少?是重力加速度的几倍?为什么脱水桶能使衣服脱水?
春兰XPB46-801波轮洗衣机主要技术参数:
电源:
220V 50HZ
脱水方式:
离心式
功率:
洗涤:330W 脱水:280w
转速洗涤/脱水 转/分:
40/800
外形尺寸:
长500×宽530×高900mm
内桶尺寸 (直径×深度)mm
Φ400×680
由表可知:r=0.2m   T=60s/800
所以: 向心加速度  a=(2π/T) ²r=1402m/s²
   脱水桶工作时衣服紧靠脱水桶壁,衣服与脱水桶一起做匀速圆周运动。衣服所具有的向心加速度为1402m/s2,是重力加速度的143倍。
   由此可见,一个水滴它需要的向心力,大约是其自身重力的143倍,衣服不可能提供给水滴这样大的向心力,于是水与衣服就分离了,并从棉壁的小孔中飞出去。
教师组织学生运用结论解决一些实际问题,这是检查学生对知识的理解和巩固的一种手段,也是迁移知识,深化知识的重要环节。通过运用和深化,使学生的知识、技能逐渐转化为能力和素质,这是学生完成自身发展的延续。
完成教学、布置作业
1、再想一些生活中做圆周运动的例子,并分析它们所受的向心力。
2、  将传感器的实验数据发给学生,让学生选取其中的8组实验数据,进行描点作F—ω²图。(培养学生处理实验数据和分析能力)
 
二.课例评析
该案例是高一新课程优秀课例,在2004年广东省高中新课程物理录像课大赛中荣获一等奖。整堂课充分体现了新课程对物理教学的要求,较好地实现了学习目标中“知识和能力”、“过程和方法”、“情感态度和价值观”三个维度的协调统一。
本节课在知识目标上有两个,一是建立向心力的概念,二是掌握向心力公式。该教学设计创建的物理情景、提供的实验方案,不仅使学生经历了建立概念、发现规律的过程,也很好地落实了过程目标和情感目标。具体的说,有以下几方面:
1、在建立向心力概念的教学过程中,教师“飞车走壁”的演示实验取材简单,效果理想,有效地激发了学生的好奇心和学习兴趣。
2、飞车走壁、圆锥摆等现象中,物体都做圆周运动,具有运动方面的共性,由此启发学生对这些物体的受力进行分析,寻找受力方面的共性,使学生经历了分析、比较、归纳等思维过程,也体验到了成功的喜悦。
3、在探索向心力规律的教学环节中,教师循序渐进,由学生的定性感受,到教师的半定量演示,到传感器的准确测量,能激发学生主动参与。学生通过小球、橡皮筋等器材去感受向心力的大小,为提出猜想提供了事实依据;在教师进行演示实验之前,教师要求学生根据控制变量法说说实验步骤,并要求学生设计记录实验数据的表格,使学生参与到设计实验过程中。
4、恰当地将信息技术与物理课程相整合,采用了传感技术,将传感器采集的向心力和角速度的实验数据及其图象展现出来,并要求学生在课后将这些实验数据选取其中的8组,描绘在坐标中作为作业;将探索规律的过程延续到课后,培养了学生处理实验数据和分析论证的能力。
5、本节课中还有不少巩固训练,其中,洗衣机那道题要求学生从表格中发现信息,都来源于生活。
 
(竞赛评委组)
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