“向心力”教学设计

董书生

(南通市冠今中学 江苏 南通 226100)

1 教学设计思路

旧教材是从日常现象观察、猜测向心力会与什么因素有关，然后利用向心力演示仪得出向心力的表达式，再根据牛二定律推导出向心加速度表达式.向心加速度表达式没有进行理论推导.总体思路是由向心力这个本质到向心加速度这个现象．旧教材中的向心力实验是探究性的，因装置复杂，通常为演示实验．

新教材的设计思路正好相反，从现象到本质，从特殊到一般.教材先从生活、生产中很多圆周运动的现象得出速度方向变化必有加速度；再通过数学推导(体现极限思想)得出向心加速度的表达式；然后根据牛顿第二运动定律推导出向心力的表达式．教材的内容到这里本可以结束，但是新教材，通过圆锥摆实验粗略验证了向心力表达式(以前是向心力演示仪)，这个验证实验一举三得：

(1)向心力表达式的正确性;

(2)向心加速度表达式的正确性;

(3)匀速圆周运动由合外力提供向心力．

向心力可以是某一个力，也可以是几个力的合力，甚至是某个力的分力，是按力的效果命名的．新教材的向心加速度公式是根据运动学得到的，并由它推出向心力公式，因此，向心力公式实验属于验证性实验．新教材设计的圆锥摆实验装置简单，是向心力知识的具体应用，可以安排为学生实验，让学生自己经历一次对向心力的测量和分析过程．

从匀速圆周运动到变速圆周运动，再到一般的曲线运动，体现了从特殊到一般的思想；在处理一般曲线运动时采用了微分思想．

2 教学探究的重点与难点

2.1 本节教学重点

(1)圆锥摆实验的探究过程 ．

(2)牛顿第二定律在曲线运动中的应用.在前面学习抛体运动的基础上，又学习了圆周运动，让学生了解牛顿运动定律不仅适用于直线运动，同样适用于曲线运动，让学生体会牛顿力学的魅力．

⑶明确向心力的定义、公式以及变形公式．

2.2 教学难点

⑴圆锥摆实验及有关物理量的测量．麻烦可能会出在: 1)怎样点悬? 2)怎样保证做圆周运动？ 3)怎样测高度？

⑵运用向心力、向心加速度解释有关现象.

3 教学方法设计

本课采用“引导探究”式教学法，该教学法以解决问题为中心，注重学生的独立钻研，着眼于创新思维的培养，充分发挥学生主动性．其主要程序是：

提出问题—科学猜想—设计实验—科学

探究—得出结论—指导实践

4 教学流程

4.1 导入新课

创设学习圆周运动的情境，激发学生学习兴趣是引入新课的指导思想．举例和展示生活、生产、体育比赛中的一些圆周运动的例子，用课件展示两段视频：(1)飞机拐弯，(2)花样滑冰.播放了几段动画：(1)地球饶太阳公转，(2)轻绳牵引小球在光滑冰面上做圆周运动等.引导学生观察归纳出它们的共同特征，让学生思考圆周运动的条件以及怎样满足那些条件，让学生的思维进入新课教学的轨迹．

4.2 新课教学

(1)创设情境，激发探究

课件展示几个圆周运动实例，引导学生对物体进行受力分析，让学生发现做匀速圆周运动的物体受到的合力总指向圆心，从而得出向心力的概念，理解向心力是按效果力命名的；再引导根据牛二定律及所学向心加速度的公式，推导出向心力的表达式．讲到这里会有疑问；向心加速度本身由数学推导得出，再由它推出向心力，这两个公式可靠吗？有没有办法验证？

(2)设计实验，积极探究

本部分既是重点也是难点，请学生自主阅读课本实验、课件展示——原理、器材、待测数据表格、误差分析.学生思考、讨论完成以后，教师听取学生汇报验证的结果，引导学生对实验的可靠性作出评估(参照阅读提纲)，教师点评、分析.

引导学生设计实验和记录表，与学生共同参与实验(测长度时可由老师测，学生帮助，老师与学生一起数圈)，采集好数据后，当场计算．改变高度，再做一次，学生讨论评估实验误差．引导学生思考有无改进办法．

点评：让学生亲历实验验证的过程，体验成功的乐趣，培养动手能力和团结协作的团队精神．

(3)提出问题，反思总结

问题1：实验的过程中，多项测量都是粗略的，存在较大的误差，用两个方法得到的力并不严格相等．

问题2：通过实验我们还体会到：向心力并不像重力、弹力、摩擦力以某种性质的力来命名，它是效果力，是按力的效果命名的．在圆锥摆实验中，向心力是小球重力和细线拉力的合力，还可以理解为是细线拉力在水平面内的一个分力．

问题3：数圈数测时间时，要从零开始．

问题4：有一个改进的实验，不知是否可行，其装置如图1所示，让小球在刚好要离开锥面的情况下做匀速圆周运动，我认为利用该装置可以使测量值减少误差．

点评：同学们能积极思维，勇于发表自己的见解．该方案效果如何，课后进一步进行比较性的研究．

之后，还可以再介绍一些典型的圆周运动，如播放链球运动视频，自然地过度到第四部分.

图1

(4)变速圆周运动

对链球运动慢动作进行观察，链子对球的拉力不是指向圆心，而与速度夹角小于90°，引导学生将力分解为Ft、Fn．总结各自作用.变速圆周运动不是合外力提供向心力，而是其中一部分提供向心力．这反过来恰好解释前面的匀速圆周运动为什么合外力提供向心力．

5 总结反思

以上是笔者通过对新旧教材进行比较，按照新课程理念对“向心力”的教学过程设计．新旧教材本节最大的不同是实验，原来是向心力演示仪，现在改为圆锥摆.实验的改变引起了很多异议，如有人认为本实验无法做.笔者有幸参加过一节市级比赛课，做了本实验，结果比用原实验的教学效果好，误差小.教材编写本实验的意图就是粗略验证向心力表达式，说明教材编写专家已经充分的意识到这一点，尝试去做一做这个实验符合新课标、新课程理念．