物理必修二 6.2 向心力

《向心力》教学设计
【教材】人民教育出版社高中课程标准实验教科书物理必修二第五章第6节
【用时】30分钟
一、教材分析
1．课程标准要求
能用牛顿第二定律分析匀速圆周运动的向心力。

2．本节内容在物理知识体系中的地位
“向心力”是圆周运动中很重要的一个概念，是学习《生活中圆周运动》、《万有引力》、《带电粒子在匀强磁场的运动》的基础，其重要性不言而喻。

本节课是在上一节内容“向心加速度”的基础上展开的，符合认知规律，主要解决向心力的来源、向心力的大小、向心力的方向，向心力的应用这几个问题。

3．教材内容与体系安排
教材先让学生获得向心力的感性认识，从而给出向心力的定义，再由向心加速度表达式和牛顿第二定律得出向心力的表达式；接着利用圆锥摆粗略验证向心力表达式；最后分析变速圆周运动和一般曲线运动中的向心力，并探究分析过程中使用的方法。

二、学情分析
1．知识基础：学生已经学习了匀速圆周运动，对匀速圆周运动有了一定的理解。

知道描述匀速圆周运动快慢的物理量有线速度、角速度、周期、转速等，并理解了线速度、角速度、周期、半径之间的关系。

学生知道在转动装置中，共轴的轮子上各点的角速度相等皮带转动不打滑时，凡和皮带接触的点，线速度的大小相等。

2．技能基础：学会了处理曲线运动的重要方法——运动的合成和分解。

而且已经掌握应用运动的合成与分解知识研究了平抛运动。

3．思维障碍：学生知道匀速圆周运动是一种变速运动，因为它的线速度方向时刻在变。

需要进行更深一步的分析为什么线速度的方向时刻在变，是什么力在改变物体的这种运动状态，这个力有何特点。

由于向心力是一种学生感到陌生的力，而高一学生的抽象思维能力和逻辑推理还不是很强，所以需要在教学中通过实例、实验，使学生对向心力的认识从感性认识升一华到理性认识。

三、教学目标
1．物理观念
(1)理解向心力的概念，知道向心力是根据力的效果命名的；
(2)体验向心力的存在，会分析向心力的来源；
(3)掌握向心力的表达式，计算简单情景中的向心力。

2．科学思维
用变速圆周运动的方法研究一般的曲线运动，渗透物理学中“微元”的思想。

3．科学探究
(1)通过对实验的观察、思考和探究，理解向心力；
(2)通过同学间的讨论与交流，培养学生合作学习与相互交流的能力。

4．科学态度与责任
(1)通过实验体验向心力的存在，激发学习兴趣，增强求知的欲望；
(2)培养学生仔细观察、认真思考、积极参与、实事求是的科学态度。

四、教学重难点
1．教学重点：向心力的来源，大小和方向应用向心力解决一些实际问题。

2．教学难点：向心力的来源，应用向心力解决一些实际问题。

五、教学方法
1．实验演示法
通过演示生活中的圆周运动激发学生学习兴趣，让学生更加贴近生活。

同时引导学生渐渐寻找问题的答案。

2．实验探究法
物理学是一门以实验为基础的科学，而物理实验是教学的重要内容和手段。

本节教学注重让学生设计实验，从而寻找问题的答案。

3．启发引导法
教学过程中适时地穿插教师形象生动、富有启发的讲解，以点拨、启发学生。

在讲授知识的过程中渗透探究的思想，而在探究的过程中又讲授必要的物理知识。

如最后引导学生分向心力的来源，总结归纳向心力的特征。

六、教学流程
创设情境、导入新课；温故知新、引出概念；事例剖析、分析来源；理论推导、定量分析；实验探究、验证结论；知识迁移、拓展延伸；课堂练习、巩固新知；课堂总结、布置作业。

七、教学过程
教学环节与教学内容教师活动学生活动设计意图
一、创设情境、导入新课播放“花样滑冰”视频。

【播放视频】
播放“花样滑冰”视频：两
名运动员在冰面上做圆周运
动。

【启发思考】
做匀速圆周运动的物体具有
一个指向圆心的向心加速
度，而力是产生加速度的原
因。

产生向心加速度的力是
什么？这个力又有怎样的特
点？
【观察】
【思考】
产生向心加速度
的力是什么？这
个力又有怎样的
特点？
创设学习圆周运动
的情境，激发学生
学习兴趣，这是引
入新课的指导思
想。

举例生活中的
圆周运动案例，引
导学生归纳出圆周
运动的特征，让学
生思考圆周运动的
的条件，使学生思
维快速进入新课。

二、温故知新，引出概念
1.复习回顾圆周运动的相关概念，牛顿第二定律的内容，引出向心力的概念。

【提出问题】
匀速圆周运动的合外力与向
心加速度有什么关系？
【引入新知】
向心力概念：做匀速圆周运
动的物体受到的合外力总是
指向圆心，我们把这个力叫
做向心力。

【回答】
力与加速度满足
牛顿第二定律。

【记笔记】
结合所学向心加速
度，引导学生定义
向心力的概念，明
确向心力的方向和
大小。

为后面的向
心力来源判断，导
出向心力的表达式
奠定知识基础。

2.动态图呈现向心力与向心加速度的方向。

【引导分析】
通过动态图引导学生分析向
心力的方向、特征。

【分析】
作用效果：只改
变线速度方向，
不改变线速度大
小。

特点：向心力是
变力，方向时刻
变化
向心力的方向和特
点是解决向心力来
源的关键。

动态图
形象生动的呈现出
了力的方向和特
点。

三、事例剖析，分析来源
1.例1：光滑桌面上有一个小球，由于细绳的牵引，绕桌面上的图钉做匀速圆周运动。

【引导分析】
分析小球受到的力。

【深入剖析】
合力是绳子的拉力，方向沿
绳子指向圆心。

【分析】
小球受：
重力、支持力、
绳子的拉力
【归纳】
绳子的拉力可以
提供向心力
举例生活中的圆周
运动，通过受力分
析，联系力与运动
的关系，让学生分
析指向圆心的力是
哪一个？
采用层层递进的引
导方法，让学生进
一步辨析向心力的
来源。

通过受力平衡的观
点进一步引导学生
从不同方面寻找和
理解向心力的来
源。

2.例2：观看视频——物块在水平圆盘上做匀速圆周运动。

【引导分析】
分析物块受到的力。

【深入剖析】
合力是静摩擦力，方向沿指
向圆心。

【分析】
物块受：重力、
支持力、静摩擦
力。

【归纳】
摩擦力可以提供
向心力
3.例3：小球在绳子的牵引下在空中做匀速圆周运动。

【引导分析】
分析小球受到的力。

【深入剖析】
重力和拉力的合力沿指向圆
心。

【分析】
小球受：重力、
拉力。

【归纳】
重力和绳子拉力
的合力可以提供
向心力。

4. 归纳总结：自感电动势的作用和特征。

【回顾】
例1：光滑桌面上的小球绕钉
子做匀速圆周运动；例2：物
块在水平圆盘上做匀速圆周
运动；例3：小球在绳子的牵
引下在空中做匀速圆周运
动。

【归纳总结】
向心力可以是某一个力，可
以是某几个力的合力，也可
以是某个力的分力。

向心力
并不是具有特定性质的力，
它是按力的作用效果命名
的，任何一个性质力都可以
充当向心力。

【归纳】
通过分析三个事
例，归纳总结向
心力的来源、性
质。

【记笔记】
回顾三个事例，从
事例中寻找共同
点，这是培养学生
归纳总结能力的基
本手段。

教师通过
引导，让学生总结
向心力的来源和性
质，是科学思维、
科学探究能力培养
的的主要途径。

四、理论推导、定量分析通过公式和数学手段推导向心力的计算式。

【理论推导】【记笔记】学以致用，让学生
利用所学知识：向
心力公式、牛顿第
二定律，推导向心
力的计算公式。

五、实验探究、验证结论用圆锥摆粗略验证向心力的表达式。

【提出问题】
用圆锥摆粗略验证向心力的
表达式的实验中要用什么器
材？做圆锥摆的钢球受几个
力的作用？什么力提供向心
力？钢球做匀速圆周运动时
所需的向心力的大小由什么
因素决定？实验原理是什
么？实验需要测量哪些
物理量？
【数学处理】
【分析】
小球在空中做匀
速圆周运动，从
力的角度求出
F，从运动的角
度求出Fn，将F
与Fn进行比较。

【回答】
需要测量r、h、
m、转n圈数所
用时间t。

【进行实验】
实验器材尽量选择
生活中的物体会拉
近科学与学生的距
离，使学生对科学
产生亲切感。

先根据受力分析求
出合力，再用向心
力的表达式计算出
钢球所受的向心
力，最后验证合力
是否等于向心力。

实验不仅是为了对
向心力有一个感性
认识，也让学生能
够感知到向心力并
不是一个新力。

在实验中培养学生
严谨的实验态度，
并尊重实验结果和
事实。

六、知识迁移、拓展延伸变速圆周运动与一般曲线运动的处理方法
1. 观看视频——链球运动。

分析小球在平面内顺时针做加速圆周运动。

【提出问题】
小球的线速度有什么变化？
为什么会有这样的变化？两
个力的合力有什么特点？
【归纳总结】
处理变速圆周运动的方法：
将合外力沿该点切线方向分
解，它的作用是产生切向加
速度，改变速度的大小。

将
合外力沿该点半径方向分
解，它的作用是产生向心加
速度，改变速度方向。

【思考】
做变速圆周运动
的物体所受的合
外力并不指向圆
心。

从常见的体育运动
出发，引导学生利
用新学的知识分析
变速圆周运动，将
理论与实践相结
合。

体现了物理源
于生活服务生活的
特点。

通过特殊的曲线运
动，培养学生掌握
解决一般曲线运动
的方法，落实科学
思维素养的培养。

2. 学习一般曲线运动的处理方法。

【引导分析】
分析质点经过曲线上某位置
的运动时，可以采用圆周运
动的分析方法对一般曲线运
动进行处理。

【归纳】
把一般曲线分割
为许多极短的小
段，每一段都可
以看作一小段圆
弧。

这些圆弧的
弯曲程度不一
样，表明它们具
有不同的曲率半
径(内切圆的半
径)。

七、课堂练习、巩固新知【布置练习】【做练习】
两道练习题一道是
对向心力的理解，
一道是计算向心力
的大小和判断向心
力的来源。

通过练
习，进一步突破本
节课的重点、难点。

八、课堂总结、布置作业【布置作业】【做作业】课堂总结和布置作
业是一堂课的点睛
之笔，对本节课的
学习进行梳理和总
结。

为下一节课的
学习奠定知识基
础。

八、板书设计
九、教学反思
本教学设计基于高中物理核心素养来确定教学任务，不仅注重知识，而且更加重视高中物理核心素养的培养。

其次，教学设计创建的物理情境应尽量选择实际情境，激发学生的求知欲，产生主动探究向心力的兴趣，学生成为整个教学任务过程中的主体；设计的实验方案中的实验器材应尽量选择生活中常见的物体，使学生对科学产生亲切感；实验过程中应注重培养科学思维能力和促进学生物理观念的形成，更要重视培养学生严谨的科学态度与责任。