《探究向心加速度的表达式》说课稿(全国实验说课大赛获奖案例)

《探究向心加速度的表达式》说课稿

本实验利用手机传感装置，探究向心加速度的表达式，其主要内容如下：

一、教材分析

该实验属于人教版高中物理必修2第五章第5节《向心加速度》中的内容。

教材对该部分内容的处理方法是，先对圆周运动物体进行简单的受力分析，然后引入向心加速度概念，再根据物理理论和数学方法推导出向心加速度的表达式。

二、学情分析

1、理论基础

通过“探究小车速度随时间变化的规律”、“探究加速度与力、质量的关系”等实验的学习，学生对探究型实验有所了解，但是对探究思想的理解和探究方法的运用仍有不足。

2、操作能力

掌握了部分传统实验器材、数字化实验器材以及手机传感装置的基本使用方法。

三、教学策略

如果按照教材的安排，用理论推导向心加速度的表达式，其方法较为特殊，过程不够直观，无法充分地调动学生的主观能动性，自主地完成探究活动。

而另一方面，随着移动科技的迅猛发展，手机传感装置的测量功能日益强大，而且其操作简单、便于携带，因此教师在日常教学活动中，特别是在实验条件异常困难的线上教学期间，可以尝试引导学生使用手机传感装置，完成各种物理实验探究活动。

在本实验中，我们先让学生通过转球实验感受圆周运动物体的受力特点，猜想向心加速度与其它物理量之间的关系，然后使用手机传感器应用软件phyphox进行表达式的探究，最后再与理论推导的结果相印证。

四、教学内容

（一）实验教学目标（见表1）

表1

（二）实验方案设计

通过前面的小实验，学生们猜想向心加速度与转动半径和运动快慢存在一定的关系。

因此，在实验开始之前，学生们需要确定实验方法、明确探究对象、寻找测量工具，并利用合理的实验

平台，完成探究过程。

（三）分组实验

通过对学生实验的归纳总结，其方案主要分为以下两组。

1.（A组）探究匀速圆周运动向心加速度与周期、半径的关系

（1）实验目的

探究匀速圆周运动向心加速度与周期、半径的关系。

（2）实验器材

可调速电机（带转动杆）、智能手机两部、配重片若干。

（3）实验原理

在电机运行过程中，以小铁棒敲击固定在转动杆上的铁片。用手机A中的“加速度（不含g）”功能测量沿半径方向的加速度，用手机B中的“声学秒表”功能测量转动周期（即敲击声的时间间隔）。

本试验采用“控制变量法”。先保持手机A的转动半径不变，探究向心加速度与周期的关系；然后保持转动周期不变，探究向心加速度与半径的关系。通过分析，得出向心加速度的表达式。

（4）实验步骤

①将手机A沿图示（见图1）方向固定在杆上，打开记录，启动电机使其转动。沿杆方向移动手机A的位置，直至其x轴线加速度为0，然后在手机背面标上转动中心所在位置，该标记线即为加速度传感器x轴原点对应位置。

图1

②将手机A及配重片固定在转动杆相应位置（见图2），按标记线读出转动半径（r=0.060m）。打开手机

A、B记录开关，启动电机。待转动稳定后，用小铁棒轻轻敲击杆外侧配重片。运动一段时间后，关闭电机以及手机记录开关。

图2

③在手机A上读出x轴线加速度即向心加速度的数值（见图3），在手机B上读出转动周期的平均值。

图3

④保持转动半径不变，改变电机转速，重复实验步骤②、③，并将数据记入表格（见表2）

表2

⑤改变手机A转动半径，打开手机A、B记录开关，启动电机，将周期调节到某一确定值（T=0.5s），重复实验步骤②并记录数据。

⑥保持周期不变，改变手机A转动半径，重复实验步骤②、③，并将数据记入表格（见表3）。

表3

（5）数据处理

①当r 一定时，通过计算并描点作出a n−1

T 图像和a n−1

T2

图像，发现a n与1

T2

成正比（见表4及图4）。表4

图4

②当 T 一定时，描点作出a n−r图像，发现a n与r正比（见图5）。

图5

（6）实验结论

在误差允许的范围内，匀速圆周运动向心加速度的表达式为a n=4π2

（见图6）。

T2

图6

（7）误差来源及注意事项

①读数不准确。应多次测量取其平均值。

②电机转动不平衡。应根据转速与半径的变化，及时调整配重片的位置及重量。

③小铁棒敲击产生较大阻力。应注意控制小铁棒的敲击力度。

（8）改进方案

①（方案一）用“光学秒表”功能（见图7）替代“声学秒表”功能测量转动周期

为了有较好的实验效果，可以在较暗的环境中用手机照明功能，使光学传感器获得周期性的照度峰值，从而测得转动周期。

图7

②（方案二）用“磁力计”功能（图8）替代“声学秒表”功能测量转动周期

图8

在转动杆下方安装小磁铁后，可以使得磁力计获取小磁铁通过的时间间隔，即转动周期。

2.（B组）探究匀速圆周运动向心加速度与角速度、半径的关系

（1）实验目的

探究匀速圆周运动向心加速度与角速度、半径的关系。

（2）实验器材

可调速电机（带转动杆）、智能手机两部、配重片若干。

（3）实验原理

在电机运行过程中，用手机A中的“加速度（不含g）”功能测量沿半径方向的加速度，用手机B中的“陀螺仪”测量绕轴转动角速度（见图9）。

本试验采用“控制变量法”。

（4）实验步骤

①标记加速度传感器x轴原点对应位置。

②将手机A、B固定在转动杆相应位置，按标记线读出转动半径（r=0.0080m）。打开手机A、B记录开