2.2 匀速圆周运动的向心力和向心加速度 教学设计-2023-2024学年高一下学期物理教科版（2019）必修第二册

2．匀速圆周运动的向心力和向心加速度（创新实验） 【教材分析】 1． 体系结构。 本节是高中物理必修第二册《第二章 匀速圆周运动》的第2节内容，前一节是《圆周运动》，后一节是《圆周运动的实例分析》。通过本节的学习，学生会知道匀速圆周运动向心加速度的大小和方向，并通过实验，探究、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． 地位作用。 本节是高中物理的关键内容，也是本章的重点和难点，学好这部分知识，既让学生明白了牛顿运动定律同样适用于曲线运动，又为以后学习天体运动和带电粒子在匀强磁场中的运动打下了基础。 3．知识背景。 上一节《圆周运动》学习了描述匀速圆周运动的相关物理量，为本节的学习探究活动奠定了一定基础。另外，牛顿第二定律的学习对向心加速度的推导提供了理论支撑。 【学情分析】 学生在前一节课的学习中知道匀速圆周运动是一种变速运动，结合之前直线运动和牛顿运动定律的知识，学生能猜想到的是“向心力”改变物体的运动状态，并能针对一些简单现象分析向心力的来源。此阶段的学生已经具有一定的发现问题、分析问题和解决问题的能力，也初步具备了分析归纳的能力。本节通过基于传感器的定量实验探索构建圆周运动的规律，高科技的实验器材使得学生有浓厚的探究兴趣，并且有解决问题的信心。学生的困惑可能出现在前面处理的问题均为加速度不变的情况，而圆周运动中加速度在时刻变化。 【课标解读】 1． 课标要求。 知道匀速圆周运动向心加速度的大小和方向。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。能用牛顿第二定律分析匀速圆周运动的向心力。 2． 课标解读。 要求学生通过生活中常见的圆周运动结合运动与受力分析，来了解向心加速度的大小和方向，并通过定量探究来了解匀速圆周运动向心力大小与半径、角速度、质量的关系，并得出表达式。再利用已掌握的牛顿第二定律来分析匀速圆周运动的向心力，推导出向心加速度。 【教学目标】 核心素养 素养表现 素养内涵 教学目标 物理观念 运动与 相互作用观念 初步形成运动与相互作用观，并能用它对自然图景进行描述 初步形成圆周运动的力和运动关系的分析观念，并能对自然界中圆周运动进行描述，了解向心力的来源和作用效果，知道向心力和向心加速度的大小和方向，知道影响向心力大小的因素 科学思维 模型建立 根据问题和情境，对客观事物进行抽象和概括，构建物理模型 会分析做圆周运动物体的受力情况并画出受力示意图 科学推理 具有规律意识，能进行科学推理，形成物理规律 能正确使用归纳法进行定量的科学推理，得到向心力的表达式 科学论证 具有使用科学证据的意识和评估科学证据的能力 感知向心力的大小与质量、半径和角速度有关，并能建立定量关系 问题解决 根据物理规律，解释自然现象和解决实际问题 掌握解决圆周运动向心力和向心加速度问题时的思维流程与操作规范 科学探究 问题 能在不同情境中提出可探究的问题，合理猜测和假设 能根据生活经验和实验感受，猜想向心力的大小与质量、半径和角速度有关 证据 能正确设计和实施物理探究，正确使用各种仪器和方法收集信息 会运用控制变量法设计向心力大小的探究实验，并能正确使用实验装置实施实验探究 解释 会对获取的信息进行处理，并能描述和总结实验探究的结果 会对记录的数据运用计算机软件进行处理分析，找到向心力大小与猜想因素的定量关系，并归纳总结，得出结论 交流 具有合作与交流的意愿与能力 与同学合作实验，并交流讨论，发表自己的观点 科学态度 与责任 科学本质 能正确认识科学的本质，认识到物理是人类有意识的探究过程 通过探究，感受到物理研究是一项创造性工作 科学态度 具有学习和研究物理的好奇心和求知欲，实事求是，善于基于证据和推理发表自己的见解 对问题情境具有好奇心和求知欲，参与实验探究，实事求是地记录观察到的现象和数据。在暂时得不到向心力与相关物理量的定量关系时不气馁，按照设计好的实验方案重新实施探究或反思改进实验设计 社会责任 理解科学、技术、社会和环境的关系 理解向心力大小的影响因素，以促进生产生活实践 【教学重点】 1．理解向心力和向心加速度的概念，加深对向心力来源和作用效果的认识。 2．知道向心力的大小及影响因素。 【教学难点】 用控制变量法探究影响向心力大小的因素。 【教法学法】 教法：讲授法、演示法、实验法。 学法：探究学习法、合作学习法。 【教具学具】 1．演示实验：拴细线的小球、乒乓球、玻璃杯。 2．探究实验：自制电动向心力定量分析演示仪、DISLab数据采集系统及配套软件。 3．多媒体课件。 【课时安排】 1课时。 【教学思路】 1． 体验实验。 通过体验“玻璃杯移乒乓球”“水