6.2 向心力 教学设计-2024-2025学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

本文围绕人教版必修二“向心力”展开，承接匀速圆周运动知识，为后续圆周运动相关内容奠基。通过创设情境、实验探究等环节，培养学生物理观念、科学思维、科学探究及科学态度与责任等核心素养，如在分析向心力来源中深化运动与相互作用观念。 本设计亮点在于用生活物品设计实验，采用问题导向等教法。从学生层面看，能提升探究与分析能力；从教师角度，提供清晰授课思路；从课堂效果讲，可有效突破分析向心力来源这一难点。

人教版（2019）必修第二册 第六章 圆周运动——向心力教学设计 6.2《向心力》 （第一课时） 【教学内容分析】 本节课是物理必修二第 6 章第 2 节内容，是在学生已经学习了匀速圆周运动，对匀 速圆周运动有了一定理解的基础上的进一步学习。本节课是牛顿运动定律在曲线运动中 的应用，进一步深化了运动与相互作用的观念，“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中的运动》 等的基础。本节知识在圆周运动部分处于核心地位，总体要求较高。 【设计理念】 引导学生明确匀速圆周运动是一种线速度时刻改变的变速运动，通过空中飞椅的受 力分析，学生带着问题进入本节课的学习。本节课从学生的实际出发，结合学生前面所 学知识，注重创设物理情境，由定性探究实验初步得出向心力大小的影响因素；引导学 生对具体问题的分析，解决向心力来源问题；探究过程中加强学生的活动，使学生充分 思考讨论、大胆猜想，敢于提出自己的想法，逐渐提高科学素养。实现学生从感性认识 到理性认识、从定性到定量的飞跃，注重联系生活实际，达到学以致用的目的。 【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。 2．技能基础：具备一定的分析能力和探究能力。 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华到理性认识。 【教学目标与核心素养】 物理观念：1.通过活动，体验向心力的存在； 2.理解向心力是一种效果力，巩固运动和相互作用关系的物理观念。 科学思维：通过对比、分析、归纳、总结达到建立相关物理模型，得出解决向心力问题的一般规律。 科学探究：充分利用生活物品开展探究活动，根据需要自主设置探究环节； 科学态度与责任：通过观察、实验及探究、交流与讨论等学习活动，培养学生尊重客观事实、实事求是的科学态度，学以致用。 【教学重难点】 教学重点： （1）建立与理解向心力的概念; （2）分析向心力的来源。 教学难点：分析向心力的来源。 【教法与学法】 教法：问题导向式教学法、情景演示教学法以及任务驱动教学法相结合； 学法：合作探究、交流互动以及归纳总结。 【教学准备】 教师用具：多媒体课件、发光二极管转盘、亚克力转盘、鱼缸、动力小车、发光小球、细线、弹性绳、力传感器、电动小车等； 学生用具：小球、细线、弹性绳。 【设计思路】 【教学课时】 1 课时 【教学过程设计】 教学环节 教学内容与教师活动 学生活动 设计意图 一、温故知新、导入新课 演示“彩虹转盘” 观看演示， 通过自制器 知道发光 材“彩虹转 二极管在 盘”激发兴 做圆周运 趣，复习描述 动 圆周运动的 回忆描述 物理量和公 式，为向心力 圆周运动 公式的建立 的物理量 和变形打基 及相互关 础，同时帮助 系 学生思维快 速进入新课。 复习描述圆周运动的物理量 及相互关系 教学环节 教学内容与教师活动 学生活动 设计意图 二、创设情境，引出概念 观看视频， 激发学 1.播放空中飞椅事故的视频 空中飞椅转动前与空中 比较飞椅 生的探究欲 飞椅转动后对比 静止时和 望，同时引出 转动时绳 后面提出要 子的受力 解决的问题。 分析。 通过熟 2.动图：空中飞椅 通过受力 悉的物理情 你知道它们在运动过程 分析，感受 景，引发思 中所受合力的方向有什么特 到运动状 考，引出新 点吗？ 态改变背 知。 这就是我们今天将要学习的 后的动力 学原因。 问题。 三、事例剖析，分析来源 提出问题; 分析小球 活动 1：光滑桌面上有一个 观察小球和手的运动并感受 受力：重 学生通过熟 力、支持 小球，由于细绳的牵引，绕 手和绳之间的作用力； 悉的物理情 力、绳子的 桌面上的图钉做匀速圆周运 景，便于引发 运动过程中松手，观察小球将 拉力 从已有物理 做什么运动？ 知识出发思 思考小球为什么能做圆周运 考，引出新知 动。 动？ 4.思考小球做圆周运动的力指 向何方？ 活动 2.进一步感受向心力的 观察并思 通过活动增 存在和方向 演示小球弹性绳作用下做圆 考：观察弹 加学生的感 性绳长度 性认识，在物 周运动 变化，感受 理思维的引 受力情况 导下初步感 受向心力的 4 / 20 教学环节 教学内容与教师活动 学生活动 设计意图 存在和向心 力的大致方 向 活动 3：观察动力小车（不 引导学生对小车进行受力分 带转弯功能）在水平圆盘上 析，合外力指向圆心，且与线 的运动 初步感受 作用效果： 只改变线 速度方向， 不改变线 速度大小。 速度 V 垂直。 从“有形”外 观察并思 力 ——“无 考： 形”外力 1.小车做 ——系统内 力，层层深 圆周运动 入，开拓学生 的原因 的思维，充分 2.进一步 调动学习的 感受运动 积极性。通过 引导学生对木块进行受力分 状态的改 学生发表见 析，合外力指向圆心，且与线 变需要受 解，培养学生 活动 4：观察物块随转盘做 速度 V 垂直。 力，向心力 语言表达能 方向与小 力和分析问 在水平面上做匀速圆周运动 车速度方 题的能力。 向的关系 5 / 20 教学环节 教学内容与教师活动 学生活动 设计意图 活动 5：观看视频：两辆小 为后面学习 双星模型做 车在一根绳作用下做圆周运 动 做铺垫 四、讲授新课 1.做匀速圆周运动的物体所受 教师通过引 1.向心力的定义 的合力总指向圆心，这个指向 结合具体 导，让学生总 圆心的力就叫作向心力,用符 结向心力的 实例总结： 号：Fn 表示。 来源和性质， 拉力、摩擦 是科学思维、 2.向心力的方向 2、方向：始终指向圆心(与 v 力、支持 科学探究能 垂直)，是变力。 力、万有引 力培养的主 力、电磁力 3、向心力的作用只改变线速 要途径。同时 3.向心力的作用效果 等性质力 度的方向。 补充拓展学 都可提供 生的认识，为 向心力 那向心力是一种新的力吗？ 后面的学习 打基础。 6 / 20 7 / 20 教学环节 教学内容与教师活动 学生活动 设计意图 第一种理解：由拉力和重力的 通过受力受 4.向心力的来源 合力提供向心力 分析小球 力分析进一 步引导学生 受到的力。 5.圆锥摆的向心力分析： 从不同方面 寻找和理解 向心力的来 深入剖析： 源。 重力和拉 力的合力 沿指向圆 拓宽学生解 心。 决问题的思 第二种理解：由拉力沿半径 路，便于更好 方向的分力提供向心力 的解题。 合力可以 提供向心 力，拉力的 帮助学生构 水平分力 建水平面内 沿指向圆 匀速圆周运 心，水平分 动的模型，引 力可以提 导学生再次 供向心力 体会力是改 向心力不是作为某种性质的 并从受力 变运动状态 力来命名的，不能说物体受到 的原因，促进 角度分析 向心力的作用 ，它是由某个 知识的同化， 事故原因 力或某几个力的合力提供的， 完善知识结 向心力是根据效果命名的。 构，实现从特 提醒学生注意：画受力分析 殊到一般，具 体到抽象的 时，不画出向心力 归纳方法。 6.向心力是根据效果命名的 通过演示实 力 验，利用慢镜 教学环节 教学内容与教师活动 学生活动 设计意图 头播放，抽象 出物理模型： 观察思考: 竖直面内的 圆周运动，引 尝试对小 车在不同 发从已有物 位置受力 理知识出发 分析 思考解决问 7.拓展应用 题。 由实验数据 竖直面内圆周运动的研究 引发学生思 考，通过分析 反作用力可 以反推鱼缸 对小车作用 力的存在，得 出向心力的 由力传感器的数据分析小车 来源。初步体 在最高点和最低点的受力 会转换的物 理思想的运 用。总结归 纳、使知识系 统化。 用力传感器究探究竖直面内 圆周运动最高点和最低点的 向心力的来源 8 / 20 教学环节 教学内容与教师活动 学生活动 设计意图 五、探究向心力的大小 如图所示，在绳子的一端 分析小球 方案一：定性分析（感受向 拴一个小球，另一端握在手 受力：重 学生动手 中使. 小球在空中水平面内近似 力、拉力。 心力的大小） 操作，亲历实 做匀速圆周运动，此时小球所 验感受感受 受的向心力近似等于手通过 向心力的大 绳对小球的拉力。 根据自己 小，为下面的 的体验并 定量实验顺 与他小组 近似处理：忽略小球重力， 利进行打下 内同学交 尝试控制变量法定性探究问 基础。 流猜想：小 题 球所受的 向心力与 哪些因素 有关呢 六、课堂总结、布置作业 【课堂总结】 1、向心力,用符号：Fn 对本节课的 2、向心力来源 学习进行梳 理和总结。促 3、向心力的大小影响因素 进学生内化、 提升，建构知 识体系。 【布置作业】 一是复习巩 1.用发现的眼光去寻找生活中 观察生活、 固；二是学以 致用。 的圆周运动现象，尝试用所学 查阅资料， 知识分析其向心力的来源，并 复习巩固 关注圆周运动中潜在的安全 问题。 2.完成课本 P34 页练习与应用 第 2 题和学案课后小练。 9 / 20 教学环节 教学内容与教师活动 学生活动 设计意图 七、板书设计 6.2 向心力 一、向心力 1、定义 做匀速圆周运动的物体所受的合力总指向圆心，这个指向圆心的力就叫作向心力,用符号：Fn 2、方向：始终指向圆心(与 v 垂直），是变力。 3、作用：向心力的作用只改变线速度的方向。 4、向心力来源 二、感受向心力的大小 向心力的大小的影响因素：质量、角速度、半径。 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，从感性认识入手，以学生熟悉 的情景为铺垫、以质疑引导为主线、以体验探究为载体、以多媒体为辅助、以培养学生 10 / 20 的探究思维为主旨，激发学生的求知欲，产生主动探究向心力的兴趣，充分发挥学生的主动性；选择生活中常见的物品设计实验，学生感到亲切；也能感受到物理就在我们身边。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。课后作业中第一个问题“用发现的眼光去寻找生活中的圆周运动现象，尝试用所学知识分析其向心力的来源，并关注做圆周运动物体潜在的安全问题。”是开放性问题，给学生自主研究的空间，达到理论联系实际，学以致用的目的。 学习任务单 课程基本信息 课 题 圆周运动——向心力（第一课时） 学习目标 1.理解向心力，知道向心力是一种效果力； 2.会分析具体问题中的向心力来源； 3.知道向心力大小的影响因素； 4.能用所学知识去观察研究生活中的圆周运动。 重点：1.建立与理解向心力的概念; 2.分析向心力的来源。 难点：分析向心力的来源。 课前学习任务 1.预习课本 2.完成预习学案 11 / 20 课上学习任务 【学习任务一】 观察圆周运动,感受受力特点 活动一：让小球在细线的牵引下在桌面上做圆周运动。 1.观察小球和手的运动并感受手和绳之间的作用力 2.运动过程中松手，观察小球将做什么运动？ 3.小球为什么能做圆周运动？ 4.你认为使小球做圆周运动的力指向何方？ 活动 2.进一步感受向心力的存在和方向 演示小球弹性绳作用下做圆周运动,观察弹性绳长度变化，思考小球受力情况 12 / 20 活动 3：观察动力小车（不带转弯功能）在水平圆盘上的运动并对小车进行受力分析 活动 4：观察物块随转盘做在水平面上做匀速圆周运动 活动 5：观看两辆小车在一根绳作用下做圆周运动视频，对小车受力分析 13 / 20 6.图中分析小车在鱼缸内做水平面内圆周运动时受力 7.归纳总结 1.定义： 叫作向心力。 2.向心力的方向： 3.向心力作用效果： 【学习任务二】寻找向心力的来源 7. 圆锥摆模型（注意圆周运动的轨迹所在平面、圆心位置和半径） （1）用里的合成与分解两种方法分析做圆锥摆运动的小球的向心力的来源，并通过受力分 析初步探究空中飞椅发生事故 的原因。 14 / 20 （2）观察动力小车的运动，探究竖直面内圆周运动最高点和最低点的向心力的来源 【学习任务三】 : 分组实验,猜测向心力大小的影响因素 探究活动：定性分析（感受向心力的大小） 1．实验方法（控制变量法） 2.实验器材 3.实验步骤 （1）探究 F 与 r 的关系 · m、ω 相同时，半径比为大小不同，感受向心力的大小（可近似认为向心力的大小等于绳的拉力）。 猜想：当 m、ω 相同时，r 越大，F 。 15 / 20 （2）探究 F 与 ω 的关系 当 m 与 r 相同时，改变角速度 ω，感受向心力的大小。 猜想：当 m 与 r 相同时，ω 越大，F 。 （3）探究 F 与 m 的关系 · ω 与 r 相同时，感受 m 对向心力的影响。猜想：当 ω 与 r 相同时,m 越大，F 课后学习任务 1、用发现的眼光去寻找生活中的圆周运动现象，尝试用所学知识分析其向心力的来源，并关注圆周运动中潜在的安全问题。 2、完成课本 P34 页练习与应用第 2 题和学案课后小练。 课后小练 1.下面说法中正确的是（ ） A．物体在恒力作用下不可能做曲线运动 B．物体在恒力作用下有可能做圆周运动 C．物体所受的力始终不与速度垂直，则一定不做圆周运动 D．物体在变力作用下有可能做曲线运动 16 / 20 2.关于向心力的说法中正确的是 A.向心力是除重力、弹力以及摩擦力以外的一种新力 B.向心力不改变物体运动的速度大小 C.做匀速圆周运动的物体其所受向心力是不变的 D.做圆周运动的物体所受各力的合力一定是向心力 3.（多选）（中）如图所示，物块 P 置于水平转盘上随转盘一起运动，图中 c 沿半径指向圆心，a 与 c 垂直，下列说法正确的是( ) A．当转盘匀速转动时，P 受摩擦力方向可能为 a 方向 B．当转盘加速转动时，P 受摩擦力方向可能为 b 方向 C．当转盘加速转动时，P 受摩擦力方向可能为 c 方向 D．当转盘减速转动时，P 受摩擦力方向可能为 d 方向 4.如图所示的圆锥摆中，关于小球受力及运动状态，下列说法正确的是 A.小球始终在水平面内运动，处于平衡状态 B.小球受到重力、绳的拉力、向心力共三个力的作用 C.小球运动所需向心力是由重力与绳的拉力两个力的合力提供的 D.小球所需向心力是由绳的拉力在水平方向上的分力提供的 5.如图所示，在竖直平面内有一粗糙的半圆形槽，一个小球从槽上的 A 由静止释放，在运动 17 / 20 到最低点 B 的过程中，下列说法错误的是 A.小球受到重力、支持力、摩擦力三个力的作用 B.小球经过 AB 的中点 C 点时所需向心力由重力、弹力、摩擦力的合力提供 C.小球经过 AB 的中点 C 点时所需向心力由重力沿半径方向上的分 力 与支持力的合力提供 D.小球到达 B 点时所需向心力是由重力、支持力两个力提供 6.如图所示，一圆筒绕中心轴 OO以角速度 ω 匀速转动，小物块紧贴在竖直圆筒的内壁上，相对于圆筒静止。下列说法错误的是 A．小物块所需向心力是由筒壁的支持力提供的 O´ ω B．小物块所需向心力是由重力、筒壁的支持力与摩擦力共同提供的 O C．当圆筒转动的角速度变小时，筒壁对物块的摩擦力不变 D．当圆筒转动的角速度变大时，筒壁对物块的摩擦力不变 18 / 20 学科网（北京）股份有限公司 $$