向心加速度教案_物理_教学设计_人教版_人教版物理教学设计

2020-02-27 教案模板下载本文

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向心加速度教学设计

（宋啸中，宝鸡中学，721013）

【教材版本】普通高中课程标准实验教科书人教版物理2必修

【设计理念】充分发挥学生学习的自主性，引导学生主动发现问题，分析信息，主动建构良好的认知结构，培养创新精神。本节中向心加速度的方向和公式推导是一个难点内容，为了突破难点，只有学生主动参与探究的全过程，成为学习的主体，才能激发学生的求知欲望，加深对知识的理解。在探究过程中，教师要给学生提供必要的实验器材和多媒体资源，引导学生去发现问题，使学生产生探究的动机，从而提出问题，解决问题，体验问题。整个教学过程中，教师是一个引导者和参与者，组织者和帮助者，学生是学习的主人，课堂上教师要组织引导学生交流讨论，充分重视学生在探究过程中的情感、态度与价值观的培养。【教材分析】 1．知识结构分析

本节是圆周运动中的关键的内容，在此之前，学生已经学习过匀速圆周运动的概念以及描述匀速圆周运动的物理量（v、ω、T）及其计算式。本节是本章承上启下的重要知识，学好这一节可以为下一节向心力及本章应用部分作必要准备，又可以为学习万有引力的应用做好必要的准备。

2．知识发生发展过程分析

教材以加速度的方向与力方向的关系为基础，先通过几个实例的引入，使学生认识到做匀速圆周运动的物体受到指向圆心的力，所以加速度也指向圆心，建立了向心加速度的概念。为了突破用矢量推导向心加速度公式这个难点，通过创设情景研究在一条直线上的变速运动过渡到曲线运动，这种由简单到复杂，由特殊到一般的思维方法，使学生更容易学习和理解，由平行四边形定则得出的三角形法则，较好地突破了速度与速度变化量的方向关系这个教学难点，做到既重视过程又重视结论，为后面用极限思维的方法进一步论证向心加速度方向和推导向心加速度的公式做好铺垫。达到培养学生严谨的科学态度和科学的推理能力。3．知识学习意义分析

通过本节学习，在知识上，掌握向心加速度的方向及公式，可以为下节课“向心力”埋下伏笔，从而方便地从理论角度出发，根据牛顿第二运动定律，得出做匀速圆周运动物体受到的合外力方向和大小的一般性结论；在方法上，初步领悟到在瞬时状态研究时要应用极限的思想来处理，并通过公式的推导，进一步巩固了矢量运算的方法，强化了数学方法在物理学中的应用。

4．教学建议与学法指导说明

教学设计通过几个实例的引入，进一步认识加速度的方向与速度方向的关系，为研究向心加速度的方向打下了基础。为理解加速度与速度方向的关系，通过创设情景研究在一条直线上的变速运动过渡到曲线运动，这种由简单到复杂，由特殊到一般的思维方法，使学生更容易学习和理解，由平行四边形定则得出的三角形法则，较好地突破了速度与速度变化量的方向关系这个教学难点，做到既重视过程又重视结论，为后面用极限思维的方法进一步论证向心加速度方向和推导向心加速度的公式做好铺垫。

学生对物体进行受力分析和运动状态的判断已经有了一定的基础，也学习了牛顿三大运动定律，初步具备了以加速度为纽带的运动与力关系的知识体系。另外，高中阶段是培养学生实验探究能力和抽象思维能力的重要时期，通过学生对实例的分析和自主进行公式推导，使学生经历探索，感受科学探究的方法。本次课的探索过程仅仅是众多探索中的一次，经常使学生经历这样的过程，感受过程中的方法，将实现培养学生科学探究能力，提高科学素养的目的。

【学情分析】

1．原有认知发展分析

初中物理教学是以直观教学为主，而高中物理主要是以实验推理为主。高一学生逻辑推理能力和抽象思维能力不是很强，不注重对知识内涵的研究，通常是记住一些相关的公式和规律，以为在考试中会用来解题就行了。另一方面，高一学生的思维非常活跃，可塑性强，容易受老师教学思路的影响形成思维定势，如果教师教法得当，学生容易形成科学的思维方法。所以，在教学中，同样要遵循从感性到理性的认识规律，抓住学生的心理特点进行教学设计。学生的学习过程是学生原有认知结构中的有关知识和新学内容相互作用形成新的认知结构的过程。物理认知结构就是学生头脑里的物理知识按自己理解的深度和广度，结合自己的感觉、知觉、记忆思维、联想等认知特点，组合成一个具有内部规律的整体结构。

2．原有知识结构分析

通过前几节内容的学习，学生已经掌握了曲线运动的一般规律，知道物体做曲线运动的条件是物体所受的合外力方向与速度方向不在同一直线上。学习了处理曲线运动的重要方法——运动的合成和分解。之后，利用运动的分解知识研究了平抛运动，还引入角速度、线速度、周期、转速等物理量描述了匀速圆周运动的规律。分析学生已掌握的知识结构后，结合下一节课的教材结构特点，制定更有效的突破难点的策略。

本节学习之前，一方面，学生已经建立了圆周运动的基本概念，知道了曲线运动是变速运动，有加速度，通过牛顿第二定律已经知道了加速度和力的对应关系，这为学生感知向心加速度的方向奠定了基础；另一方面，学生已经学习了矢量的运算方法，已经可以通过矢量运算求解速度变化量，这为向心加速度公式的推导奠定了基础。3．非认知因素分析

新教材除了要落实知识外，更重视知识的探究过程，从中体会科学方法与物理思想。本节自主探究出匀速圆周运的加速度方向与大小的表达式，方法是用几何学分析物理量之间的关系，物理思想为从平均到瞬时的极限思想。【教学目标】 1．知识与技能：

1）理解速度变化量和向心加速度的概念 2）知道向心加速度和线速度、角速度的关系式。3）能够运用向心加速度公式求解有关问题。2．过程与方法：

1）经历形成向心力概念的过程，培养学生观察、分析、归纳能力。2）体验向心加速度的导出过程，领会推导过程中用到的数学方法。

3）能从日常生活中发现与物理学有关的问题，并能从物理学的角度比较明确地表述发现问题。

3．情感、态度与价值观：

1）培养学生分析问题的能力和严谨的推理能力。2）培养学生探究问题的热情、乐于学习的品质。

3）培养学生从生活中得到知识并将所学物理知识应用于生产和生活的意识。【重点难点】

1．教学重点：掌握向心加速度的确定方法和计算公式。

2．教学难点：向心加速度方向的确定过程和向心加速度公式的推导【教学环境】

◆ 学生可能获得的学习环境：投影仪——投影学生所做的图象及推导过程，分组实验——圆周运动向心力的方向感受（含一块平木板、小球、一根细线、一枚图钉）◆ 可用的多媒体课件：演示圆周运动的实例课件【教学方法】

启发、探究、推理、讨论和交流，还课堂给学生，充分发挥学生的主体作用，教师通过物理问题启发、引导学生探究方向、把握探究时间、评价并板书探究结果。【教学思路】

本节课的设计流程为：创设情境→提出问题→探索研究→数学推理→得出结论。本节是第一次对不在同一直线上的矢量进行较深入的分析，有一定难度，为此，课本第一部分讨论向心加速度的方向，第二部分“做一做”，讨论向心加速度的大小。本节是本章承上启下的重要知识，学好这一节可以为学好本章应用部分以及万有引力的应用作必要准备。高一学生逻辑推理能力和抽象思维能力不是很强，在教学中，要遵循从感性到理性的认识规律，抓住学生的心理特点进行教学设计。学生的学习过程是学生原有认知结构中的有关知识和新学内容相互作用形成新的认知结构的过程。学生已经掌握了线速度、周期、转速等物理量描述了匀速圆周运动的规律，且初步体验到极限思想的应用，但将物理知识与数学知识结合起来应用对学生综合能力的要求就提高了向心加速度是高中物理的一个难点内容，学生对于向心加速度难理解，为了突破重点，难点，教学中应该循序渐进引导学生思考，逐步体会渗透科学的思维方法，向心加速度是高中物理的一个难点内容，学生对于向心加速度难理解，课堂上教师要组织引导学生交流讨论，充分重视学生在探究过程中的情感、态度与价值观的培养只有学生主动参与探究的全过程，成为学习的主体，才能激发学生的求知欲望，加深对知识的理解。【教学过程】环节1 引入新课

教师活动：通过前面的学习，我们已经知道，作曲线运动的物体，速度一定是变化的，速度变化就一定有加速度。加速度要靠力来产生。

我们上一堂课研究了匀速圆周运动，做匀速圆周运动的物体，是否要受到外力？是否有加速度？请举一些实例说明。学生活动：学生举例说明。

教师活动：通过这些实例可以看出，做匀速圆周运动的物体要受到外力，这些力改变了速度的方向，产生了加速度。匀速圆周运动速度大小不变，这个加速度描述速度方向变化的快慢，那么做匀速圆周运动的物体，加速度的大小和方向如何确定呢？——这就是我们今天要研究的课题。

设计意图：通过学生举例，调动学生积极性，使学生进一步想知道，在自己所举的实例中，加速度的大小和方向到底是怎样的。环节2

一、向心加速度的方向

教师活动：用PPT请同学们看两例：例1：人造卫星绕地球做圆周运动；

例2：光滑桌面上一个小球由于细线的牵引，绕桌面上的图钉做匀速圆周运动；

教师问：图1中卫星受到什么力的作用？这个力可能沿什么方向？

图2中小球受到几个力的作用？这几个力的合力沿什么方向？

学生活动：思考问题，选出代表发表见解。回答1：感觉上应该受到指向太阳的引力作用。

回答2：小球受到重力、支持力和绳子的拉力三个力的作用，其合力即为绳子的拉力，方向指向圆心。

教师活动：倾听学生回答，必要时给学是以有益的启发和帮助，引导学生解决疑难，回答学生可能提出的问题。

教师设疑：我们这节课要研究匀速圆周运动的加速度，可以上两个例题却在研究物体所受的力，目的是什么呢？

学生活动：思考后，积极发表见解。

学生可能的回答：根据牛顿第二定律可知，知道了物体所受的合外力，就可以知道物体的加速度，我们可以通过力来研究加速度。

教师活动：由于我们之前没有研究过曲线运动的加速度问题，特别是加速度的方向较难理解，而牛顿第二定律告诉我们，物体的加速度方向总是和它的受力方向一致，这个关系不仅对直线运动正确，对曲线运动也同样正确。所以先通过研究力来感知加速度，特别是加速度的方向。

学生活动：利用课前给学生发一头系着绳子的钢珠。让学生在桌面上抡动细绳，使钢珠做圆周运动，体验手拉绳的力。

教师活动：在刚才的实验中，同学们已充分感知了做匀速圆周运动的物体所受的力或合外力指向圆心，该结论具有一般性。所以物体的加速度也指向圆心，这个加速度叫做向心加速度。匀速圆周运动的加速度方向明确了，它的大小与什么因素有关呢？我们具体研究时仍要从加速度的定义来进行。

设计意图：激发学生的思维，唤起学生进一步探究新知的欲望。通过发表自己的见解，解除疑惑，同时为下一步的研究确定思路。环节3

二、速度变化量

教师活动：指导学生研究不同情况下的速度变化量。问题1：加速度的定义式是怎么表达的？问题2：定义式中各矢量的方向关系？

学生活动：让学生思考后请个别学生起立回答，教师加以引导，得到结论：加速度的方向与速度变化量的方向相同，若要确定加速度的方向我们可以转换为确定速度变化量的方向。教师活动：指导学生用矢量图表示速度变化量。

我们知道速度是个矢量，我们可以用矢量图来找出速度变化量的方向。引导学生在练习本上画出物体加速运动和减速运动时速度变化量的图示。

1、速度在同一直线上 ①加速

沿同一方向由3m/s增加到5m/s； ②减速

沿同一方向由5m/s减小到5m/s；

2、速度不在同一直线上

教师引导学生利用数学知识（矢量可以平行移动）分析并在黑板上板演。实质遵循平行四边形定则。

学生活动：思考问题，在练习本上画出物体加速运动和减速运动时速度变化量的图示。从同一点作出物体在一段时间的始末两个速度矢量和，从初速度的末端至末速度的末端所作的矢量就是速度的变化量。

教师活动：投影学生所画的图示，点评、总结。

设计意图：使学生进一步掌握速度变化量的矢量图解法，为下一步推导向心加速度公式做知识上的铺垫。环节4

三、向心加速度

教师活动：指导学生阅读教材做一做部分：探究向心加速度的表达式，投影图5.6－3，引导学生思考：

（1）在A、B两点画速度矢量vA和vB时，要注意什么？（2）将vA的起点移到B点时要注意什么？

（3）如何画出质点由A点运动到B点时速度的变化量Δv？（4）Δv／Δt表示的意义是什么？

（5）Δv与圆的半径平行吗？在什么条件下，Δv与圆的半径平行？

教师在学生充分讨论的基础上引导学生找答案：并不与圆的半径平行，但当△t很小很小时，A和B两点非常接近，和也非常接近。由于vA和vB的长度相等，它们与Δv组成等腰三角形，当△t很小很小时，也就与vA（或vB）垂直，即与半径平行，或者说指向圆心了。学生活动：按照思考提纲认真阅读教材，思考问题，在练习本上独立完成上面的推导过程。教师活动：巡视学生的推导情况，解决学生推导过程中可能遇到的困难，必要时给学是以有益的启发和帮助，回答学生可能提出的问题。

提示：可以利用矢量三角形和几何三角形的相似关系进行推导。

教生互动：选择学生中两个具有代表性的推倒过程，投影学生推导的过程，和学生一起点评、总结。

如图所示，物体从A点经时间t沿圆周匀速率运动到B点，转过的角度为θ，物体在B点速度vB可以看成是它在A点的速度vA(vA=vB=v)和速度的变化量v的合速度。当t趋近于0时，也趋近于0，B点接近A点，v与 vA垂直，指向圆心。所以向心加速度方向沿半径方向指向圆心。

因为vA、vB和v组成的三角形与OAB是相似三角形，所以

vVA= ABRABv即v=

R将上式两边同时除以t，得

vABv= ttRv等式左边即为向心加速度a的大小。

tABv，代入上式整理得方法一：tv2a=.R方法二：ABR

，代入上式整理得 tav

将v=R代入上式可得：a=R

两种方法得到加速度的两个表达式： 2v22a

aR