一．課例展示
向心力 向心加速度
一、設計思路
學生對物體進行受力分析和運動狀態的判斷已經有了一定的基礎，也學習了牛頓三大運動定律，初步具備了以加速度為紐帶的運動與力關系的知識體系。本節課通過實驗探索勻速圓周運動的規律，再一次幫助學生認識物體的運動及其受力之間的關系。另外，高中階段是培養學生抽象思維能力和實驗探究能力的重要時期，通過教學，使學生經歷探索做勻速圓周運動物體的向心力與物體質量、運動半徑和角速度的關系的過程，感受科學探究的方法。本次課的探索過程僅僅是眾多探索中的一次，經常使學生經歷這樣的過程，感受過程中的方法，將實現培養學生科學探究能力，提高科學素養的目的。
二.、教材分析
圓周運動是一種常見的運動，通過本節的學習，深入理解其產生原因，并能對日常生活中圓周運動問題有正確的理解和判斷。這部份知識是本章的重點，學好這部份知識，又可以為學習萬有引力的應用做好必要的準備。
教材中沒有采用矢量推導的方法先導出向心加速度的公式，再由向心加速導出向心力公式。而是通過大量的事實，說明做勻速圓周運動的物體始終需要一個指向圓心的力——向心力的作用，再通過實驗證明該向心力大小F=mrω2，進而由牛頓第二定律得出向心加速度的公式a=rω2。
三、教學目標
1、 知識與技能
理解向心力和向心加速度的概念，知道向心力的大小與哪些因素有關。能運用向心力和向心加速度的公式解答簡單的有關問題。
2、 過程與方法
（1） 經歷形成向心力概念的過程，培養學生觀察、分析、歸納能力。
（2） 經歷探索向心力F與哪些因素有關的過程，學習控制變量法，感受科學探究過程中部分環節，培養學生分析論證等能力。
3、 情感態度與價值觀
發展學生對科學的好奇心與求知欲，培養學生參與活動的熱情,和與他人合作的精神。
四、教學方法
（1） 采用討論教學法，例舉學生熟知的相關事實，引導學生分析、歸納這些事實的共性特點，建立向心力的概念。
（2） 采用實驗探究教學法，設計不同的實驗解決學生心中不同的疑問，有定性實驗、半定量實驗以及借助于傳感器進行測量的定量實驗，使學生多次經歷實驗的過程，發展學生的探究能力。
五、教學過程
（一） 復習引入新課
上節課我們學習了描述勻速圓周運動快慢的物理量線速度v、角速度ω和周期T。它們之間有什么關系呢？
板書： v =ωr ω=2π/T v=2πr/T
在勻速圓周運動中，物體的速度（方向）時刻在發生變化，這種變化一定是由于力而引起的。那么，做勻速圓周運動的物體究竟受到了怎樣的力呢？這正是我們今天要研究的問題。
板書：第五節 向心力 向心加速度
（二）新課
1、向心力的概念
引入：中國是雜技大國，有一個大型雜技叫飛車走壁，不知 道大家看過沒有？ 教師介紹飛車走壁的雜技（圖1）。
教師：老師今天在教師為大家帶來了飛車走壁：將四驅車放在塑料垃圾簍內，演示飛車走壁。
教師：四驅車做圓周運動，那在我們的身邊還有哪些做圓周
運動的例子呢？請同學們舉幾個例子。
學生：地球繞太陽的運動可以近似看成圓周運動……
教師：除此之外，老師還準備了幾個圓周運動的實驗。
教師：上述這些物體在運動方面具有共同特點——都做圓周運動。那么，它們在受力方面是否也具有共性特點呢？請同學們對每個物體進行受力分析，并尋找它們在受力方面的共同點。
學生活動：進行受力分析，尋找共同點。
經過學生之間的討論以及師生之間的交流，發現做勻速圓周運動的物體的受力都有一個共同特點，既都存在一個指向圓心方向的力，這個力是重力、彈力、摩擦力或其他力的合力，我們稱它為向心力。向心力是按效果命名的。
鞏固訓練：
教師：看幾個例子，說出向心力是什么性質的力
例1、 旋轉的餐桌上的盤子。
例2、 旋轉的漏斗內的玻璃球。
例3、 游樂場的海盜船.
2、探索向心力大小與什么因素有關
教師：向心力大小與哪些因素有關呢？有什么樣的函數關系？請同學們先用手中的實驗器材進行實驗，再根據你對實驗的觀察，提出猜想。
學生活動：學生分成幾個小組，利用老師提供的實驗器材，自己設計實驗，初步判斷出向心力與質量、線速度、半徑有關（讓學生試著說出觀察到的現象和判斷依據）。
教師：鼓勵學生大膽猜測，指出科學猜想是研究自然科學的一種廣泛應用的思想方法，它不是無根據的幻想，是有客觀根據的。猜想是否正確，要靠實驗檢驗。被實驗肯定的猜想，就是實驗規律；被實驗否定的猜想，應該放棄，重新提出新的猜想，再用實驗來檢驗。
教師：剛才同學們已猜想大向心力可能與m、v、r有關，那么，我們的猜想是否正確呢？我們將通過怎樣的實驗來檢驗一下，先請思考：
a.向心力可能與那么多因素有關，怎樣研究？請大家說說實驗步驟。
b.實驗中如何控制變量？需觀察、記錄什么？請大家設計記錄數據的表格。
學生活動：討論實驗步驟、設計記錄實驗數據的表格。列表如下:
|
控制變量 |
關 系 |
向心力大小的比較 |
|
r. ω |
m1=2m2 |
|
|
m. ω |
r1=2r2 |
|
|
m.r |
ω1=2ω2 |
|
教師：利用課件介紹向心力演示的構造和使用方法,再進行演示實驗，研究向心力與角速度、質量、半徑等的關系，得出向心力、向心加速度表達式。經過分析比較得出結論：
F∝m F∝ω² F∝r
教師引導并講明進一步精確的實驗得出F∝mω2r，
即F＝mω2r
得到公式：F = mω²r = mv²/r ，
再由牛頓運動定律，推出 ： a = ω²r = v²/r
3、利用傳感器驗證
隨著科學技術的進步，我們可以用更先進的儀器來驗證它們之間的關系。通過傳感器得到向心力和角速度的實驗數據，并進行二次函數的擬合，再次證明向心力的大小與角速度的平方成正比。
鞏固訓練
洗衣機的脫水例題： 一全自動洗衣機技術參數如下表，試計算剛脫水桶工作時衣服所具有的向心加速度為多少？是重力加速度的幾倍？為什么脫水桶能使衣服脫水？
|
春蘭XPB46-801波輪洗衣機主要技術參數： |
|
電源： |
220V 50HZ |
脫水方式： |
離心式 |
|
功率： |
洗滌:330W 脫水:280w |
轉速洗滌/脫水 轉/分： |
40/800 |
|
外形尺寸： |
長500×寬530×高900mm |
內桶尺寸 （直徑×深度）mm |
Φ400×680 |
由表可知:r=0.2m T=60s/800
所以: 向心加速度 a=(2π/T) ²r=1402m/s²
脫水桶工作時衣服緊靠脫水桶壁，衣服與脫水桶一起做勻速圓周運動。衣服所具有的向心加速度為1402m/s2，是重力加速度的143倍。
由此可見，一個水滴它需要的向心力，大約是其自身重力的143倍，衣服不可能提供給水滴這樣大的向心力，于是水與衣服就分離了，并從棉壁的小孔中飛出去。
教師組織學生運用結論解決一些實際問題，這是檢查學生對知識的理解和鞏固的一種手段，也是遷移知識，深化知識的重要環節。通過運用和深化，使學生的知識、技能逐漸轉化為能力和素質，這是學生完成自身發展的延續。
完成教學、布置作業
1、再想一些生活中做圓周運動的例子，并分析它們所受的向心力。
2、 將傳感器的實驗數據發給學生，讓學生選取其中的8組實驗數據，進行描點作F—ω²圖。（培養學生處理實驗數據和分析能力）
二．課例評析
該案例是高一新課程優秀課例，在2004年廣東省高中新課程物理錄像課大賽中榮獲一等獎。整堂課充分體現了新課程對物理教學的要求，較好地實現了學習目標中“知識和能力”、“過程和方法”、“情感態度和價值觀”三個維度的協調統一。
本節課在知識目標上有兩個，一是建立向心力的概念，二是掌握向心力公式。該教學設計創建的物理情景、提供的實驗方案，不僅使學生經歷了建立概念、發現規律的過程，也很好地落實了過程目標和情感目標。具體的說，有以下幾方面：
1、在建立向心力概念的教學過程中，教師“飛車走壁”的演示實驗取材簡單，效果理想，有效地激發了學生的好奇心和學習興趣。
2、飛車走壁、圓錐擺等現象中，物體都做圓周運動，具有運動方面的共性，由此啟發學生對這些物體的受力進行分析，尋找受力方面的共性，使學生經歷了分析、比較、歸納等思維過程，也體驗到了成功的喜悅。
3、在探索向心力規律的教學環節中，教師循序漸進，由學生的定性感受，到教師的半定量演示，到傳感器的準確測量，能激發學生主動參與。學生通過小球、橡皮筋等器材去感受向心力的大小，為提出猜想提供了事實依據；在教師進行演示實驗之前，教師要求學生根據控制變量法說說實驗步驟，并要求學生設計記錄實驗數據的表格，使學生參與到設計實驗過程中。
4、恰當地將信息技術與物理課程相整合，采用了傳感技術，將傳感器采集的向心力和角速度的實驗數據及其圖象展現出來，并要求學生在課后將這些實驗數據選取其中的8組，描繪在坐標中作為作業；將探索規律的過程延續到課后，培養了學生處理實驗數據和分析論證的能力。
5、本節課中還有不少鞏固訓練，其中，洗衣機那道題要求學生從表格中發現信息，都來源于生活。
（競賽評委組）
