基於學生體驗的認知教學
——《向心力》教學設計
一．前期分析
「向心力」是人民教育出版社2023年出版的普通高中課程標準實驗教科書《物理2》（必修）第五章曲線運動中第六節的內容。
本節課是一節向心力的概念課，是圓周運動的重點與難點，也是學好圓周運動的關鍵，學好這部分知識，既讓學生明白了牛頓運動定律同樣適用於分析曲線運動，同時也為以後學習天體運動和帶電粒子在磁場中的運動打下基礎。
教材的編排思路非常清晰，先從身邊的事例出發，讓學生體會到做圓周運動的物體需要有乙個指向圓心的力，從而定義向心力的概念，討論了向心力的性質和特點，然後根據牛頓第二定律和向心加速度表示式得到向心力的表示式，之後為了讓學生對向心力有乙個感性的認識，設計了「實驗」欄目——「用圓錐擺驗證向心力的表示式」，一方面可以減少由於器材引起的困難，確保實驗的開展，有利於分組學生實驗。另一方面，用生活中常見的物品做實驗會拉近科學與學生的距離，使學生感到科學就在我們身邊，對科學產生親切感。然後讓學生在更一般、更廣闊的背景下認識圓周運動和曲線運動。
最後，設定了「做一做」欄目，通過體驗性實驗，讓學生獲得直接的感性認識，加深對向心力的理解。
學生在學習此節之前已經學習了直線運動和用牛頓運動定律解決相關問題，並通過前一節的學習，已經從數學的角度初步完成了向心加速度的推導，對向心加速度的概念也有了一定的了解。但是由於經驗或者思維定勢，往往認為向心力是一種新的力，在對物體受力分析的時候多分析了乙個向心力，究其原因還是學生對向心力的體驗不夠，所以在教學過程中要多設計體驗性的實驗，讓學生親身去感受，去體驗向心力的存在及**；另外由於向心加速度本身從理論上推導得出的，而本節繼續從理論的基礎上推出向心力表示式，學生對向心力表示式是否接受或者完全接受其實還是要打問號的，因此非常有必要通過實驗對表示式加以驗證，最好是能夠做到比較準確的驗證，而不是粗略的驗證。這樣做不僅解決了學生對表示式的疑慮，而且還從另乙個方面使學生能感受到牛頓運動定律不僅適用於直線運動，同樣適用於圓周運動，有利於學生對牛頓運動定律的深化理解。
而教材中實驗的難點在於不易保持擺球的圓周運動，所以相當有必要對實驗進行改進，以保持擺球圓周運動的持續性和穩定性，進一步保證了實驗的精確性。
同時本節課限於時間的限制，不可能面面俱到，對於變速圓周運動跟一般曲線運動中向心力問題，可以作為學生課後拓展性知識。重點應放在如何幫助學生在勻速圓周運動中如何形成向心力概念。
（一）教學要求
（二）教學重點
1.向心力概念的理解
2.體驗向心力的存在和影響向心力大小的因素
3.實驗驗證向心力的表示式
（三）教學難點
1.向心力概念的理解
二．教學目標
知識與技能
1．知道什麼是向心力，理解它是一種效果力。
2．理解向心力公式的確切含義，並能用來進行簡單的計算。
3．知道向心力的公式也適用於變速圓周運動
過程與方法
1．通過實驗，體驗和感受向心力的存在和向心力大小的影響因素。
2．經歷向心力公式的理論推導和實驗驗證過程，並體會其中所涉及到的物理思想與方法。
情感態度與價值觀
1．通過親身的體驗，拉近科學與學生的距離，使學生感到科學就在身邊。
2．在實驗中，培養動手的習慣和操作能力及分析問題、解決問題的能力。
3．感受成功的快樂，體會實驗的意義，調動學生學習的積極性，激發學生學習物理的興趣。
三．教學設計思想
本節課的重點和難點是學生如何建立向心力的概念，而物理概念的形成是乙個非常複雜的過程，從認識論的角度來講，物理概念的形成通常可以概括為三個階段，即通過生活經驗和觀察實驗獲得感性的認識的階段、由感性認識上公升到理性認識的階段、理性認識到實際運用的階段。為了有利於學生概念的形成，教師必須加強物理實驗，並充分利用**、圖形、電視錄影、多**課件等手段再現知識發生、發展的過程，並用**並茂的方式為學生提供豐富的感性材料，促進學生的思維活動，降低學生形成概念的難度。本節課基於學生學習體驗的教學模式，在教學中設計各種活動和實驗，讓學生從中去體驗、去感受向心力的存在及其影響因素，當學生有了真切的感受之後，才有進一步學習的慾望和動力，然後因勢利導，同時也能很好的解決教學中的重點跟難點。
教學設計的流程圖：
四．課前準備
1．學生應該對簡單的勻速圓周運動進行受力分析，知道向心加速度的概念、公式及物理意義
2．實驗儀器：原子筆杆、50cm細線、小鋼球、塑料球、向心力演示儀、改進後的圓錐擺
3．製作ppt
五．教學過程
（一）創設問題情境，提出向心力
師：我們來看兩個做勻速圓周運動的例子，思考這樣的問題：他們的受力情況如何，這些物體為什麼沒有飛出去？
（1）繩的一端系一小球，使小球在水平面內做圓周運動（2）地球繞太陽運動
學生活動：對以上兩個物體分別進行受力分析：
提問：他們的受力有什麼特點？
引導學生回答：合力指向圓心，並且跟速度的方向垂直。
總結歸納：看來，要使物體做勻速圓周運動，必須使物體受到與速度方向垂直而指向圓心的力的作用，在物理學中稱之為向心力。
引導學生進一步歸納：向心力是按照力的作用效果命名，可以是合力提供，也可以使由某乙個力提供，也可以是某乙個力的分力提供。
（二）創設活動和實驗情境，體驗向心力
師：你想親身感受向心力的存在嗎，能不能在現場設計乙個活動，感受向心力的存在？
生：兩個人手拉手，乙個人繞另乙個人轉，或者相互轉。
師：是否介意我們一起來完成這個活動？
師生共同完成這個活動（在活動中也要凸顯學生的主體作用，把自己當作配角，讓學生發出指令，老師繞學生轉）
師：你感受到了向心力的存在嗎？**感受到了？
生：手感受到了。
師：有沒有什麼辦法使你的感受更強烈些？（通過這個問題尋找向心力大小的影響因素）
生：你可以轉的快一些，我們之間的距離變大些，你的質量大一些。
師：根據你的感受，你認為向心力的大小與哪些因素有關？
生：與做圓周運動物體的質量，半徑，轉速（角速度）有關。
（通過該活動不僅讓學生親身感受了向心力，使其對向心力有了感性的認識，而且拉近了師生的距離，充分調動了學生的積極性，很好的激發了學生的學習熱情）
師：同學們利用桌上的裝置設計一些方案，親身感受向心力的存在及影響其大小的因素。
學生設計活動方案，活動之後，然後讓學生匯報其體驗的結果。
（學生在活動過程中一開始不知道怎麼弄，因此要適時的對學生的活動進行指導，學生通過該實驗再次親身感受並體驗了向心力及其大小的影響因素，使學生對向心力有了進一步的認識，並且啟發了學生的思維，使其有進一步學習向心力的慾望）
（三）聯絡舊知，尋求解釋，獲取新知
師：通過以上的活動與實驗，大家切實感受到了向心力的存在，並且對影響向心力的大小因素也達成了共識，那我們能不能從理論上去進行解釋呢？
引導學生回顧做勻速圓周運動的物體具有向心加速度，產生向心加速度的力其實就是向心力。根據牛頓第二定律，可以得到向心力的表示式：或者。
（通過該環節的理論推導，不僅使學生的體驗有了理論的支撐，而且使學生能感受到圓周運動中力與運動的關係，同樣也遵循牛頓運動定律）
（四）實驗驗證，深化新知
師：由於上一節的向心加速度的表示式本身也是從理論上推導得出的，這些理論正確與否我們必須通過實驗來驗證。
展示向心力演示儀，結合ppt給學生介紹其構造和工作原理，引導學生說出驗證採用的方法──控制變數法，然後確定具體的方案。
教師演示給全班同學並引導學生通過實驗現象共同歸納出結論：
半徑r、角速度ω一定，與質量m成正比；
質量m、角速度ω一定，與半徑r成正比；
質量m、半徑r一定，與角速度ω的平方成正比；
師：通過該結論好像只能驗證我們表示式裡面的比例關係是正確的，但是影響向心力大小是否還有其他的因素，又是怎樣的關係我們好像還不得而知，因此我們又必須通過進一步的實驗來檢驗表示式是否正確？
展示改進的圓錐擺——用電動機製作的乙個電動的圓錐擺，可以改變擺長、轉速、以及小球的質量，可以做到轉速穩定、半徑不變、擺角不變。
首先引導學生明確該實驗的目的：驗證向心力表示式或者；
然後引導學生從力的角度分析向心力的**，得出向心力的大小；
進一步明確實驗的目的：檢驗與是否相等。
師：實驗過程中我們需要測量那些物理量？分別如何測量？
生1：質量、角度、半徑、角速度；
生2：質量不需要測量，兩邊都消掉了；
生3：角速度直接不好測量，可以先測量其週期
師：很好，那週期怎麼測量呢？
生3：哦，應該測量他很多圈所用的時間，然後再用總時間除圈數
生4：角度也不是很好測量，可以測量半徑跟擺長；
生5：半徑好像也不是很好測量
對學生的回答給予肯定，引導學生對需要驗證的等式進行化簡：
∵ r= htanθ
所以我們只需要測量週期跟高度就可以了。
請兩位學生協助共同完成實驗的資料記錄與處理
引導全體同學結合以上的資料對實驗的可靠性進行評估。
（實驗方案確定了之後，關於實驗當中需要測量哪些物理量，不能僅憑公式中存在的物理量，應該在實驗前期進行分析論證）
（五）聯絡實際，鞏固反饋，活化新知
1. 將桌球倒扣在高腳玻璃杯內，快速在桌面上旋轉杯子，使桌球在杯內快速轉動，讓學生分析桌球的向心力是由什麼力提供的，
引導學生構建物理模型，正確選取研究物件並對研究物件進行受力分析，找出向心力的**。
2．實驗演示物體隨圓盤轉動，首先讓學生分析物體向心力是由什麼力提供的，然後給出物體的質量m=100g,距離圓盤中心0.2m的位置，圓盤轉動的角速度大約是4rad/s,求物體所受向心力的大小？
（該問題學生對物體的向心力可能有不同的意見，應該給學生充分思考的時間）
（六）歸納小結
讓學生結合自己的體驗與學習梳理本節課的內容，讓他們談談對向心力的理解，相互之間進行補充。
六．形成性練習
1.地球質量為6.0×10-24kg，地球與太陽的距離為1.5×1011m。地球繞太陽的運動可以看做勻速圓周運動。太陽對地球的引力是多少？
2.試估算地球赤道上質量1kg的物體隨地球自轉所受向心力的大小？
3.小物體隨圓盤做勻速圓周運動，（1）小物體離盤近一些還是遠一些容易滑動（2）如果滑動，小物體會向哪個方向運動。（3）若物體隨圓盤做變速圓周運動，某時刻的向心力大小如何計算？
必修二5 6向心力導學案
6.向心力 問題導讀 使用時間 3月3日 3月5日 姓名班級 學習目標 1 理解向心力的概念及其表示式的確切含義 2 知道向心力大小與哪些因素有關，並能用來進行計算 3 進一步體會力是產生加速度的原因，並通過牛頓第二定律來理解勻速圓周運動 變速圓周運動及一般曲線運動的各自特點。知識回顧 1 用線速度...
2019高中物理 新人教必修二 5 7《向心力》規範訓練
7 生活中的圓周運動 時間 60分鐘 知識點一水平面內的圓周運動 1 在鐵路轉彎處，往往使外軌略高於內軌，這是為了 a 減輕火車輪子對外軌的擠壓 b 減輕火車輪子對內軌的擠壓 c 使火車車身傾斜，利用重力和支援力的合力提供轉彎所需向心力 d 限制火車向外脫軌 解析鐵路轉彎處，若內外軌一樣高，重力和軌...
新課標人教版5 6向心力教學案
一 學習目標 1.知道向心力是一種效果力,產生向心加速度，方向指向圓心 2.知道向心力與合外力的關係，會分析向心力的 3.結合向心力認識向心加速度，並能應用公式進行計算。學習重點 運用向心力 向心加速度的知識解釋有關現象 學習難點 能說出向心力的概念及其 二 學習過程 一 向心力 問題1 做勻速圓周...