资源简介

向心力
一、任务分解
二、教学活动
任务1：向心力的来源及其命名
问题情景：如图1、2、3。

问题 导向的素养目标
1.如图1，小球在细绳的牵引下在光滑的水平桌面做匀速圆周运动。如果绳子断了，小球还能做圆周运动吗?为什么? 知道做圆周运动的物体需要方向指向圆心的力(物理观念)；
能够根据绳子拉力特点确定圆周运动小球受力方向(科学思维)。
2.在运动过程中，竖直方向的重力与桌面支持力是什么关系?水平面上绳子给小球的作用力在整个运动过程中有什么特点?
3.如图2，物块在水平圆盘上随圆盘做匀速圆周运动。如果圆盘光滑，物块还能做圆周运动吗?什么力对物块做圆周运动起了作用? 根据运动和力的关系，能够从物体均做匀速圆周运动，判定都受到指向圆心的力(科学思维)；
能够通过运动分析，确定圆周运动的轨迹和圆心位置，能够通过受力分析，确定对物体做圆周运动起作用的力(科学思维)。
4.图2中的物块与图1中的小球运动情况相同吗?它们的受力是否也应该相似?你想到了什么?
5.如图3，小球在细绳的牵引下在空中做匀速圆周运动。圆周运动的圆心在哪?
6.图3中的小球与图1中的小球和图2中的物块运动情况相同吗?它们的受力是否也应该相似?你想到了什么?
7.图3中小球是否真的受到一个指向圆心的力?从力的合成角度看，这个力是什么?从力的分解角度看,这个力又是什么? 知道向心力是根据力的效果命名的，可以由某个力、合力或者分力提供，丰富了相互作用观(物理观念)。
8.向心力是否一定是一个真实力?向心力是否可以是几个力的合力或某个力的分力?
教学建议：
（1）思维引导建议：图1中小球所受的向心力方向确定是根据绳子受力特点——沿绳方向，对图2案例，先从运动角度确定其与图1运动相同，根据力与运动关系，其受力应该也相似；对图3案例，分析思路与前面相同，但需要结合力的合成与分解知识。对这三个案例的总结与概括，已经可以让学生认识到向心力的特点和本质。教学中是先讨论案例2，还是先讨论案例3，可以根据教师对学生已有知识与难点的把握来灵活处理。
（2）教学活动建议:问题1、2考虑到学生的已有知识，可采用独立思考并回答的方式；问题3、4可先让学生独立思考，后在小组讨论的基础上回答；问题5、6可采用独立思考并回答的方式；问题7、8可先让学生独立思考，后在小组讨论的基础上回答。
任务2：向心力的相关因素
问题情景：如图1。
问题 导向的素养目标
1. 对如图1所示的运动，可以改变的量有哪些? 你猜想向心力与这些量的定性关系是怎样的?
能根据已有基础和生活经验猜想向心力大小与物体质量、角速度、轨道半径的定性关系,并设计实验加以证实(科学探究)。
2.如何保持转动的快慢不变?是线速度容易控制，还是角速度容易控制?
3.只增大质量的情况下,向心力大小如何变?
4.只增大半径的情况下,向心力大小如何变?
5.只增大角速度的情况下,向心力大小如何变?
教学建议：
（1）思维引导建议：首先对图1的实验装置分析相关的物理量，思考这些量的控制与测量，由于是定性实验，保持转动的快慢不变可以通过数数的方式把握转动节奏，力的大小如果力能够清晰感受到，也不一定要用测力计。
（2）教学活动建议:对问题1，可让学生回答，其他同学补充；对问题2，可在学生思考的基础上小组讨论，再交流。对问题3、4、5，因是实验基础上的问题，可让学生回答。
任务3：向心力的定量研究
问题情景：如图4或者图5。
问题 导向的素养目标
1.在如图4(或者图5)的实验装置中,向心力的大小怎样测量？ 能够理解定量研究向心力的实验原理并知道控制、测量物理量的方法(科学探究)；
2. 在如图4(或者图5)的实验装置中,物体的质量如何改变?运动轨道半径如何设定?,
3.在如图4(或者图5)的实验装置中,物体的角速度如何控制或测定？
4.你安排的实验步骤是怎样的? 能够设计实验过程,通过数据处理得到实验结果(科学探究)；
知道向心力的表达式以及相应变式(物理观念)
经历 “向心力”的合作探究活动，培养了学生参与活动的热情和与他人合作的精神(科学态度与责任)。
5.得到的实验结果是怎样的?根据已有知识,还能写成怎样的表达式?
教学建议：
（1）思维引导建议：根据学校条件和已有实验器材，既可以教师演示实验(图4或图5)，也可以让学生进行小组探究(图5)，还可以将两者结合。传统实验和DIS实验结合的方式进行探究的好处在于既突出了传统实验直观，又突出了DIS实验物理量测量和数据处理方便。
（2）实验操作和数据处理建议：首先用传统实验仪器进行实验：
控制变量 实验研究向心力的变化
、一定 研究与关系
、 一定 研究与关系
、一定 研究与关系
通过该实验，学生有了一个较为明确的结论，但还不够精确，学生中还会有不同意见或争论。进一步用DIS实验仪验证就很有必要。实验分三个小组，分别研究上述表格中的三种情况，对实验结果按照数据处理方法处理数据，得到结论。
(3）教学活动建议：对问题1、2、3，先让学生回答，在学生回答的基础上教师补充完善；对问题4，让学生独立思考后回答；对问题5，让学生先自己推导，再展示，其他同学补充完善。
任务4：变速圆周运动和一般曲线运动中的受力分析
问题情景：如图6所示运动员在投掷链球，如图8为汽车在弯曲道路上运动。
问题 导向的素养目标
1.链球运动员在掷出链球之前的加速过程如图6所示，能近似看做圆周运动吗?还是匀速圆周运动吗? 能够分析因素作用的大小，建立圆周运动模型(科学思维)；
能根据力的作用效果分析变速圆周运动物体的受力情况(科学思维)；
知道变速圆周运动时,合力方向与速度方向不垂直(物理观念)。
2.做圆周运动需要什么方向的力?速度变大需要什么方向的力?你能画出相应的图示吗?
3.图7中的Fn、F?来源哪里?绳子与圆周(速度方向)还垂直吗?
4.如图8,汽车在水平弯曲的道路上行驶时,能近似看做圆周运动吗?还是匀速圆周运动吗? 知道一般的曲线运动可看作许多圆周运动组合而成，向心加速度、向心力公式仍然适用(物理观念)
能够应用等效和微元方法，将一般的曲线运动转化为圆周运动(科学思维)。
5.你能大致分析汽车的受力情况吗?
6.汽车在图9所示的道路上行驶，如果从速度计读得了汽车的速度,为了计算汽车的向心力,还需要做什么?
7.向心加速度与向心力公式是否只适用匀速圆周运动?为什么?
思维引导建议:图6和图8都是真实的问题，这类问题的处理首先要引导学生通过受力、运动分析，确定模型，如果直接确定模型有困难，还需要通过等效、转化、微元等方法的运用。
（2）教学活动建议：对问题1，可让学生独立回答，其他同学补充；对问题2，可让学生先独立思考并画受力分析图，再让学生展示并解释，其他同学补充；对问题3、4、5，可让学生独立回答，其他同学补充；对问题6，可让学生先独立思考，再小组讨论后回答；对问题7，可让学生发表意见,最后教师总结。

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