《探究向心力大小的表达式》说课稿

《探究向心力大小的表达式》说课稿一、 使用教材本实验使用的教材是人教版普通高中物理必修2第六章第二节向心力。二、 实验器材向心力演示仪、DisLab向心力实验设备、力传感器、钩码、机械能实验背景板、数据采集器、笔记本电脑。向心力研究实验装置三、实验创新要求/改进要点2004版旧教材，在此处设计的是“用圆锥摆粗略验证向心力的表达式”该实验：很难给小球施加合适的初速度，让其在水平面内做匀速圆周运动，小球运动过程中由于阻力，轨迹也会慢慢变成椭圆；小球在摆动过程对应半径,和高度h和周期T不好测量计算麻烦，所以，本实验只能够粗略验证验证向心力的大小。2019新版教材中，重新选择了传统实验“向心力演示器”来探究向心力的大小。这个实验的优点是：现象直观，操作方便。这也是新教材选择它的原因。但是，这个装置也有局限性：圆周运动的半径是设计好的固定值，不具有普遍意义。向心力的数值只能通过比值比较，无法准确测量。不过，我们可以用更精密的设备，改进创新数字实验来弥补这个问题。在完成向心力公式F*2r的探究后，通过简单改制DIS机械能守恒实验器，探究向心力的另一个公式V2F=m—。r我们把Dis机械能守恒实验器的背景板安装在铁架台上，把力的传感器安装在铁架台的顶端，选择不同质量的钩码作为摆件，悬挂在力传感器的挂钩上，光电门传感器放置在背景板最低点D。四、 实验原理/实验设计思路为了全面又精确的探究向心力的大小，我们计划分别应用传统的向心力演示器和自制改进的Dis数字实验设备，通过控制变量法，探究向心力与其决定因素之间的关系，确定向心力的大小表达式。五、 实验目标挖掘本实验蕴含的物理学科核心素养，从物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任四个方面制订了本实验课学生学习的目标。通过活动体验和科学探究，进一步完善向心力的概念，深化运动与相互作用观念。感受影响向心力大小的因素，并通过理解实验原理探究它们之间的关系，领会利用控制变量法研究问题的科学思维。通过传统实验和创新数字化实验相结合，完成从定性到定量的科学探究过程。通过科学探究过程，加强学生将物理知识与信息技术的融合，培养学生严谨求实的科学态度与责任。六、 实验教学内容应用传统的向心力演示器和自制改进的Dis数字实验设备，通过控制变量法，探究向心力与其决定因素之间的关系，确定向心力的大小表达式。七、 实验过程（一）向心力演示器首先，让学生了解实验装置，并思考以下几个问题。思考问题：该演示仪中，向心力的大小如何测量？实验中如何改变物体的质量？如何设定轨道半径的关系？如何控制角速度的？左右两个塔轮用的皮带传动，皮带上各点的速度有什么关系？实验操作：r、①相等，m1:m2=2:1，F1:F2=?将皮带套在第一层，两球的角速度相等，两球的半径也相同，左侧球的质量是右侧球的两倍。摇动手柄，观察两者向心力的大小。（视频）发现向心力大小之比为2:1。m、力相等，r1：r2=2:1,F1:F2=?将皮带套还在第一层，两球的质量相等，但左侧球半径是右侧球半径的两倍。摇动手柄，观察两者向心力的大小。（视频）发现向心力大小之比为2:1。3m、r木日等,。）:—1：2■。）:=1：.,F:F—?.mi、r，^ui：^^2—[,匕，^^1：^^2—』,。，上】：土2—.将皮带套在第二层，左右轮角速度之比是1:2,两球的质量和运动半径相等，摇动手柄，观察两者向心力的大小。（视频）发现向心力大小之比为1:4。将皮带套在第三层，左右轮角速度之比是1:3，质量和运动半径相等，摇动手柄，观察两者向心力的大小。（视频）发现向心力大小之比为1:9。实验结果表明：r、u相等，向心力F与质量m成正比m、u相等，向心力F与半径r成正比m、r相等，向心力F与角速度的平方U成正比。（二）DIS向心力实验系统以上实验虽然直观形象操作方便，但是仅限于比值关系的确定，属于半定量研究。我们可以用更精密的仪器来弥补这个局限性。装置介绍：力传感器可以记录指向圆心方向的合力，准备俩个质量不同的物块，运动半径可以从悬臂上读取。转动悬臂，物块和挡光条做圆周运动，光电门传感器可以记录挡光条的遮光时间，从而算出物块运动的角速度。我们借助于操作软件，通过控制变量法，可以得到向心力F与半径,质量m和角速度u的定量关系。（三）创新改进向心力实验1.设计思路及装置改装原理图2实物装置图原理图2器材：长细线、50g、96g和200g钩码摆件、光电门传感器、铁架台以及标有刻度线的四分之一圆板（实验装置图1）、米尺。改装方法：我们把Dis机械能守恒实验器的背景板安装在铁架台上，把力的传感器安装在铁架台的顶端，选择不同质量的钩码作为摆件，悬挂在力传感器的挂钩上，光电门传感器放置在背景板最低点D。实验原理向心力的测量对摆件做受力分析，摆件下摆时，力传感器记录拉力 F随时间t的图像，图像第一个峰值是摆件摆到最低点的绳子的拉力，则向心力 Fn=F-mg。速度的测量我们把光电门传感器安装在1/4圆板的最低点D点。释放摆件，当摆件经过光电门时，传感器会记录摆件的挡光时间，用摆件的宽度除以挡光时间，可求得摆件通过D点的瞬时速度。半径的测量用米尺量取从悬点到钩码挂钩的距离l和钩码的高度久因钩码质量均匀形状规则，摆长（运动半径r）=l+h/2。探究方案：通过控制变量法，分别测出向心力F与摆件的质量m，与最低点速度V，与运动半径r的关系，并用图像呈现他们的关系。数据分析（1）半径r（r=39.5cm）和速度V一定，分别用质量m为50g、96g、200g的摆件实验，测量并计算摆球在最低点的向心力，得到向心力与质量的实验数据如表 1，两者关系图像如下图3。表1摆件质量（m/g）实测拉力（F/N）向心力测算值（Fn/N）500.930.44961.840.90

由表一和图3可以看出，当半径，和速度v一定，向心力Fn与质量m的图像是线性关系，向心力Fn与质量m成正比。质量m(m=0.096kg)和半径r一定，让摆球从三个不同高度摆下，光电门传感器记录挡光时间，，力传感器记录绳子的受力情况，根据图像测算出最低点向心力，摆件的宽度是d=3.18cm，可以求得摆件经过最低点瞬时速度v。得到向心力与速度平方的实验数据如表二，两者关系图像如下图 4.表二释挡光时间D点瞬时速度D点瞬时速度的实测拉力向心力测算值放(t/s)（v/m-s-1）平方(v2/m2-s-2)（Fn/N）（Fn/N）点八、、Q0.011952.667.07562.121.18A0.015871.894.0081.790.85C0.029431.081.16641.250.31

表二和图4可以看出，当半径r和质量m一定时，Fn与v2的图像是线性关系，向心力Fn与速度的平方V2成正比。（3）质量（m=0.096kg），速度v2（v2=2gAh）不变，即摆球下落高度Ah=20cm不变。记录最低点的拉力，测算最低点的向心力数值，得到向心力与半径的实验数据如表三，两者关系图像如下图6.T—系列T—系列1——线性（系列1）半径的倒数1/r（1/m）表三和图6表三和图6可以看出，当速度v和质量m定时，Fn与1/r的图像是线性关系，向心表三半径半径倒数实测拉力向心力测算值（r/m）（r-1/m-1）（Fn/N）（Fn/N）0.156.661.770.830.2541.500.560.352.861.400.46力Fn与半径r成反比。实验结论：当半径r和速度v一定时，向心力Fn与质量m的图像是线性关系，向心力Fn与质量m成正比。当半径r和质量m一定时，Fn与v2的图像是线性关系，向心力Fn与速度的平方v2成正比。当速度v和质量m一定时，Fn与1/r的图像是线性关系，向心力Fn与半径r成反比。误差分析探究向心力的大小实验的误差来源有：读数、测量误差等等向心力演示仪Dis向心力设备传感器创新改进向心力实验系统误差调零调零、初速度调零、随机误差数据读取，操控数据一次（二次）拟合测量，重心的选择八、实验效果与反思本节课以“探究向心力的大小”为中心，是新课标新加入的学生必做实验。“向心力演示仪”虽是传统