【教育资料】广东省中山市卓雅外国语学校-高中物理创新实验说课-探究向心力学习精品
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广东省中山市卓雅外国语学校-高中物理创新实验说课-电磁阻尼实验展示及应用电磁阻尼实验展示及应用一、使用教材人教版高中物理《选修3-2》第四章第六节。
二、实验器材自制教具1.实验一: 铝管、圆柱体强磁铁、硬币。
2.实验二:铝板、塑料板、长方体强磁铁、白纸。
三、实验创新要求/改进要点作为课本上经典电磁阻尼实验的补充。
实验的第一部分,是在一次听浙江省赵力红老师的讲座时得到的启发,当时他用的是一个开了槽的铝管和一个没有开槽的铝管,没开槽的只能得出磁铁在铝管中下落比自由落体在时间上延迟了很多,但看不到的运动过程,开了槽铝管的虽然能看到磁铁的运动过程,但很难给学生解释铝管内部的环形电流是怎么形成的,容易在课堂上引起更多的思考,导致电磁阻尼的重点被冲淡,所以本人经过思考和实践后,换成了有均匀用一个简单易操作、零失败的“魔术”,引起学生的好奇心。
经过少数学生的层层“揭秘”之后,所有学生都明白了,并且能够分析原理,应用楞次定律解决问题。
为了更好的巩固,使所学的内容能够顺利迁移到其它问题中,本人用了另一个发生在斜面上“魔术”,物理情境变了,受力分析变了,但内核不变。
同学们还可以从能量转化和守恒的角度来分析这个问题,一举多得。
四、实验教学目标(一)知识和技能(1)增进对电磁感应现象的了解,能对实验结果进行预测和判断。
(2)对涡流的机械效应(电磁阻尼)加深理解。
(二)过程和方法(1)通过金属导体和强磁铁在铝管中静止开始下落的对比实验,激发学生的学习兴趣和探究科学原理的动机。
(2)通过对强磁铁在铝板和塑铝板形成的斜面上的运动,巩固学生对电磁阻尼的理解。
(3)通过对铝板斜面上强磁铁最终的匀速运动分析,加深学生对“收尾速度”理解。
(三)情感、态度和价值观(1)对实验现象产生好奇、想要探究原理、之后恍然大悟的心理体验。
(2)对自己能够应用所学物理知识,解决实际问题的能力感到满意。
(3)将来遇到“神秘”现象时,首先想到利用科学的原理来分析。
光电效应实验设计一、使用教材人教版高中《物理》选修3-5二、实验器材自制光电效应实验演示仪、DIS系统、GD-28光电管、发光二极管(蓝、蓝紫、红)三、实验创新点与改进(一)创新点1.将教材的纯理论讲述变为直观实验,回归物理教学的实验本源.2.利用传感器绘制出I-U图像,通过图像对比让学生得出光电效应中存在饱和电流、遏止电压以及相关规律,同时也为分析最大初动能问题提供了基础。
(二)不足与改进1.由于目前市场上光电管型号少,导致本试验未能换用不同材料的光电管进行实验。
2.仪器还不够精致四、实验教学目标(一)知识与技能研究光电效应的实验规律(二)过程与方法通过观察与分析,培养学生思维能力和依据实验事实分析、探索问题的能力(三)情感、态度与价值观激发学生学习物理的兴趣五、实验教学内容研究光电效应六、实验原理(一)电路图与实物图(二)原理利用电流传感器、电压传感器研究光电效应实验七、实验教学过程(一)没有光照光电管的情况下,给光电管加上正向电压,观察是否有光电流产生。
结论1:没有光照的情况下,增加电压也没有光电流产生(二)用蓝光照射光电管,逐渐增大光电管上的正向电压,观察光电流的变化;改在光电管两端加上反向电压,逐渐增大反向电压,再次观察光电流的变化。
结论2:正向电压越大,光电流越大;反向电压越大,光电流越小;存在饱和光电流和遏止电压(三)用蓝光照射光电管,以光电管所加电压为横坐标,以电流为纵坐标,研究光电流随所加电压变化的关系。
(四)在3的操作基础上,增大蓝光光强度,再次研究光电流随所加电压变化的关系。
两种不同强度蓝光对比图结论3: 入射光越强,饱和电流也越大;同种频率的入射光反向遏制电压相同,与光强度无关(五)换用紫光再次完成3、4的操作。
三种不同色光对比图结论4: 遏止电压与光的颜色(频率)有关(六)改变光强、光照时间,研究用红外线照射光电管,观察能否产生光电效应。
结论5: 存在截止频率(极限波长)八、研究的误差分析爱因斯坦光电方程是在同种金属做阴极和阳极,且阳极很小的理想状态下导出的。
广东省中山市卓雅外国语学校-高中物理-创新实验-探究功与速度变化的关系*说课题目探究功与速度变化关系*学科类别物理*使用教材人教版物理必修2 *授课学段高中*实验器材直径1.5mm、长6.5cm、锰65的轻弹簧5个,钩码6个,小车1个,光电门2个、数字计时器1个、一端有定滑轮的导轨1个,电火花打点计时器,导线,刻度尺,垫板和垫片各1个。
*实验创新点或实验不足与改进*实验原理或实验设计思路*实验教学目标(一)知识与技能1.会用光电门和数字计时器测物体的速度。
2.利用物理图像探究功与物体速度变化的关系。
3.会巧妙的运用“倍增法”。
4.能进行实验设计,会采集分析实验数据。
(二)过程与方法1.通过参与整个探究过程,体验科学探究的方法。
2.通过解决变力做功问题,体会科学方法的精妙。
3.通过对实验数据的分析处理,体会利用图象法寻找物理规律的过程。
(三)情感态度与价值观1.通过分析“实验数据”、归纳变力功和速度关系过程中,学习数据处理的方法,提升学生物理核心素养。
2.分组实验、探究规律的过程,体会科学探究的过程,感受发现规律的乐趣,增强团队意识、加强动手能力及语言表述能力,提升物理素养。
*实验教学内容本节课的重点让学生从实验中探究和体验功与速度变化的关系,让同学们利用原来学过的功的知识、使用过的或是教师自行设计的实验仪器学生自己设计可行的实验方案,并进行实践、展示和交流,激发学生热情,开拓学生思路,锻炼学生能力,坚定学生信念---实践是检验真理的唯一标准。
*实验教学过程*实验教学效果与评价优点:功与速度变化关系这是一个探究性实验,其中包含平衡摩擦力、功的测定、速度的测量、图线分析等多种科学研究方法,通过学生分组实验,体会科学探究的过程,感受探究物理规律的乐趣,增强团队意识、加强动手能力及语言表述能力。
通过学生亲身尝试,培养学生的创新思维、更提升学生的核心素养。
由于每个学生都积极参与了建立物理规律的全过程,付出过艰辛的劳动,所以同学们对整个过程十分熟悉,感到自然真切,对所得结论理解透彻,记忆持久,运用自如,尤其是变被动地接受知识为主动去探究新知。
《探究向心力》说课使用教材:人教版高中物理必修二、第五章第6节《向心力》一、教材分析(一)教材地位向心力、向心加速度是本章教学的重点,具有承前启后在作用。对前是牛顿运动定律的延伸,对后是圆周运动的应用,以及为万有引力做知识储备。(二)教材设计思路课本用向心加速度公式结合牛顿第二定律从理论推导向心力表达式,再利用课本实验——用圆锥摆粗略验证向心力的表达式,这个实验虽简单直观,但是实际操作困难,物理量难测量。二、物理核心素养教师在教学过程中,应该培养学生的物理核心素养,设计探究实验,让学生从事实经验出发,推理猜想,再用实验验证,像科学家一样思考,得出结论。(一)物理观念:从物理学视角形成的关于物质、运动与相互作用、能量等的基本认识,是物理概念和规律等在头脑中的提炼和升华(二)科学思维:基于事实证据和科学推理对不同观点和结论提出质疑、批判,进而提出创造性见解的能力与品质(三)实验探究:提出物理问题,形成猜想和假设,获取和处理信息,基于证据得出结论并做出解释,以及对实验探究过程和结果进行交流、评估、反思的能力(四)科学态度与责任:在认识科学本质,理解科学·技术·社会·环境(STSE)的关系基1础上逐渐形成的对科学和技术应有的正确态度以及责任感三、教学目标和实验内容(一)教学重点1.理解向心力的概念2.学生感受向心力和实验探究向心力的表达式(二)教学难点学生实验探究向心力的表达式(三)教学对象分析1.学生知识层面:学生已经学过匀速圆周运动的概念以及描述匀速圆周运动的物理量,从理论上推出了向心加速度的表达式,对数学的一次函数、二次函数关系已经熟练掌握。学生可以运用牛顿第二定律结合向心加速度公式,从理论上推导出向心力表达式2.学生能力层面:学生理解向心力是效果力,是指向圆心的合力;已经掌握用EXECL软件处理数据,合理选择变量,拟合图像的方法,初步具备探究实验的能力(四)实验方法定性关系实验:感受向心力定量关系实验:自制创新教具——无线向心力测量仪(图1)2图11.控制变量法(1)控制小球质量、半径不变,探究向心力与角速度的关系。(2)控制小球质量、角速度不变,探究向心力与半径的关系。(3)控制小球角速度、半径不变,探究向心力与质量的关系。2.图像法把数据输入计算机,用EXCEL分别作出F-ω2、F-r、F-m图像,得出结论。3.验证法将实验数据代入向心力表达式F=mrω2计算出结果,理论值与测量值比较,验证实验结论,得出结果。四、实验创新设计(一)兴趣实验——感受向心力1.【实验目的】(1)使学生初步认识向心力与其影响因素之间的关系。(2)使学生通过控制变量法完成实验。342.【实验装置】(图2)图23.【实验创新点】 这个实验装置比较简单,让学生通过甩动摆球,感受绳对手的拉力去体验向心力的大小。该实验现象明显,能很快让学生得到定性地结论,在具体教学中,很好地激发了学生的学习兴趣。教学的第一要素,是激发学生的兴趣,于是我设计了兴趣实验“感受向心力”。教师引导学生体会与猜想,小球做圆周运动的向心力大小与什么因素有关?学生通过实验猜想:向心力可能与半径、质量、角速度、线速度等有关系。看到学生的兴趣被激发出来,教师继续提问:角速度、线速度、周期有什么关系?学生根据线速度公式r Tr ωπ==2v 可以推理出其关系,于是缩小研究范围,讨论F 与m 、r 、ω、这4个物理量的关系。那么它们有什么样的定量关系呢?目前讨论向心力定量关系的实验有这些,通过实验研究我发现它们存在以下不足:课本圆锥摆实验操作困难,物理量难测量。传统的向心力仪器,只能粗测,不够精确。现在市面上最新、普及率最广的郎威传感器也存在以下不足:1、向心力间接测得,误差大。 2、只能生成F-ω图像,不满足多次控制变量的需求。 3、数据图像直接生成,没有让学生充分体验“过程学习”。为了解决以上不足,我自制创新教具——无线向心力测量仪(图3),突破教学难点。图3 无线向心力测量仪,是一个可以直接测F和ω的仪器。无线向心力测量仪各部分结构介绍如图4—11所示。图4这是角速度仪,可以直接显示角速度的大小,利用单片机驱动步进式电机获得稳定的角速度,调节旋钮,可以改变角速度的大小。外壳采用透明材料,让学生清晰看到内部构造,激发学生的兴趣。56图5这是测力计,内部安装拉力传感器,采用无线发射与接收的方式显示向心力的大小。我设计了2种显示力大小的方式,第一种、数字显示。第二种、通过自编软件,在电脑上显示。显示力的大小有2种方式:(图6、7)图6 第1种:数字显示 图7 第2种:通过自编软件,在电脑上显示这是圆心(图8),通过轨道上的标尺可以读出小球运动的半径(图9),改变线长,改变半径(图10),改变小球,改变质量图(11),小球的质量可以用天平测量出,还有可以调节水平的水平仪。7图8 圆心 图9 读半径图10 改变线长,改变半径 图11 改变小球,改变质量学生通过自制创新实验教具可以测出实验所需要的物理量——F 、m 、r 、ω(图12)图12(二)创新实验——无线向心力测量仪1.【实验目的】(1)使学生探究向心力于其影响因素之间的定量关系。(2)使学生通过控制变量法、图像法完成实验。2.【实验装置】(图13)图13 无线向心力测量仪3.【实验创新点】教师自制教具简单直观,该仪器可以直接显示向心力和角速度的大小,并且读数方便准确,非常有说服力。这个实验装置满足多次控制变量的要求,让学生充分体验“过程学习”,并且通过科学探究过程,树立科学探究意识,掌握科学探究方法。教师引导学生用无线向心力测量仪分组设计探究实验方案,学生通过观察讨论,得到本节课的实验方法:4.【实验方法】(1)控制变量法①控制m、r不变,讨论F、ω关系。②控制m、ω不变,讨论F、r关系。③控制ω、r不变,讨论F、m关系。(2)图象法:把数据输入电脑,用EXCEL分别作出F-ω2、F-r、F-m图像,得出结论。(3)验证法:实验数据代入F=mrω2计算,计算值与测量值比较,验证结论。下面我们来看一段学生实际操作的视频 (图14)89图145.【实验数据处理】如图15、16、17所示(1)控制m 、ω不变,探究F —r 关系。 (图15)图15实验结论:F 与r 成正比。(2)控制m 、r 不变,探究F —ω关系。(图16)10图16学生通过观察F —ω图像,发现是一条抛物线,于是猜想F 与ω2有关系,于是制出F —ω2图像。(图17)图17实验结论:F 与ω2成正比。(3)控制ω、r 不变,探究F —m 关系。(图18)11图18实验结论:F 与m 成正比。6.【实验结论】——F 与r 、m 、ω2成正比。通过控制变量法,学生得到了F-r 、F-ω、F-ω2、F-m 图像。我们发现,学生在实验的过程中,利用简单直观的自制教具,收集分析数据,选择合理变量,拟合图像。教师既让学生感受到了“过程学习”的乐趣,又培养了学生自主探究,归纳总结的能力。突破了本节课的难点,形成结论——F∝mr ω2,写成等式F=kmr ω2教师引导:k=?,能否用数据验证?学生把实验数据带入实验结论,比较测量值和计算值,发现2个值基本相等,即K=1,学生得出实验结论F=mr ω2。(图19)12图19教师再引导学生用向心加速度公式结合牛顿第二定律,从理论上也得到向心力的表达式。 进一步验证了实验的正确性。本节课到此,可能有些同学会思考:角速度和向心力的读数对吗?因此我设计了一个课外实验。(学生课后会想到的验证方法:弹簧秤去拉传感器,对照两个读数是否一致。角速度的测量利用秒表,使小球转动30圈,根据公式Tπω2=验证角速度的读数是否正确,等等方法) 五、教学反思与自我评价最后,我对这一节课做一个总结:层层递进、环环相扣,实验多变、方法多样,数字信息、创新巧妙,实验启智,科学育人。。
描述磁场的方向和强弱——磁感应强度一、使用教材人教版课程标准实验教科书:选修3-1 第三章第二节磁感应强度二、实验器材自制:“通电导线在磁场中受力分析仪”、条形磁铁、数据传感器、Dislab软件、电脑图1 通电导线在磁场中受力分析仪仪器结构1.导线2.力传感器:测量通电导体在磁场中受力大小。
3.旋转平台:使导线与磁场形成0-90度旋转变化反应受力大小的变化规律。
4.左右或者前后滑动体:通过滑动体可改变导线与磁场距离0-60mm的变动。
5.圆型滑动变阻器: 通过旋钮可改变电阻0-220欧6.旋转平台座:通过旋转平台座可方便使整台仪器与底座360度任意转动。
7.电流传感器:测量通电导体的电流大小。
8.上下升降旋钮:用来改变导线上下高度,改变距离范围50mm。
三、实验创新和改进要点①引入实验引人入胜、对比效果明显的引入实验会极大的激发学生学习热情,让学生认识到同一个磁场中的不同位置,磁性强弱不同的磁体激发的磁场中的同一位置,磁场强弱都不同,从而引入课题:寻找描述磁场强弱的物理量②演示实验创新要点:将通电导线放置于匀强磁场中,该分析仪实现了:导线与磁场间夹角方向可调节,电流大小可调节及导线接入长度可调节(匝数),再利用微力传感器和电流传感器准确测定并显示数据,准确寻找磁场对通电导线的力F与导线中的电流I和导线长度L的定量关系。
四、实验原理/实验设计思路(一)磁场方向的确定:学生实验,在磁场中放入一枚小磁针,移动小磁针位置时,小磁针会在磁场力的作用下转动,小磁针的指向就说明了该位置磁场的方向(二)磁场强弱的确定:磁感应强度这个知识点的教学,一直以来没有理想的定量实验器材,主要是孤立的电流元是不存在的,而用较短的导线视为电流元来做实验,其所受的力太小不易测出。
为此设计演示实验:采用宽度较小的通电线圈代表电流元,通过异名磁极(磁体采用钕铁硼强磁铁片叠加,其磁场类似条形磁铁)平行正对,叠加的磁场更强且接近均匀,再通过增加线圈匝数来放大电流元所受的作用力。
超重和失重一、使用教材人教版高中《物理必修1》第四章第七节用牛顿运动定律解决问题(二)第二讲。
二、实验器材自制支架、橡皮筋、定滑轮、绳子、整理箱、台秤、手机、电脑、传感器、饮料瓶、磁铁、医用润滑剂、蜡烛、气球、弹力圈等(图1、图2)三、实验创新要点/改进要点 本课实验改进的背景:生活中的超重失重现象往往转瞬即逝,难以观察。
在教材中,只是让学生“回忆” 乘坐电梯时的感受。
在以往教学实践中,也只是通过各种“巧妙”的实验,让学生“间接”感知超重失重,学生不能直接观察到超重失重现象(即物体对支持物的压力大于或小于物体所受重力的现象),增加了概念理解的难度。
特别是对于学生最感兴趣的完全失重现象往往只能播放一些太空实验的视频。
根据新课程标准提出的“体验探究,倡导创新“的要求,我设计了创新实验装置,将“转瞬即逝”的物理过程“慢放定格”,做到超重失重特别是完全失重过程的可视化,把太空舱里的完全失重实验搬到教室里来完成。
从而使教学过程更直观,使理论教学更水到渠成,使课堂教学更高效。
核心创新点:(一)超重、失重特别是完全失重过程的可视化:利用高速摄影+追随摄影,即手机“慢动作”摄像结合与研究对象的同步运动,做到清晰地直接地观察超重、失重、完全失重现象;(二)实验结果的呈现做到实时化:利用网络技术+屏幕镜像技术,即利用无线网络(WiFi )和屏幕镜像软件,将手机屏幕上的内容实时展现到大屏幕上,即将实验结果立刻呈现在学生面前,无需任何额外操作和等待,提高了课堂效率;(三)利用同一平台,完成多种实验:用同样的实验方法,可以探究多种运动,特别是转瞬即逝的快速变化的运动。
通过开展“寻找超重失重”活动,可以激发学生的研究积极性。
这样以点带面,引导学生整合各类物理知识,设计综合性实验;(四)利用普通生活中的常见物品及随身携带的手机就能完成一系列实验,且能观察到以往图1 图2在太空实验室中才能看到的实验结果,从而培养学生的科学精神和实验设计能力。
《探究加速度与力、质量的关系》说课文稿一、使用教材人民教育出版社高中《物理必修1》第四章第二节。
二、实验器材改装版多用力学轨道、小车、细线、钩码(若干)、动滑轮;朗威DISLab数据采集器、位移传感器、力传感器;计算机及定制软件(如图1)。
图1:实验装置图三、实验改进要点1、用升降台平衡摩擦:能实现轨道一端高度的连续、平稳的调节,相比传统的垫木块的方法操控性和稳定性更好,调节更方便。
改装后的轨道同样适用于其它需要平衡摩擦力的实验;2、用传感器辅助实验:方便实验操作和数据采集;3、直接测量拉力大小:回避了因重物失重而造成的系统误差;4、定制实验软件:解决了DISLab软件包不能同时支持加速度和力的数据采集的问题;5、计算机辅助处理:由计算机进行数据处理符合教材要求。
四、实验设计思路1、平衡摩擦力的过程不仅操作麻烦,而且检验过程很繁琐,会耗费大量的时间。
不仅如此,部分同学还很容易忽略这一环节。
基于这一考虑,我设计了轨道升降台,不仅简化了操作过程,量化平衡效果,还能在一定程度上吸引学生的注意力,起到提醒的作用。
2、传感器在物理实验中的广泛使用为实验方案的设计提供了更好的选择,在这个动脑和动手一样重要的探究性实验中,能很好地帮助学生突破实验方案设计的难点。
3、简化操作和数据处理过程;4、提高实验数据精确度。
五、实验教学目标1、知识与技能:学会用控制变量法研究物理规律;认识加速度与力、质量的定量关系;培养学生实验设计能力,提高实验操作技能;2、过程与方法:了解实验流程设计的可行性和合理性;利用图像处理实验数据的方法;利用传感器结合计算机进行物理实验;3、情感、态度与价值观:激发学生的科学探究热情;培养学生实事求是的科学态度和小组协作的团队意识;使学生更加热爱科学、热爱生活。
六、实验教学内容本节课介于牛顿第一定律和牛顿第二定律之间,是牛顿第一定律的深入拓展,更是牛顿第二定律的内容铺垫。
引导学生发现加速度、力、质量三者之间可能存在定量的关系,并设计实验来探究它们之间的关系。
向心力说课稿各位老师,你们好,今天我说课的题目是向心力。
下面我将从教材分析、学情分析、教学目标、教法学法和教学过程这五个方面来进行说课。
1、首先是教材分析。
向心力是粤教版高中物理必修2第二章第2节的内容。
本节内容主要探讨物体做圆周运动的条件、原因,让学生学习一个新的物理量向心力,本节内容是本章乃至必修2整本教材的重要章节,具有承上启下的作用,为后继学习天体运动打下了重要的基础。
2、接着学情分析。
本节内容的教学对象是高一学生,他们在前面已经学习了匀速圆周运动的概念以及描述匀速圆周运动的物理量线速度、角速度和周期,这为本节课的学习打下重要的基础。
但是,高一学生思维水平有限,逻辑推理能力和抽象思维能力尚未成熟,对理解产生圆周运动的条件具有一定的困难。
3、所以,根据以上我对教材和学情的分析,我确定了本节内容的三维教学目标。
首先,在知识与技能上,学生要知道什么是向心力,理解它是一种效果力,掌握向心力大小与哪些因素有关,理解并应用向心力公式,另外还要理解向心加速度的概念及相关公式。
其次,在过程与方法上,希望学生能在实验探究过程中懂得利用控制变量法研究问题,培养学生实验能力、分析解决问题的能力。
最后,在情感态度价值观上,希望通过本节内容的学习,能激发学生学习物理的兴趣,让学生体会学以致用,培养学生对科学的热爱,领悟科学研究的思想和方法。
另外,本节课的教学重点在于向心力公式的理解和应用,而难点在于让学生真正理解向心力概念的物理涵义。
4、根据以上的分析,我采用的教法是讲授法和分组实验法,而学生的学法是实验探究、观察、分析讨论以及归纳总结。
5、下面我将说一说我的教学过程设计。
我的教学流程将分为新课导入、讲授新课、课堂小结、课后作业这四个环节。
首先是新课导入。
老师用多媒体展示生活中圆周运动的例子,例如转动的风扇、旋转木马、摩天轮,水流星等等,引导学生回忆起之前学习的圆周运动知识,让学生观察圆周运动的特征并思考物体做圆周运动的条件是什么,怎样才能满足这些条件,由此正式进入新课讲授。
向心力一、使用教材本节课《向心力》选自广东教育出版社出版的粤教版高中物理必修二的第二章圆周运动的第2节。
适用于高中一年级学生下学期学习。
二、实验器材1、有机玻璃板框架;2、数显测力计;3、57步进电机控制装置;4、57步进电机;5、电机转速控制装置;6、转速显示器;7、有机玻璃弧形轨道;8、连接线;9、不同质量槽码;10、刻度尺;11、8字环;12、滑轮;13、电机联轴器。
三、实验改进要点在高中物理教学中关于向心力公式的得出是个难点,该公式的理论推导过程对学生来说过于抽象,不易理解。
而圆周运动这一章在高中物理中有着重要的作用和我们的生活联系也十分紧密。
使用电动向心力定量分析演示仪可以让学生通过实验探究,亲身感受什么是匀速圆周运动?什么是向心力?向心力由于那些因素有关,这比理论分析更有说服力。
传统的“向心力实验演示仪”仅仅是半定量的,并且误差较大,从而只能定性地说明向心力大小与相关变量有关,而无法定量地测出向心力与半径、线速度和质量有关,即准确性难以控制为了解决上述问题。
笔者设计制作了探究向心力演示仪,将向心力定性演示实验改进为定量操作实验。
本演示仪利用调速装置和测力装置,通过实际演示可分别改变质量、角速度、半径,实时读出向心力和转速的数值,分别探究上述物理量与向心力的关系,帮助学生更好地理解圆周运动的特点以及向心力公式。
本演示仪还针对传统电动向心力定量分析演示仪所存在的不足做了以下几点改进:一是,电机选用的是高精度的步进电机,调速方便,利用电机驱动装置和控制装置实时调节转速,转速精度高还可通过显示器直接读出转速。
二是,固定槽码的细线与数显测力计的连接是在渔具中使用到的高速轴承转环,这样可以防止细线在旋转的过程中因扭转而产生的缠绕。
三是,在轨道的中心位置安装了一个定滑轮,将水平弧形轨道中的槽码连线转90°与竖直方向的高速轴承转环连接。
四是,采用了精度更高的工业用数显测力计,使向心力的测量更加准确,测量时既可动态读数又可将测量数据进行存储,还能与计算机相连实现实验数据的实时输出,并能够方便、快捷读取平均值。
发问设疑:狗狗的家上半部分与空中出现肥皂泡为什么都会与球体有关呢?
情境创设:
不会游泳的水黾为什么能在水面上自由的奔跑?
启发思考:引出本节课研究的对象——液体的表面层
一、实验探究:
(1)建立液体表面张力的概念
自制教具为矩形线框,在它中间带有一个可以自由滑动将其浸在肥皂液中,上面会附着了一层液膜,
一个透明的玻璃杯,杯底粘了一层滤网,向杯中倒入一定量的清水,用一张透明的塑料片盖在杯口,然后将水杯倒置过来。
如果塑料片撤下将会发生什么现象?大部分的水并没
③通过自制教具,微观模拟:以直观的视觉效果,说明了液体表面层中分子之间的作用力为引力,并解释了之前肥
)球体的秘密:解释魔术中的狗狗之家、生活中的
太空中的水球都与球形有关的原因。
中太空水膜与太空水球,使学生深刻感受表面张力的作用效
(2)水黾漂浮之谜:并用铜片漂浮实验模拟自然界中水黾,进而让学生体会到物理就在身边。
3)生活中的表面张力:毫毛松散的毛笔浸入水中,然后提起,毫毛在水的表面张力作用下在笔尖处聚成一点。
工业上也用表面张力做焊接工作。
《探究向心力》说课
使用教材:人教版高中物理必修二、第五章第6节《向心力》
一、教材分析
(一)教材地位
向心力、向心加速度是本章教学的重点,具有承前启后在作用。对前是牛顿运动定律的延伸,对后是圆周运动的应用,以及为万有引力做知识储备。
(二)教材设计思路
课本用向心加速度公式结合牛顿第二定律从理论推导向心力表达式,再利用课本实验——用圆锥摆粗略验证向心力的表达式,这个实验虽简单直观,但是实际操作困难,物理量难测量。
二、物理核心素养
教师在教学过程中,应该培养学生的物理核心素养,设计探究实验,让学生从事实经验出发,推理猜想,再用实验验证,像科学家一样思考,得出结论。
(一)物理观念:从物理学视角形成的关于物质、运动与相互作用、能量等的基本认识,是
物理概念和规律等在头脑中的提炼和升华
(二)科学思维:基于事实证据和科学推理对不同观点和结论提出质疑、批判,进而提出创
造性见解的能力与品质
(三)实验探究:提出物理问题,形成猜想和假设,获取和处理信息,基于证据得出结论并
做出解释,以及对实验探究过程和结果进行交流、评估、反思的能力
(四)科学态度与责任:在认识科学本质,理解科学·技术·社会·环境(STSE)的关系基
础上逐渐形成的对科学和技术应有的正确态度以及责任感
三、教学目标和实验内容
(一)教学重点
1.理解向心力的概念
2.学生感受向心力和实验探究向心力的表达式
(二)教学难点
学生实验探究向心力的表达式
(三)教学对象分析
1.学生知识层面:学生已经学过匀速圆周运动的概念以及描述匀速圆周运动的物理量,从理论上推出了向心加速度的表达式,对数学的一次函数、二次函数关系已经熟练掌握。学生可以运用牛顿第二定律结合向心加速度公式,从理论上推导出向心力表达式
2.学生能力层面:学生理解向心力是效果力,是指向圆心的合力;已经掌握用EXECL软件处理数据,合理选择变量,拟合图像的方法,初步具备探究实验的能力
(四)实验方法
定性关系实验:感受向心力
定量关系实验:自制创新教具——无线向心力测量仪(图1)
图1
1.控制变量法
(1)控制小球质量、半径不变,探究向心力与角速度的关系。
(2)控制小球质量、角速度不变,探究向心力与半径的关系。
(3)控制小球角速度、半径不变,探究向心力与质量的关系。
2.图像法
把数据输入计算机,用EXCEL分别作出F-ω2、F-r、F-m图像,得出结论。
3.验证法
将实验数据代入向心力表达式F=mrω2计算出结果,理论值与测量值比较,验证实验结论,得出结果。
四、实验创新设计
(一)兴趣实验——感受向心力
1.【实验目的】
(1)使学生初步认识向心力与其影响因素之间的关系。
(2)使学生通过控制变量法完成实验。
2.【实验装置】(图2)
图2
3.【实验创新点】
这个实验装置比较简单,让学生通过甩动摆球,感受绳对手的拉力去体验向心力的大小。该实验现象明显,能很快让学生得到定性地结论,在具体教学中,很好地激发了学生的学习兴趣。
教学的第一要素,是激发学生的兴趣,于是我设计了兴趣实验“感受向心力”。教师引导学生体会与猜想,小球做圆周运动的向心力大小与什么因素有关?
学生通过实验猜想:向心力可能与半径、质量、角速度、线速度等有关系。
看到学生的兴趣被激发出来,教师继续提问:角速度、线速度、周期有什么关系?学生根据线速度公式r T
r
ωπ==
2v 可以推理出其关系,于是缩小研究范围,讨论F 与m 、r 、ω、这4个物理量的关系。那么它们有什么样的定量关系呢?
目前讨论向心力定量关系的实验有这些,通过实验研究我发现它们存在以下不足:课本圆锥摆实验操作困难,物理量难测量。传统的向心力仪器,只能粗测,不够精确。现在市面上最新、普及率最广的郎威传感器也存在以下不足:1、向心力间接测得,误差大。 2、只能生成
F-ω图像,不满足多次控制变量的需求。 3、数据图像直接生成,没有让学生充分体验“过程
学习”。为了解决以上不足,我自制创新教具——无线向心力测量仪(图3),突破教学难点。
图5
这是测力计,内部安装拉力传感器,采用无线发射与接收的方式显示向心力的大小。我设计了2种显示力大小的方式,第一种、数字显示。第二种、通过自编软件,在电脑上显示。显示力的大小有2种方式:(图6、
7)
图3 无线向心力测量仪,是一个可以直接测F 和ω的仪器。
无线向心力测量仪各部分结构介绍如图4—11所示。
图4
这是角速度仪,可以直接显示角速度的大小,利用单片机驱动步进式电机获得稳定的角速度,调节旋钮,可以改变角速度的大小。外壳采用透明材料,让学生清晰看到内部构造,激发学生的兴趣。
图6 第1种:数字显示图7 第2种:通过自编软件,在电脑上显示这是圆心(图8),通过轨道上的标尺可以读出小球运动的半径(图9),改变线长,改变半径(图10),改变小球,改变质量图(11),小球的质量可以用天平测量出,还有可以调节水平的水平仪。
图8 圆心图9 读半径
图10 改变线长,改变半径图11 改变小球,改变质量
学生通过自制创新实验教具可以测出实验所需要的物理量——F、m、r、ω(图12)
图12
(二)创新实验——无线向心力测量仪
1.【实验目的】
(1)使学生探究向心力于其影响因素之间的定量关系。
(2)使学生通过控制变量法、图像法完成实验。
2.【实验装置】(图13)
图13 无线向心力测量仪
3.【实验创新点】
教师自制教具简单直观,该仪器可以直接显示向心力和角速度的大小,并且读数方便准确,非常有说服力。这个实验装置满足多次控制变量的要求,让学生充分体验“过程学习”,并且通过科学探究过程,树立科学探究意识,掌握科学探究方法。
教师引导学生用无线向心力测量仪分组设计探究实验方案,学生通过观察讨论,得到本节课的实验方法:
4.【实验方法】
(1)控制变量法
①控制m、r不变,讨论F、ω关系。
②控制m、ω不变,讨论F、r关系。
③控制ω、r不变,讨论F、m关系。
(2)图象法:把数据输入电脑,用EXCEL分别作出F-ω2、F-r、F-m图像,得出结论。
(3)验证法:实验数据代入F=mrω2计算,计算值与测量值比较,验证结论。
下面我们来看一段学生实际操作的视频 (图14)
图14
5.【实验数据处理】如图15、16、17所示
(1)控制m、ω不变,探究F—r关系。 (图15)
图15
实验结论:F与r成正比。
(2)控制m、r不变,探究F—ω关系。(图16)
图16
学生通过观察F—ω图像,发现是一条抛物线,于是猜想F与ω2有关系,于是制出F—ω2图像。(图17)
图17 实验结论:F与ω2成正比。
(3)控制ω、r不变,探究F—m关系。(图18)
图18 实验结论:F与m成正比。
6.【实验结论】
——F与r、m、ω2成正比。
通过控制变量法,学生得到了F-r 、F-ω、F-ω2
、F-m 图像。我们发现,学生在实验的过程中,利用简单直观的自制教具,收集分析数据,选择合理变量,拟合图像。教师既让学生感受到了“过程学习”的乐趣,又培养了学生自主探究,归纳总结的能力。突破了本节课的难点,形成结论——F∝mr ω2,写成等式F=kmr ω2
教师引导:k=?,能否用数据验证?学生把实验数据带入实验结论,比较测量值和计算值,发现2个值基本相等,即K=1,学生得出实验结论F=mr ω2。(图19)
图19
教师再引导学生用向心加速度公式结合牛顿第二定律,从理论上也得到向心力的表达式。 进一步验证了实验的正确性。
本节课到此,可能有些同学会思考:角速度和向心力的读数对吗?因此我设计了一个课外实验。(学生课后会想到的验证方法:弹簧秤去拉传感器,对照两个读数是否一致。角速度的测量利用秒表,使小球转动30圈,根据公式T
πω2=验证角速度的读数是否正确,等等方法) 五、教学反思与自我评价
最后,我对这一节课做一个总结:层层递进、环环相扣,实验多变、方法多样,数字信息、创新巧妙,实验启智,科学育人。。