向心力演示器的改进

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能够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,同时误差较大,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截了当读出转速、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,如此能够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,采纳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。

《向心力》教学反思《向心力》教学反思「篇一」该教学设计创建的物理情景、提供的实验方案，不仅使学生经历了建立概念、发现规律的过程，也很好地落实了过程目标和情感目标。

具体的说，有以下几方面：1．向心力是高中物理的一个难点内容，学生对于向心力一直很难理解，在对物体进行受力分析时，往往还外加一个向心力。

为了突破重点，难点，第一、在学习顺序上先讲向心加速度，用矢量推导向心加速度这个难点，后讲向心力，通过实例给出向心力概念，再通过探究性实验给出向心力公式F=mrω2或F=mv2/r。

2．情景教学，让学生主动参与探究的全过程，成为学习的主体，激发了学生的求知欲望，加深了对知识的理解。

在探究过程中，教师要给学生提供必要的实验器材和多媒体资源，引导学生去发现问题，使学生产生探究的动机，从而提出问题，解决问题，体验问题。

整个教学过程中，教师是一个引导者和参与者，组织者和帮助者，学生是学习的主人，课堂上教师要组织引导学生交流讨论，充分重视学生在探究过程中的情感、态度与价值观的培养。

学生能在愉快的教学环境中获得知识和培养思维能力。

该教学设计创建的物理情景、提供的实验方案，不仅使学生经历了建立概念、发现规律的过程，也很好地落实了过程目标和情感目标。

具体的说，有以下几方面：1．向心力是高中物理的一个难点内容，学生对于向心力一直很难理解，在对物体进行受力分析时，往往还外加一个向心力。

为了突破重点，难点，第一、在学习顺序上先讲向心加速度，用矢量推导向心加速度这个难点，后讲向心力，通过实例给出向心力概念，再通过探究性实验给出向心力公式F=mrω2或F=mv2/r。

2．情景教学，让学生主动参与探究的全过程，成为学习的主体，激发了学生的求知欲望，加深了对知识的理解。

在探究过程中，教师要给学生提供必要的实验器材和多媒体资源，引导学生去发现问题，使学生产生探究的动机，从而提出问题，解决问题，体验问题。

整个教学过程中，教师是一个引导者和参与者，组织者和帮助者，学生是学习的主人，课堂上教师要组织引导学生交流讨论，充分重视学生在探究过程中的情感、态度与价值观的培养。

虚拟仿真技术助力高中物理实验可视化教学——以NB物理实验为例安徽省蚌埠第三中学（233400）李毓崔北元黄振侠［摘　要］传统的高中物理实验教学在资源、设备、安全等方面存在一些欠缺。

采用虚拟仿真技术可基本解决传统实验教学的问题，实现高中物理实验可视化教学，为高中物理教学提供一种新的途径，帮助学生理解科学原理，培养学生的解决问题能力和创新能力。

［关键词］虚拟仿真技术；高中物理实验；可视化；NB实验［中图分类号］ G633.7 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-6058（2023）24-0046-03实验是物理的基础，也可以说是物理学科的灵魂所在。

因此，学生对物理实验原理的理解程度、实验操作设计的熟练程度、数据分析能力的强弱，是直接影响学生科学素养发展、理性思维养成和创新意识培养的重要因素［1］。

一、传统高中物理实验教学的现状传统的高中物理实验教学面临着多种挑战。

在实验准备环节，任课教师首先要准备好所需的实验器材，并且尽可能多次进行预实验来应对学生在实验过程中可能出现的各种问题，这将耗费教师大量的时间和精力。

在一些物理教师人员不充足的学校，加之教师的课时量大，导致部分教师没有时间和精力再安排学生实验。

在实验操作环节，需要有足够的实验器材。

由于经济条件有限，部分地区学校无法凑足实验器材，导致实验教学无法进行。

而就算是实验器材能够备足，实验室也需要配备专门人员来保障实验过程的安全，即既要尽量防止实验仪器的损坏，又要避免安全事故的发生。

另外，有很多高中物理实验在现实环境下很难得到比较明显或者理想的实验结果，需要在理想状态下才能实现，比如伽利略理想斜面实验、牛顿管实验、微小形变的演示等。

而传统实验方式的这些不足，可用虚拟实验来弥补。

NB物理实验是一种利用计算机的科学算法和大数据为技术基础实现的新型实验方式，它已成为“互联网+教育”的一项非常重要的应用成果。

NB物理实验采用的虚拟仿真技术能够为高中物理实验的可视化教学带来强有力的助力，也将成为教育信息化服务于物理实验教学的重要手段。

《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。

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r 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=m ω2r 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F =rv m 2。

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，光电门传感向心力研究实验装置改进创新实验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。

1.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。

2.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。

向心力定量探究演示仪简短说明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。

历年来的高中物理教材所选用的向心力演示仪也仅是半定量的。

本教具完全解决了传统向心力演示仪不足的问题，不仅可以作为验证向心力公式的实验使用，还可以用来定量探究向心力的公式，即:F = m v2/R = mω2 R= m（2πn）2 R= m 4π2 n 2 R。

不仅能使学生进一步加深对该公式的理解，而且其探究过程还可以培养学生实验能力和探究能力。

向心力定量探究演示仪利用可调速电机带动橡皮筋一端的小物体做竖直面的圆周运动，在转轴上有一块小磁铁，转轴旁边固定一只与计数器相连干簧管，转轴每转一圈，小磁铁使干簧管吸合一次记一个数，这样可以准确测量转过的圈数。

在该装置的竖直面板上有用橡胶膜制成的半径测量器，它可以在水平方向自由调节，当小物体恰好通过半径测量器时就可以准确读出半径来。

小物体的质量可由天平测量。

当关闭电源，小物体停止转动时，用弹簧测力计把与橡皮筋相连的物体拉到半径测量器的位置，这样就可在确定物体做圆周运动时的向心力大小。

定量探究向心力公式的步骤:1.在质量m、转速n一定时，探究向心力F与半径r的关系。

用两根同样规格的橡皮筋（一长一短），在两端拴上同样形状和质量的物体，使它们在同一转轴上转动。

调节转速，当两个物体转动稳定时，分别用半径测量器测量出半径。

关闭电源，当两物体停止转动时，再用弹簧测力器分别测出两个物体在做圆周运动时的向心力大小。

比较两个物体的向心力与半径的关系，重复以上步骤，可以确定在质量m、转速n一定时，向心力F与半径r成正比。

2.在质量m、半径r一定时，探究向心力F与转速n的关系。

选规若干格不同的橡皮筋（粗细不同），先后拴同一个物体，每次都在电机的带动下做圆周运动。

记录第一根橡皮筋实验时的半径，其后每一次用不同橡皮筋实验时，通过调节转速让小物体都经过第一次的位置，这样就保证了几次实验的半径相等，由于每一次用的是同一物体，所以几次实验的质量m和半径r是一定的，再把每一次实验的向心力和转速都记录下来，通过分析就可确定向心力F与转速n成正比。