匀速圆周运动教学设计.docx
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匀速圆周运动教学设计
《匀速圆周运动的实例分析》教学方案设计
一、教材分析
本节内容是鲁科版高中必修2第四章《匀速圆周运动》的第三节内容，在此之前，学生已经初步认识了匀速圆周运动，会用线速度、角速度、周期、频率描述匀速圆周运动的快慢。
而通过第二节向心力和向心加速度内容的学习，学生已经知道了向心力的大小与质量、角速度、半径的定量关系。
本节课立足于匀速圆周运动基本规律上，结合实际生活中两个实例“火车转弯”和“汽车过拱桥”进行分析，解决有关圆周运动问题重要的是搞清楚向心力的来源，明确提出向心力是按效果命名的力，任何一个或几个力的合力只要它的作用效果是使物体产生向心加速度，它就是物体所受的向心力，这是研究圆周运动的关键。
教材后面又附有思考与讨论，以开拓学生的思维。
二、学习目标
1．知识与技能
（1）会在具体问题中分析向心力的来源，明确向心力是按效果命名的力．
（2）掌握应用牛顿运动定律解决匀速圆周运动问题的一般方法，会处理水平面、竖直面的问题．
（3）知道向心力，向心加速度的公式也适应变速圆周运动，理解如何使用．
2．过程与方法
（1）通过列举生活中圆周运动的例子，总结出这些多样的圆周运动的共同特点，及都受到向心力的作用。
（2）注意统一性和特殊性，注意一般方法和特殊方法，提高综合分析的能力．
3．情感态度与价值观
（1）通过对圆周运动受力的分析，体会到任何事物的变化和运动都能找到动力学原因从而领悟到因果的制约与被制约关系。
（2）通过实际演练，使学生在巩固知识的同时，体会到物理就在我们身边，领略到将理论应用于实际解决问题而带来的成功的娱乐．
（3）激发学生学习兴趣，培养学生关心周围事物的习惯．
三、学习对象分析
本节课是在学生已经基本掌握匀速圆周运动规律和描述圆周运动的基本物理量（线速度，角速度，向心力和向心加速度）以及有关公式推导与计算之后，安排的一节实例分析课。
在课堂中采用实验演示，多媒体，电脑动画模拟等辅助手段，帮助学生建立形象直观的认识，降低难度。
四、学习重、难点
1．学习重点
（1）理解向心力是按效果命名的力．
（2）会在具体问题中分析向心力，综合运用牛顿定律分析解决问题．
解决方法：
多联系实际，通过对生活实例的分析掌握重点内容
2．学习难点：
实际问题中向心力的来源的分析
解决办法：
通过对实例的分析，结合课件和实物演示，从力的作用效果上去寻找向心力
五、教学设计思想
为了在教学中体现科学探究精神，尽可能完整的经历科学探究过程，使学生通过体验感受战胜困难，解决物理问题的喜悦，体验到学习科学的乐趣，了解科学的方法，获取科学知识，本节教学把课本中的内容以问题的形式提出，通过学生探究式的大胆猜想，再通过科学的分析，将物理理论应用生活实际之中。
六、教具准备
课件展示在平直轨道上匀速行驶的火车；
图片展示火车车轮有凸出的轮缘结构；
实物模型模拟在平面弯曲轨道上火车转弯的情景；
录像资料展示实际转弯处的情形（外轨略高于内轨）；
视频展示汽车过凸形拱桥的物理情景；
多媒体设备。
七、学习思路设计：
本课的学习设计，是在现行教材的基础上，结合对《高中物理课程标准》的学习理解，在学习目标的确立，学习内容的调整，教法、学法的设计等方面作了一些积极地探索。
（一）课程目标的确立上：
在原有目标的基础上，更注重课程学习与学生长远发展关系的处理，重点突出了学生学习知识后的能力和情感的培养，使学生能初步了解运用书中理论解决实际问题的方法。
（一）教法设计
根据新课改的要求，结合我校的教学理念，故在本节课的教学中采用如下方法：
（1）科学探究法
本节教学中一改传统的平铺直述模式，把课本中的内容以问题的形式提出，通过学生探究式的大胆猜想，再通过科学的分析，将物理理论应用生活实际之中。
这样，使学生通过体验感受战胜困难，解决物理问题的喜悦，体验到学习科学的乐趣，了解科学的方法，获取科学知识，
（2）联系生产生活创设情境
根据学生的生活经验，创设接近学生生活实际的实例引发问题。
在讲关于“火车转弯”问题时，课前布置学生到学校运动场进行对“跑道”的实地研究。
当了解到弯道处是外高内低向内成一个倾斜的角度之后，让学生体验一下在平面内快速转弯与有斜面上快速转弯的感觉，再运用物理学知识进行解释，最后回到课堂中的“火车转弯”问题上来，问题的情景就变得直观形象，就能较好的解决教学中的难点问题
（二）学法设计
新课改中特别强调学习中学生的主体地位。
在本节课的学习中，学生应积极主动地参与，课堂讨论分析时踊跃发言，做模拟实验时认真操作，大胆尝试，要将自己置身于真实的物理情景中去，尽可能完整的经历科学探究过程，通过体验感受战胜困难，解决物理问题的喜悦，体验到学习科学的乐趣，了解科学的方法，获取科学知识。
八、课时安排：
1课时
九、教学流程图设计
图形说明：
活动教师学生活动媒体选用
十、学习程序设计
师生互动活动设计
1．教师利用多媒体课件展示物理情景，在分析时点拨关键之处．
2．学生通过自学、观察来讨论分析实际问题与书本知识的联系，找出解决办法．
整体感知：
这一节课结合两个实际例子进行分析．要充分发挥教师的主导作用和学生的主体作用，师生共同讨论，拓展知识．
新课引入
匀速圆周运动被认为是实际中最完美最和谐的一种运动形式。
古希腊哲学家柏拉图（Plato，公元前427年—公元前347年）提出：
“天上星体代表着永恒的、神圣的、不变的存在，因此它们肯定沿着最完美的轨道以最完善的方式运动。
最完善的运动是匀速圆周运动，因此，它们一定是围绕着地球作匀速圆周运动。
”由此可见，古人对匀速圆周运动充满了神秘感。
那么，是什么神秘的力量操纵着物体，使它做这种最完美最和谐的运动呢？
今天，我们就一起揭秘生活中的两种匀速圆周运动---“火车转弯”和“汽车过拱桥”。
1复习提问，为学习新课做准备
匀速圆周运动的物体受到向心力．向心力是怎样产生的？
用学生已熟悉的例子说明：
（1）绳拉物体做匀速圆周运动，绳的拉力提供向心力．
（2）物体随水平圆盘做匀速周围运动，静摩擦力提供向心力．
小结：
向心力是由物体实际受到的一个力或几个力的合力提供的；向心力是按作用效果命名的力．
特别强调：
分析和解决匀速圆周运动的问题，关键是要把向心力的来源搞清楚。
向心力是按效果命名的力，并不是一种新性质的力，受力分析时绝不能额外加上一个向心力。
下面，我们从分析向心力角度进一步研究几个实例：
（一）火车转弯
课件展示图片：
在平直轨道上匀速行驶的火车
教师提问：
火车受到几个力的作用，这几个力间的关系如何？
学生观察火车运动情况，画出受力示意图，并讨论回答：
（1）此时火车车轮受三个力：
重力、支持力、牵引力和摩擦力
（2）四个力的合力为零，其中重力和支持力、牵引力和摩擦力分别都是一对平衡力。
那火车转弯时的情况又如何呢？
提出问题并引导学生讨论：
1、火车匀速直线运动和匀速转弯是否同种状态？
[学生回答]：
不是，火车匀速直线运动时合外力为零，火车匀速转变时受向心力，合外力不为零
匀速直线运动时F合＝0
匀速转弯时F合≠0
2、火车转弯时所需的向心力是如何产生的？
引导学生讨论：
分两种情况讨论：
内外轨一样高；外轨比内轨高．
（1）内外轨一样高
图片展示火车车轮有凸出的轮缘结构；
实物模型模拟在平面弯曲轨道上火车转弯的情景；
师生互动
（1）当火车转弯时，火车做曲线运动，所受合外力不为零，合外力提供火车转弯所需的向心力；
（2）有受力分析得：
此时提供火车转弯时所需向心力的是铁轨外缘和轮缘相互挤压产生的弹力
进一步引导学生思考：
挤压的结果会如何？
学生讨论:
由于火车质量很大，行驶的速度很高，故所需向心力通常很大，这样，导致铁轨外缘和轮缘间的相互作用力很大，容易造成铁轨和轮缘的损坏，甚至导致严重的后果。
教师总结：
由于平面转弯轨道铁轨和轮缘容易损坏，因此实际应用中多采用下面的弯道，其外轨略高于内轨。
（2）外轨高于内轨
当外轨比内轨高时，铁轨对火车的支持力不再是竖直向上，和重力的合力可以提供向心力，可以减轻轨和轮缘的挤压．
最佳情况是向心力恰好由支持力和重力的合力提供，铁轨的内、外轨均不受到侧向挤压的力．
定量分析火车转弯的最佳情况．
①受力分析：
如图所示火车受到的支持力和重力的合力的水平指向圆心，成为使火车拐弯的向心力．
②动力学方程：
根据牛顿第二定律得
mgtanθ＝mv02/r 其中r是转弯处轨道的半径，
是使内外轨均不受力的最佳速度．
③分析结论：
解上述方程可知v02＝rgtanθ
可见，最佳情况是由v0、r、θ共同决定的．
当火车实际速度为v时，可有三种可能，
当v＝v0时，内外轨均不受侧向挤压的力；
当v＞v0时，外轨受到侧向挤压的力（这时向心力增大，外轨提供一部分力）；
当v＜v0时，外轨受到侧向挤压的力（这时向心力减少，内轨提供一部分力）．
（4）还有哪些实例和这一模型相同？
自行车转弯，高速公路上汽车转弯等等．
教师总结：
我们讨论的火车转弯问题，实质是物体在水平面的匀速圆周运动，从力的角度看其特点是；合外力的方向一定在水平方向上，由于重力方向在竖直方向，因此物体除了重力外，至少再受到一个力，才有可能使物体产生在水平面匀速圆周运动的向心力．
探索情景:
圆锥摆：
在长度是L的细绳下端拴一质量为m的小球，
固定绳子的上端，使小球在水平面内做匀速圆周运动，
细绳就沿圆锥面旋转。
试分析做圆锥摆运动的小球的向心力的来源，并讨论小球旋转的角速度逐渐增大时带来的小球受力和运动情况的变化。
（二）汽车过拱桥
视频展示汽车过凸形拱桥的物理情景
提问讨论：
（1）汽车静止在桥顶与通过桥顶是否同种状态？
不是，汽车静止在桥顶、或通过桥顶，虽然都受到重力和支持力．但前者这两个力的合力为零，后者合力不为零．
（2）汽车过拱桥桥顶的向心力如何产生？
方向如何？
汽车在桥顶受到重力和支持力，如图所示，向心力由二者的合力提供，方向竖直向下．
①动力学方程：
由牛顿第二定律得
G－N＝mv2/r
解得N＝G－mv2/r
②汽车处于失重状态
汽车具有竖直向下的加速度，N＜mg，对桥的压力小于重力．这也是为什么桥一般做成拱形的原因．
③汽车在桥顶运动的最大速度为
根据动力学方程可知，当汽车行驶速度越大，汽车和桥面的压力越小，当汽车的速度为
时，压力为零，这是汽车保持在桥顶运动的最大速度，超过这个速度，汽车将飞出桥顶．
思考与讨论：
根据上面分析汽车通过凸形桥的思路，分析一下汽车通过凹形桥最低点时对桥的压力。
这时的压力比汽车的重量大还是小？
探索情景:
杂技节目水流星：
一根细绳系着盛水的杯子，演员抡起绳子，杯子就做圆周运动，甚至运动到竖直面内的最高点，已经杯口朝下，水也不会从里洒出来。
试通过分析，说明水为什么不会洒出来？
要想保证这一节目成功不让水洒出来必须满足什么条件？
安排学生课下亲自动手做试验，并思考以上问题。
说明：
在竖直面内、物体一般不是做匀速圆周运动，向心力和向心加速度公式虽然是从匀速圆周运动得出的，但也适用于变速圆周运
（三）布置作业
书77页3、4、5
十一、教学后记
本节课基本达到教学目标，在操作过程中，学生对物理各知识点不能很好把握，从而学生在分析圆周运动时，往往不明确它的依据为普通的运动定律---牛顿第二定律。
在讨论车过拱桥或凹形桥的最高点或最低点车对桥面的压力时，学生易认为压力的大小等于车所受的重力的大小。
为了很好的解决这些问题，必须使学生明确以下观点：
（1）体会到直线运动是圆周运动的一个特例。
直线运动特殊就特殊在其运动半径无穷大上。
（2）物体做曲线运动表明在垂直于速度方向上有了加速度，即向心加速度。
其运动学计算方法是：
，r为曲率半径。
（3）任何速度均由力产生，故向心加速度是由物体所受的力产生的。
十二、板书设计
1．火车转弯——水平面的圆周运动
2．汽车过拱桥——竖直面的圆周运动．
十三、背景知识与课外阅读
爱因斯坦对我们的忠告---不要让“常识”欺骗了你
这里提到的“常识”即“生活经验”．爱因斯坦称这类生活中没有经过认真推敲或对事物的片面的认识为“常识”．他说：
“常识是18岁以前没在思想上的一层偏见”．这个忠告应特别引起我们的注意，因为有些常识是不真实的，是感觉上的错误，许多常识虽然是正确的，但只在一定的范围内表现为真理，这样的例子在你学习物理的时候经常遇到．例如，要想骑自行车在平直的马路上匀速行驶，就一定要用力蹬，你就认为要维持物体运动就一定需要力；再例如，下雨天你坐在汽车里看到外面的雨点斜向下运动，而实际雨点是向下运动的，例子不一而足，只是借此栏目告诉初学物理的同学，要用准确的物理知识纠正过去自己错误或片面的生活经验，从而更好地掌握物理规律．
匀速圆周运动的向心力和向心加速度说课稿
一、教材分析
1、本节课在教材中的地位和作用
1）从现行高中知识体系来看，匀速圆周运动选自教科版物理必修2第二章第2节，匀速圆周运动上承牛顿运动定律，下接万有引力,是本章知识的重点内容。
2）从前后联系看，这节课的内容既是在学生学习了平抛运动知识后接触的又一种具有鲜明个性特点的运动形式，又为今后学习天体的运动和带电粒子在洛仑兹力作用下的匀速圆周运动做好了知识上和方法上的准备。
3）从教纲、考纲上看，匀速圆周运动是高中物理教学大纲上一个重要内容。
在高考中，匀速圆周运动的向心加速度和向心力分别作为一级考点、二级考点。
4）在高考中的地位。
从近三年高考试题分布上看，通过对比四川高考卷和全国课标卷的考题，也可以看出匀速圆周运动的重要性。
四川高考卷
分数
比重
全国课标卷
分数
比重
___11题
17
％
___17题
7
％
___11题
19
％
___21、24题
20
％
___25题
20
％
___25题
18
％
2、三维教学目标
知识与技能
目标
1）理解向心力的概念和来源。
2）掌握向心力和向心加速度的计算公式
过程与方法
目标
通过学生自主预习和播放圆周运动视频，引导学生初步感受向心力，结合实例分析，引导学生总结物理规律，猜测影响向心力大小的因素，并通过实验探究得出结论，体会研究物理问题的思想方法。
情感态度与价值观
1）通过观察和分析生活中有关圆周运动的事物，逐渐使学生培养一种观察生活、分析生活的习惯。
进而形成一种科学素养。
2）在实验探究的过程中，提高学生的动手动脑能力和分析解决问题的能力。
3、教学重点和难点
基于高中物理新课程高考考纲中对匀速圆周运动的说明，我将教学重点确定为：
教学重点
向心力的概念理解及其计算公式，向心加速度的概念及其计算公式。
向心力和向心加速度是用动力学的方法研究匀速圆周运动的基础，是处理关于匀速圆周运动和天体运动问题的关键，因而成为匀速圆周运动这一节的重点内容无可厚非。
教学难点
匀速圆周运动中的教学难点也恰恰在这里。
向心力和向心加速度对学生来说是两个较抽象的物理概念，学生很难理解。
在教学上，可以采用以学生活动为主的探究式教学，引导学生感受向心力，了解向心力的来源，体会向心力的概念，突破向心力抽象不具体的难题。
向心加速度则可结合牛顿第二定律由学生自己推导得出，这样从感性到理性的逐步深入的探究过程，使学生更容易理解和接受。
二、学法分析
1、学情分析
我所面对的学生是名为雁江区二类学生，实为二类、三类学生相结合，其中三类学生居多，学生思维较迟钝，数学基础较差，但思想活跃，有一定的可塑性。
同时，学生经过高一一个学期的学习，在知识储备上，学生已经具备了一定的运动学和力学方面的知识，对直线运动和曲线运动都有了一定程度的了解；在思维能力上，学生正由抽象思维能力向逻辑思维能力转换。
以往的学生在学习这一节的知识时，由于学生自身认知水平的差异，思维能力的差异，使得很大部分学生学习这一节时觉得很困难，对于向心力的理解上很容易出错，这直接导致学生在学习第三章天体运动时的困难。
因而，本节课的内容对学生来讲仍然是一个不小的台阶。
2、学法设计
新课改中特别强调学生学习中的主体地位。
结合高一学生的认知和思维发展水平，根据新课改内容要求，我是这样引导学生学习，创设物理情境和问题情境，引导学生进行分组探究、合作探究，尽可能让学生自己讨论、交流，分析归纳得出结果。
这样学生主动探究出的结果比被动接受更容易让学生理解，同时亦能体验成功的乐趣，对学生自我构建学习方法有所帮助。
三、教法分析
1、设计思想
本节课的设计思想是：
本节课先以生活视频引入教学，以学生分组活动深入教学，以学生实验进入教学，最后以学生分析归纳，总结得出结论结束教学，体现新课改以学生为主体的探究式教学理念。
2、教法设计
本节教学中一改传统的平铺直述模式，采用以学生分组探究、合作探究为主的探究式教学模式，学生在活动中感受向心力，了解向心力的来源，体会向心力的概念，化抽象为具体，化难为易，学生更容易理解。
突破了向心力，向心加速度可以结合牛顿第二定律由学生自己推导得出，其难度也不攻自破。
3、教学反馈
为了让学生熟练掌握本节的知识，引导学生真正理解向心力的概念，同时结合以往学生的经验和对现有学生能力的了解，需设计简单基础的练习题，或当堂训练，或留作课后作业，并予以检查或批阅，了解学生掌握的情况，对反馈回来结果较好的学生，提升训练难度；对反馈回来发现基础掌握不牢固的学生，进行强化训练。
这样对不同层次学生因材施教，努力让绝大多数学生学得知识。
四、教学设计
1、教学方法：
分组探究、合作探究
2、教学资源：
多媒体课件、向心力演示仪
3、教学流程：
合作学习，探究教学（29分钟）
创设情境，引入新课（4分钟）
巩固升华（课后作业）
学生小结（2分钟）
板书设计，教学反思
4、教学过程：
老师活动
学生活动
研究内容、目的
为新课做准备
引导学生对做圆周运动的物体进行受力分析，引出向心力的概念。
以生活实例引入，激发学生探究的热情，利于学生集中注意力，提高课堂效率。
备注
创设情境，引入新课
检查学生预习案，分组
在多媒体课件上播放生活中几种常见的圆周运动的视频，如“旋转秋千”“汽车转弯”等。
提出问题：
这些运动是如何实现的？
你能从受力的角度分析吗？
将预习案准备好，等待检查
学生根据已有的知识水平进行受力分析，讨论交流得出：
结论一：
匀速圆周运动的物体受到指向圆心的合力的作用。
教学探究
教学探究
2、板书向心力的概念、方向和特点。
设计一个例题：
例题：
下面几个做匀速圆周运动的物体，请你分析出它们的向心力。
设计2-3个例题，在幻灯片上显示出来
提问：
向心力的方向确定了，其大小又与哪些物理量有关，它们是怎样的关系。
再次引导学生做手拉小球在水平桌面上做匀速圆周运动的演示
老师活动
实验，在实验的过程中
分别改变小球旋转的速度、绳的长度以及换用另一个不同质量的
小球，感受每一次改变，手受到的拉力是否有发生变化
引导学生结合初中物理探究欧姆定律的实验方法——控制变量法，利用身边的实验仪器分组进行实验，合作探究向心力与这些物理量之间的关系，期间给予适当的讲解和指导。
（介绍该实验仪器的结构、原理）
思考：
你能运用我们学过的牛顿第二定律推导出向心加速度吗？
老师活动
再次设计两个例题，在幻灯片上播放出来
学生讨论交流，归纳总结向心力的概念：
物体做匀速圆周运动时所受合力方向始终指向圆心，这个指向圆心的合力叫做向心力
方向：
始终指向圆心。
特点：
向心力只改变速度的方向，不改变速度的大小，向心力是一个变力
学生在草稿纸上进行受力分析：
1、学生分析发现，上面几个做匀速圆周运动的物体，其向心力有的是由一个力提供，也有的是由两个力或三个力的合力提供。
学生讨论、交流得出：
结论：
向心力可以由一个力或多个力的合力提供，也可以重力、弹力等性质力提供。
——向心力是一个效果力
学生小组讨论、交流，分组展示结果
学生按照老师的要求操作，体会手受到的拉力的变化情况，发现：
1.减小（增大）旋转的速度，手受到的拉力发生变化。
2.增加绳的长度，手受到的拉力发生变化。
学生活动
3.换用另一个质量大的玻璃小球，手受到的拉力也会发生变化。
学生猜测：
向心力的大小可能与旋转的速度、旋转半径和物体的质量有关？
学生小组进行实验探究，制作表格并填写：
实验数据
结论
保持
和
一定，探究
和
的关系
保持
和
一定，探究
和
的关系
保持
和
一定，探究
和
的关系
学生分组展示实验结果，讨论、交流得出结论：
做匀速圆周运动所需的向心力的大小，在质量和角速度一定时，与半径成正比，；质量和半径一定时，与角速度的平方成正比；在半径和角速度一定时，与质量成正比。
用公式表示：
推导公式：
学生答：
向心力大小：
根据牛顿第二定律，
有
同理：
有
，
方向：
与向心力方向相同，始终指向圆心
学生活动
学生小组讨论、交流，分组展示结果
1、向心力概念。
2、学生经过受力分析，讨论、交流，归纳得出向心力的概念，这样学生自己经过探究、思考、分析而得出的结果，对学生而言就不再是空洞的概念，可以完全被学生理解和接受，突破了向心力抽象不容易被理解的难题。
1、向心力的来源
2、巩固训练匀速圆周运动的受力分析
加强学生对向心力概念、来源的理解。
研究内容、目的
1.探究向心力的大小，通过实验演示，提出猜想，并对猜想进行验证。
2、此次自主探究活动是本节课重
要的内容，它调动全体学生参与，
同组之间相互合作，相互讨论，共同探究。
体现了新课改中“以人为本”的教学理念。
1、向心加速度的概念和计算公式
2、学生运用已经学过的知识自己推导出来的，符合新课改先学后教的理念，学生接受起来也容易。
研究内容、目的
加强向心力和向心加速度计算公式的理解和应用。
备注
备注
课堂小结
本节课从力的角度研究了匀速圆周运动，知道了向心力的概念、特点、作用效果，以及各种情况向心力的来源，并通过实验研究了向心力的大小，同时运用牛顿第二定律推导了向心加速度的公式。
其中对向心力的概念的理解和向心力、向心加速度的计算公式是本节课的重点内容，需牢牢掌握。
板书设计
匀速圆周运动的向心力和向心加速度
∙向心力
1、概念：
物体做匀速圆周运动时所受合力方向始终指向圆心，这个指向圆心的合力叫向心力
2、方向：
始终指向圆心。
3、特点：
向心力只改变速度的方向，不改变速度的大小，向心力是一个变力
4、来源：
向心力可以有一个力或几个力的合力提供，也可以重力、弹力等性质力提供。
——向心力是一个效果力
5、大小：
，
，
二、向心加速度
1、概念：
2、方向:
与向心力方向相同，始终指向圆心
3、大小：
，
，
教学反思
巩固升华
必做题
课内巩固，基础训练（共7题）
选做题
课后提高（任选3-5个题）
专研题
综合训练（仅有一题，学生自己专研，提升能力）
升级会员 