《圓周運動》教學設計

2024年1月4日發(作者：秋天的深處)

《圓周運動》教學設計

“圓周運動”為物理必修2曲線運動中的內容，是直線運動知識的拓展，也是曲線運動知識的深入研究。本節課中，根據圓周運動的自身的特點，引入了線速度、角速度、轉速和周期的概念，這些概念的學習是本章的重點，也是后面幾節向心加速度、向心加速度和向心力學習的基礎，同時為學習帶電粒子在電磁場中運動打下基礎。此外，勻速圓周運動與我們日常生活、生產、科學研究有著密切的聯系，因此學習這部分有重要的意義。

【學情分析】

學生在前面的學習過程中已掌握了有關曲線運動的相關知識，實際生活中有許多鮮活的素材，已經具備了一定的知識積累和生活閱歷。同時初步掌握了微元法和比值定義法，再加上在數學上對圓的認識，學生已經初步具備了研究圓周運動問題基本能力，就知識本身而言，本節課的知識對學生來講不是困難。由于本節課的概念比較多，內容相對其它節而言比較單調，應通過舉一些實例引起學生注意力，啟發學生思考、總結，認識現象從而理解概念。此外，高一學生已具備一定觀察能力和經驗抽象思維能力，并對未知新事物有較強的探究欲望。

【教學目標】

一、知識與技能

1、知道圓周運動的概念；

2、通過實際生活中的圓周運動的例子，掌握線速度、角速度、轉速和周期概念；

3、學生通過學習圓周運動的模型，理解勻速圓周運動是變速運動，以及速度大小不變，方向時刻在變；

4、掌握各物理量之間的關系，學生會計算圓周運動的一些物理量。

二、過程與方法

1、經歷線速度、角速度概念由來的理論探究過程，讓學生感受科學探究艱辛和成功的喜悅；

2、掌握發現、總結物理規律的方法：合理猜想、實驗法、歸納法，極限法等；

3、通過演示實驗及多媒體課件展示獲取感性認識，經過理論探究和嚴密的邏輯推理獲得理性的升華。

三、情感態度與價值觀

1、通過極限思想和數學知識的應用，體會學科知識間的聯系,建立普遍聯系的觀點；

2、通過合作探究學習，培養學生多動手、勤思考、善于歸納總結的學習態度，提升學生學習物理的興趣和熱情。

【教學重難點】

重點：線速度、角速度的概念，以及描述勻速圓周運動快慢與描述直線運動快慢的方法的比較。

難點：理解線速度、角速度的物理意義。

【教學過程】

為了讓學生經歷從自然到物理、從生活到物理的認識過程，經歷基本的科學探究過程，充分

發揮教師的組織者和引導者的作用，激發學生的學習興趣，培養學生良好的思維習慣和初步的科學實踐能力，本節課的教學過程設計如下。

一、創設情境、導入新課

視頻播放生活中幾種學生熟悉的運動畫面，如鐘表指針的走動、電扇葉輪上各點的運動、地球的公轉，演示系繩小球在豎直平面內運動。請學生觀察并提出問題：1、你看到的幾種運動有什么共同特點？ 2、日常生活中還有哪些這樣的運動？教師從而導入新課：這就是我們今天要研究的圓周運動。

設計意圖：借助多媒體、實驗等直觀手段，選用學生熟知的生活素材，充分調動學生的感性認識，激發學生的學習興趣。

二、聯系實際、提出問題

請學生列舉一些生產和生活中物體做圓周運動的實例。學生紛紛舉例：公園里的摩天大輪的運動、自行車的輪子轉動、工廠里砂輪的運動、地球的自轉等。

提出問題：做圓周運動物體上的質點，哪些運動得較慢？哪些運動得更快?我們應該如何比較它們運動的快慢呢？引導學生進行分組討論？尋求問題的答案。

設計意圖：以觀察實驗為基礎，進一步引導學生認識物體運動的軌跡形狀以及分析物體運動的特點，把物理學與學生的生活實踐聯系起來，引起矛盾沖突,激發學生的求知欲望。

三、討論探究、自建概念

學生根據自身的經驗，經過交流討論，大致可形成以下四種猜想。

猜想1：比較物體在一段時間內通過的圓弧長短。

直線運動中引進速度來描述物體運動的快慢，即比較物體在一段時間內的位移，那么在圓周運動中是否可以通過“速度”來描述物體運動的快慢？引導學生分組討論、探究。

設計意圖：利用學生已有的知識，通過對比，根據圓周運動的自身特點，比較自然引導學生過渡到對描述圓周運動快慢的物理量——線速度的學習。

實驗探究：如何設計實驗測出做圓周運動的物體速度的大小？

實驗重點在于能否將曲線運動轉化為直線運動，在學生交流討論中，老師可針對學生實際情況進行有效引導，形成實驗方案。

實驗方案：采用打點計時器記錄時間，用刻度尺測量紙帶上的點間距離表示弧長，用弧長與時間的比值來表示速度的大小。

實驗器材：學生電源、打點計時器、紙帶、手搖轉盤、雙面膠(用雙面膠將紙帶固定在轉盤邊緣上一點)。實驗裝置如圖所示，利用多媒體課件進行展示，并引導學生思考下列問題：

(1)紙帶上相鄰的點之間的距離反映了什么？

(2)紙帶上相鄰的點之間的距離不同說明了什么？

(3)轉盤邊緣上點的運動方向能否通過紙帶上的點反映出來？

(4)轉盤邊緣上點的運動速度是否可以通過紙帶上的點來求解？

設計意圖：轉盤邊緣上的點和紙帶上的點同時運動，經過的距離相同，這樣就將直線運動定義速度的方式，自然地過渡到在圓周運動中定義線速度，水到渠成。

引導學生討論教材“思考與討論”中的問題，經過討論交流，逐步形成對線速度概念的認識。

線速度的物理意義：描述質點沿圓周運動的快慢的物理量，線速度是物體做勻速圓周運動的瞬時速度。

線速度的定義：質點做圓周運動通過的弧長Δl和所用時間Δt的比值叫做線速度。

線速度的定義式：v =Δs/Δt。單位：m/s（s是弧長，不是位移）

線速度的瞬時性：當選取的時間Δt很小很小時（趨近零），弧長Δl就等于物體在t時刻的位移，定義式中的v，就是直線運動中學過的瞬時速度了。

線速度的矢量性：線速度既有大小，也有方向。它的方向為圓周上各點的切線方向。

注意：“勻速圓周運動”中的“勻速”指的速度的大小不變，即速率不變；而“勻速直線運動”的“勻速”指的速度不變是大小方向都不變，二者并不相同。可見勻速圓周運動是一種非勻速運動，因為線速度的方向在時刻改變。

設計意圖：根據學生的討論，教師要因勢利導，做增強學生思維的“催化劑”，從而科學地歸納得出關于線速度的知識點，同時滲透比值定義法、極限思想、類比法。

教師出示課件展示大小兩輪通過皮帶連接的轉動，并提出問題：

(1)根據線速度的定義，試比較兩輪邊緣上點的線速度關系；

(2)兩個輪的轉動快慢是否相同?

線速度是描述質點沿圓周運動快慢的物理量，但質點沿圓周運動得快慢與轉動得快慢不是一回事。如何描述質點轉動得快慢呢？

猜想2：比較物體在一段時間內半徑轉過的角度。通過針對性的問題設計，引導學生閱讀書本相關內容，經過交流討論、師生互動，在此基礎上得出角速度的概念。

角速度的物理意義：描述做圓周運動的物體轉動的快慢。

角速度的定義：做勻速圓周運動的物體轉過的角度Δθ跟所用時間Δt的比值，就是質點轉動的角速度。

角速度的定義式：ω=Δθ/Δt 。單位是弧度每秒（rad／s）

說明：角速度也是矢量，在高中階段不研究其方向

設計意圖：要讓學生體會一個新的物理量的引入，不是憑科學家的想象，而是研究問題的實際需要。

角速度概念引入，能發揮學生更多的想象空間，學生根據生活閱歷，針對圓周運動的特殊性，描述圓周運動的物體的轉動快慢，可以直接通過時間和圈數來表示。

猜想3：比較物體轉過一圈所用時間；

猜想4：比較物體在一段時間內轉過的圈數。

由猜想3和猜想4自然引出了描述圓周運動快慢的兩個物理量：周期和轉速。

周期：做勻速圓周運動的物體，經過一周所用的時間。周期用T表示，單位為秒。

轉速：物體在單位時間所轉過的圈數。轉速用n表示，常用單位為每秒轉數，符號為r/s或每分轉數r/min。

設計意圖：周期和轉速對學生來說并不陌生，通過創設問題情境，拓寬思考問題的空間，給學生創造發表見解的機會，讓學生最大限度地發表自己的意見。

線速度描述了做圓周運動的物體通過弧長的快慢，角速度描述了物體轉過角度的快慢，周期（頻率）和轉速描述做圓周運動物體轉動的快慢。它們均是描述做圓周運動物體運動快慢的物理量，各物理量之間有什么關系？引導學生用剛學過的線速度和角速度的概念和定義，推導出各物理量間的關系v=2πr/T、ω=2π/T、v = rω。

設計意圖：通過數理結合推導，加深對所學知識的理解，體會學科知識間的聯系，建立普遍聯系的觀點。到此，教師還需引導學生進一步思考，以上都能描述圓周運動快慢的線速度、角速度、轉速和周期，除了有以上的聯系外，還有沒有不同的地方？如果學生通過討論發現周期這一概念更能突顯出圓周運動的周期性和重復性，將使學生對圓周運動有進一步的認識。

四、應用拓展、豐富內涵

為使學生所學的知識更扎實、穩定，能使所學知識順利遷移，滯留部分時間，通過練習的方式進行應用拓展、豐富知識內涵。具體做法是利用課件展示精選的例題剖析(精選的例題應體現線速度、角速度大小比較，以及它們之間的內在聯系；同時題意應聯系生活實際，以激發學生的學習興趣。

例1、半徑10cm的砂輪，每0．2秒轉一周，砂輪旋轉的角速度多大？砂輪邊沿一點的速度大小為多少？

例2、如圖所示的傳動裝置中，B、C兩輪固定在一起繞同一軸轉動，A、B兩輪用皮帶傳動，三輪半徑關系是rA＝rC＝2rB．若皮帶不打滑，求A、B、C輪邊緣的a、b、c三點的角速度之比和線速度之比。

設計意圖：例2緣于自行車的傳送結構模型，對學生來講應該比較熟悉，有一定難度，學生經過思考、交流，在師生互動的過程中，加深對線速度和角速度概念的理解，學以致用，提高解決實際問題的能力。

【教學反思】

本節課嘗試著采用了任務驅動策略，創設物理情景，為學生的活動明確目標，引導學生積極思考。在教學中本著“以學生發展為本”的教學設計理念，精心設計好適用于學生學習，有利于學生發展的動態方案，以便于凸現探究過程和方法，給學生充裕的思考時空。在整個教學中，由于本節學習的一些物理量較為抽象，特別是線速度和角速度的概念，采用日常生活中常見的現象，通過鮮活的例子，激發學生學習積極性，把抽象的物理量具體形象化充分調動學生學習的主動性，用合作探究與交流討論的學習方式引導學生，在學習物理的過程中，聯系生活實際和自身經驗，引導學生

對物理知識進行了解與掌握，理解物理知識的內在價值。