5.4圓周運動 名師教案

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1、高一物理 人教版必修二 第五章第四節(jié)《圓周運動》 教學(xué)設(shè)計 5.4 圓周運動 【核心素養(yǎng)】 通過《圓周運動》的學(xué)習(xí)過程，讓學(xué)生經(jīng)歷觀察、分析總結(jié)、及探究等學(xué)習(xí)活動，培養(yǎng)學(xué)生尊重客觀事實、實事求是的科學(xué)態(tài)度。讓學(xué)生體會學(xué)科知識間的聯(lián)系，建立普遍聯(lián)系的觀點。使學(xué)生體會應(yīng)用知識的樂趣。 【教學(xué)目標(biāo)】 1、知道什么是圓周運動，什么是勻速圓周運動。 2、知道線速度的物理意義、定義式、矢量性，知道勻速圓周運動線速度的特點。 3、知道角速度的物理意義、定義式及單位，了解轉(zhuǎn)速和周期的關(guān)系。 4、掌握線速度和角速度的關(guān)系，掌握線速度與轉(zhuǎn)速、周期的關(guān)系。 5、能在具體的情景中確定線速度

2、和角速度與半徑的關(guān)系。 【教學(xué)重難點】 重點：線速度、角速度、周期概念，及其相互關(guān)系的理解和應(yīng)用，勻速圓周運動的特點。 難點：角速度概念的理解和勻速圓周運動是變速曲線運動的理解。 【教學(xué)過程】 課前：登陸優(yōu)教平臺，發(fā)送預(yù)習(xí)任務(wù)。根據(jù)優(yōu)教平臺上學(xué)生反饋的預(yù)習(xí)情況，發(fā)現(xiàn)薄弱點，針對性教學(xué)。 [新課導(dǎo)入] 播放視頻： 1. 花樣滑冰； 2. 太陽、地球、月球的運動； 3. 電子在磁場中做圓周運動實驗 （將三段視頻剪輯成一個整體視頻，配以音樂和旁白） 觀察1：時鐘的秒針上一點的運動 提出問題： 這幾個運動的軌跡形狀怎樣？ 運動具有什么共同特點？ 同學(xué)們還

3、能舉出幾個例子嗎？ （它們繞圓心沿圓弧運動，軌跡是一個圓。運動具有重復(fù)性。） 板書：5.4 圓周運動 一、 圓周運動：軌跡是圓周或圓周的一部分的運動。 屏幕展示：【月—地“對話”】（文字材料旁邊配以三個天體圍繞運動的動畫） 月亮繞地球運動，地球繞太陽運動，這兩個運動都可看作是圓周運動，請看下面地球和月亮的“對話”，地球說：你怎么走得這么慢?我繞太陽運動1 s要走29.79 km，你運動1 s才走1.02km，但月亮說：不能這樣說吧?你一年才繞一圈，我27.3天繞了一圈，到底誰轉(zhuǎn)得慢呢? 提出問題：如果它們倆個來找你當(dāng)裁判長，你認(rèn)為怎樣裁判比較公平合理呢？這個問題涉及到如何

4、來比較物體做圓周運動的快慢，就是我們這一節(jié)課要來解決的問題。 那么，要比較物體做圓周運動的快慢，同學(xué)們有哪些方法呢？（展示動畫：兩質(zhì)點做快慢不同的勻速圓周運動） 鼓勵同學(xué)大膽猜想，說出自己的方法：（4種猜想或更多） 猜想1：比較物體在一段時間內(nèi)通過的圓弧長短； 猜想2：比較物體在一段 時間內(nèi)半徑轉(zhuǎn)過的角度大?。? 猜想3：比較物體轉(zhuǎn)過一圈所用時間的多少； 猜想4：比較物體在一段時間內(nèi)轉(zhuǎn)過的圈數(shù)。 師：同學(xué)們的猜想很好！這些智慧的火花一定能照亮我們一起探索描繪圓周運動快慢物理量的征程！ 觀察2：在一較大的演示鐘的秒針上分別標(biāo)記紅、藍(lán)兩種顏色的點，到中間軸的距

5、離不等。讓學(xué)生觀察兩點的運動。 提問：讓學(xué)生仔細(xì)觀察，說出哪個點運動得快，是怎么比較的？ 我們發(fā)現(xiàn)，兩個點在相同的時間內(nèi)通過的弧長不相等，通過的弧長長的點運動得快，通過的弧長短的點運動得慢。 過渡：那我們怎樣來描述做圓周運動物體的快慢呢？通過前面的學(xué)習(xí)，我們知道怎樣描述物體做直線運動的快慢？（用速度這個量來描述）圓周運動的快慢能否也用速度來描述？也用速度來描述圓周運動物體的快慢，就要考慮如何測量物體一段時間通過的弧長。 討論交流：現(xiàn)在，請同學(xué)們支支招。 （讓學(xué)生大膽說出自己的方法，教師適當(dāng)引導(dǎo)） 前面我們學(xué)習(xí)了曲線運動，知道了處理的方法之一就是化曲為直，我們要測量一段弧長，能

6、否將其轉(zhuǎn)化成一段直線距離的測量呢？今天我就設(shè)計了這樣一套裝置。 介紹實驗裝置及原理：小型電風(fēng)扇將葉片拿掉，將一圓盤套在轉(zhuǎn)軸上，開動電機(jī)，圓盤可勻速轉(zhuǎn)動；（問：圓盤邊緣一點做什么運動？）通過一變速器可調(diào)節(jié)圓盤的轉(zhuǎn)動快慢。我們要測量圓盤邊緣上一點做圓周運動一段時間通過的弧長。將紙帶一端粘貼在圓盤的側(cè)面，通過打點計時器記錄質(zhì)點一段時間通過的弧長。 演示3：1.電機(jī)旋轉(zhuǎn)較慢時打點計時器打下一段紙帶；（用投影儀展示打好點的紙帶） 問：（1）紙帶上相鄰的點之間的距離反映了什么？(在紙帶上標(biāo)記計數(shù)點，并用刻度尺量出某兩點之間距離Δs，并記下兩點之間的時間間隔Δt) （2）Δs/Δt表示的意義

7、是什么？（牽動紙帶運動的物體，即圓盤邊緣上點一段時間內(nèi)的平均速度） 剛才我們將直線運動定義速度的方式應(yīng)用到圓周運動中。我們把做圓周運動的物體通過的弧長與所用時間的比值能夠描述物體運動的快慢，我們把它稱之為線速度。 二、 描述圓周運動快慢的物理量 1. 線速度 （1）定義：做圓周運動的物體某段時間內(nèi)通過的弧長與該段時間的比值叫做線速度。 （2）公式：v=Δs/Δt （3）單位：米每秒 m/s 線速度也有平均線速度與瞬時線速度之分。如果時間間隔t取得很小很小，那得到的平均線速度就可以代表瞬時線速度。 提問：曲線運動的線速度跟直線運動的速度沒有本質(zhì)區(qū)別，那么，線速度方向

8、怎樣確定呢？ 生活現(xiàn)象：砂輪打磨金屬刀具濺出火星的情景 你看到什么現(xiàn)象？（砂輪打磨下來的熾熱的微粒沿著圓周的切線方向飛出） 這現(xiàn)象又能揭示什么規(guī)律？（做圓周運動的物體脫離圓周后沿切線方向飛出，從而說明了：做圓周運動物體某時刻線速度的方向沿圓周上該點的切線方向。） 能否利用前面所學(xué)曲線運動的知識來推斷呢？ （4）線速度是矢量，方向沿圓周上該點的切線方向。 過渡：我們再來看一下剛才圓盤旋轉(zhuǎn)的實驗中得到的紙帶，點的分布有什么特點？（展示紙帶）(點分布均勻，說明圓盤邊緣上的點做圓周運動時它的線速度怎樣？) 板書：勻速圓周運動：質(zhì)點沿圓周運動，并且線速度的大小處處相等，這

9、種運動叫做勻速圓周運動。 提問： （1）勻速圓周運動是勻速運動嗎？為什么？ （2）勻速圓周運動的線速度是不變的嗎？此處的“勻速”是指速度不變嗎？ 小結(jié)： 勻速圓周運動是變速運動?。ň€速度的方向時刻改變） “勻速”指速率不變，勻速圓周運動是線速度大小不變的運動！ （再次呈現(xiàn)【月—地“對話”】） 學(xué)生交流與討論：地球與月球誰說得有道理？（地球從線速度角度說明的；月亮說它繞地球比地球繞太陽快，月亮是從它比地球轉(zhuǎn)動得快角度講的） 描述圓周運動的快慢，除用線速度描述不夠，還需其他量。 演示5：時鐘中的分針與秒針，誰轉(zhuǎn)得快？ 提問：你是怎樣比較秒針、分針轉(zhuǎn)

10、動快慢的？（相同時間比轉(zhuǎn)動角度） 為了描述圓周運動物體在運動過程中角度變化快慢的不同，物理學(xué)中引入一個量來描述它。我們把這個量叫做“角速度”，用符號ω表示。 2.角速度（屏幕展示出角速度定義動畫） （1）物理意義：描述物體繞圓心轉(zhuǎn)動的快慢； （2）定義：質(zhì)點所在的半徑轉(zhuǎn)過圓心角Δθ和所用時間Δt 的比值叫做角速度； （3）定義式：；q 每接觸一個新的物理量，我們都要關(guān)心它的物理單位是什么？線速度的單位是米／秒，角速度的單位又是什么呢?下面就請同學(xué)們自主學(xué)習(xí)課本上有關(guān)角速度的內(nèi)容。 （課件投影出閱讀提綱）： (1)怎樣度量圓心角的大小?弧度這個單位是如何得到的?在計算時

11、要注意什么? (2)國際單位制中，角速度的單位是什么? (3)有人說，勻速圓周運動是線速度不變的運動，也是角速度不變的運動，這兩種說法正確嗎?為什么? 討論，交流，形成共識。 (1)圓心角θ的大小可以用弧長和半徑的比值來描述，這個比值是沒有單位的，為了描述問題的方便，我們“給”這個比值一個單位，這就是弧度．弧度不是通常意義上的單位。計算時，不能將弧度帶進(jìn)算式中； (2)國際單位制中，角速度的單位是弧度／秒(rad／s)； (3)這一句話是錯誤的，因為線速度是矢量．其方向在不斷變化，勻速圓周運動是線速度大小不變的運動，后一句話是正確的，因為角速度是不變的(如果有學(xué)生提出角速

12、度是矢量嗎?教師可明確說是矢量，但高中階段不研究其方向，而不能違背科學(xué)說角速度是標(biāo)量)； 板書：（4）角速度的單位：弧度／秒(rad／s) 。 說明：對某一確定的勻速圓周運動而言，角速度ω是恒定的。 （算一算：時鐘上的分針、秒針各自的角速度是多少？ D 故秒針轉(zhuǎn)得快！ 描述轉(zhuǎn)動快慢還可用其他量：周期和轉(zhuǎn)速 3、轉(zhuǎn)速 技術(shù)中常用轉(zhuǎn)速來描述轉(zhuǎn)動物體上質(zhì)點做圓周運動的快慢。 （1）定義：轉(zhuǎn)速是指物體單位時間內(nèi)轉(zhuǎn)過的圈數(shù)，用符號n表示。 （2）單位:轉(zhuǎn)每秒r/s，轉(zhuǎn)每分r/min 4、周期 （1）定義：做勻速圓周運動的物體，轉(zhuǎn)過一周所用的時間。用T表示。

13、 （2）單位：秒 s 思考并做做： 1. 請觀察鐘表的三指針，說出秒針、分針、時針的周期分別是多少？它們轉(zhuǎn)動的快慢關(guān)系怎樣？（ T秒=60 s, T分=1h=60min=3600s, T 時=12 h） 2.課本練習(xí)2（讓學(xué)生先試著完成，有困難時閱讀課本） 某只走時準(zhǔn)確的時鐘，分針與時針由轉(zhuǎn)動軸到針尖的長度之比是1.2:1。 （1）分針與時針的角速度之比等于多少？ （2）分針針尖與時針針尖的線速度之比等于多少？ 解： （1）ω分：ω時 = T時：T分=12:1 （2）v分：v時 = r1ω分：r2ω時=14.4:1 線速度的大小描述了做圓周運動的物體通過

14、弧長的快慢，角速度的大小描述了物體與圓心連線掃過角度的快慢。它們之間有什么關(guān)系？（學(xué)生自主推導(dǎo)完成） 三、線速度、角速度、周期之間的關(guān)系 分析：一物體做半徑為r的勻速圓周運動，請推導(dǎo)： 1. 線速度與周期關(guān)系： 由v=s/t得v = p= 指出：上式表明，只有當(dāng)半徑相同時，周期小的線速度大，當(dāng)半徑不同時，周期小的線速度不一定大，所以周期與線速度描述的快慢是不一樣的。 2. 角速度與周期關(guān)系： 由得 引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合以上兩點得出線速度和角速度的關(guān)系。 3. 線速度與角速度關(guān)系： v =r（在圓周運動中，線速度的大小等于角速度的大小與半徑的乘積） 問題與練習(xí)：課

15、本練習(xí)3 如圖，A、B兩點分別位于大、小輪的邊緣上，C點位于大輪半徑的中點，大輪的半徑是小輪的2倍，它們之間靠摩擦傳動，接觸面上沒有滑動。請在該裝置的A、B、C三個點中選擇有關(guān)的兩個點，說明公式v=ωr 的以下三種變量關(guān)系： （1）v相等，ω跟r成反比 （2）ω相等，v跟r成正比 （3）r相等，v跟ω成正比 （先介紹常見的傳動裝置及其特點，再分析該題） 總結(jié)： 1. （1）A、B點：當(dāng)v一定時，ω與r成反比； （2）A、C點：當(dāng)ω 一定時，v與r成正比； （3）B、C點：當(dāng)r一定時，v與ω 成正比。 2. 兩個重要關(guān)系： （1）同一傳動

16、各輪邊緣的線速度大小相等； （2）同軸各點的角速度相等。 過渡：自行車是生活中常用的交通工具，它也應(yīng)用了傳動機(jī)構(gòu)，在它身上蘊含了許多物理學(xué)的智慧！（屏幕上展示出自行車示意圖） 實踐與應(yīng)用：課本練習(xí)4 自行車傳動機(jī)構(gòu)的示意圖。假設(shè)踏板每2秒轉(zhuǎn)1圈，要知道在這種情況下自行車前進(jìn)速度有多大，需要測量哪些量？請在圖中用字母標(biāo)注出來，并用這些量導(dǎo)出自行車前進(jìn)速度的表達(dá)式.用自行車實際測量這些數(shù)據(jù)，計算前進(jìn)的多少，然后實測自行車的速度。對比一下，差別有多大？ 拓展問題： （1） 你知道自行車的三個輪子大小設(shè)置的道理嗎？為什么這樣設(shè)計？ 課后研究性學(xué)習(xí)課題： （2） 變速自

17、行車與普通自行車的設(shè)計原理區(qū)別在哪里？ 課堂訓(xùn)練： 本課小結(jié)及板書設(shè)計： §5．4 圓周運動 1．圓周運動 2．描述圓周運動快慢的物理量 （1）線速度：v=Δs/Δt 化曲為直 勻速圓周運動 （2）角速度：ω=Δθ/Δt （3）轉(zhuǎn)速：n （4）周期：T=2πr/v=2π/ω 3．線速度、角速度、周期的關(guān)系： v= 2πr/T ω=2π/T v = rω 4．傳動機(jī)構(gòu)的規(guī)律 作業(yè)： 1. 課本問題與練習(xí)：1、2、5 2. 研究性學(xué)習(xí)：變速自行車與普通自行車的設(shè)計原理區(qū)別在哪里？ 8 / 8