“圆周运动”问题探究式教学案例.pdf

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1、2 0 0 9年 第 6期 物 理通报 研 究性教 学案例 “ 圆周运动“问题探究式教学案例 孟拥军 ( 高淳高级中学 江苏 高淳 2 1 1 3 0 0 ) 1 教材分析 圆周运动课是作 为曲线运动的一个特殊 运动 模型而安排 的， 它的典型性强 ， 且可向多方面拓展 ， 是电学学习的基础 ， 因此本节内容有承前启后的作 用 教材首先定义什么叫圆周运动， 接着列举 日常生 活中的圆周运动， 让学生去体会和感悟圆周运动； 然 后通过讨论与交流给出匀速圆周运动的定义 ， 并指 出匀速圆周运动是最简单的圆周运动 ； 经历观察与 思考后， 从描述匀速圆周运动的快慢的角度引入线 速度、 角速度以及周期

2、 、 频率 、 转速等概念； 最后推导 出线速度 、 角速度 、 周期 间的关系 各个知识点按知 识点的形成过程有机地联系在一起 ， 因此 ， 这节课编 排的 目的是 ： 第一 ， 让学生通过生活实例和课堂演示实验 ， 增 加感性认识 ， 改变想当然的错误观念， 这要求在课堂 教学中必须精心设计实验 ， 用事实战胜假象， 帮助学 生建立正确的物理概念和模型； 第二 ， 让学生体会物理学的基本研究方法 ， 即通 过实验来探索物理规律 2 教法 分析 通过生活实例 ( 齿轮转动或皮带传 动装置)或 多媒体资料 ， 让学生切 实感受到做 圆周运动的物体 有运动快慢与转动快慢及周期之别 ， 有必要引入

3、相 关的物理量加以描述 学习线速度的概念 ， 可以根据 匀速圆周运动的概念 ( 结合课件 )引导学生认识弧 长与时间比值保持不变的特点 ， 进 而引出线速度 的 大小与方向 同时应向学生指出线速度就是物体做 匀速圆周运动的瞬时速度 学习角速度和周期 的概 念时 ， 应向学生说明这两个概念是根据匀速 圆周运 动的特点和描述运动的需要而引人的 即物体做匀 速圆周运动时， 每通过一段弧长都 与转过一定 的圆 一 38一 心角相对应 ， 因而物体沿圆周转动的快慢也可以用 转过的圆心角与时间比值来描述 ， 由此引入角速度 的概念 又根据匀速圆周运动具有周期性的特点 ， 物 体沿圆周转动的快慢还可以用转动

4、一圈所用时问的 长短来描述 ， 为此引入了周期的概念 讲述角速度的 概念时， 不要求向学生强调角速度的矢量性 在讲述 概念的同时， 要让学生体会到匀速圆周运动的特点： 线速度的大小 、 角速度 、 周期和频率均保持不变 3 教学目标分析 3 1 知识与技能 ( 1 )了解物体做圆周运动的特征 ( 2 ) 理解线速度 的概念 ， 知道它是描述物体做 匀速圆周运动快慢的物理量 理解描述匀速圆周运 动快慢的物理量还有角速度和周期 ， 会用它们的公 式进行计算 ( 3 ) 理解线速度 、 角速度 、 周期之间的关系 = 2 r _ _ 3 2过程与方法 ( 1 ) 联系 日常生活中所观察到的各种圆周运

5、动 的实例 ， 找出共同特征 ( 2 ) 联 系生活 中常见的现象， 通过演示实验的 观察 ， 引导学生归纳 、 总结描述物体做圆周运动快慢 的方法 ， 进而引出描述物体做 圆周运动快慢的物理 量 ： 线 速 度 = Al 、角速度 ： ； 周期 、 转速 n 等 ( 3 ) 探究线速度与周期之间的关系 ： ， 结 合 ： ， 导出 = 60 3 3 情感态度与价值观 ( 1 ) 经历观察、 分析总结及探究等学习活动， 培 养学生尊重客观事实、 实事求是的科学态度 2 0 0 9年第 6期 物理通报 研究性教学案例 ( 2 ) 通过亲身感悟 ， 使学生 获得对描述 圆周运 动快慢的物理量 (

6、线速度 、 角速度 、 周期 等)以及 它 们相互关系的感性认识 3 4教学重点、 难点 线速度 、 角速度 、 周期的概念及物理意义以及它 们之间的联系 4教 学过 程设 计 4 1 中心问题引入设计 【 体验】 生活中的圆周运动： 如钟表指针的运 动； 转动的电风扇上各点的运动和车轮的运动； 齿轮 转动或皮带传动装置等( 展示图片或视频) 【 讨论与交流】 同学们还见过或经历过哪些圆 周运动? 你对圆周运动有什么认识? 这些物体的运动 有哪些特征? ( 生 ： 游乐场里 的摩天轮 ， 车轮的转动 ， 月球绕地球的运动 ， 地球及各个行 星绕太 阳的运动 等 运动轨迹是一个圆) 【 引人】

7、直线运动可用位移、 速度和加速度等物 理量来描述 ， 这些量能不能用来描述圆周运动 的快 慢 呢? 【 月一地“ 对话” 】 月亮绕地球运动， 地球绕太阳 运动， 这两个运动都可看作是圆周运动， 请看下面地 球和月亮的“ 对话” ， 地球说 ： 你怎么走得这么慢? 我 绕太阳运动 1 S 要走 2 9 7 9 k m， 你运动 1 S 才走 1 0 2 k m， 但月亮说 ： 不能这样说吧? 你 一年才绕一 圈， 我 2 7 3天绕了一圈， 到底谁转得慢呢? 【 提出问题】 地球是从什么角度说它比月亮快? 月亮是从什么角度说它比地球快? 它们 的说法是“ 错 了” 还是“ 不完整” ? 【 观

8、察与思考】 请同学们仔细观察 自行车车轮 转动时车轮上某一点的运动， 并思考下列问题 ： ( 1 ) 该点在经过一段 时间 t 后 ， 它在圆周轨道上 的位置如何确定? ( 2 ) 如何判断该点在圆周轨道上的运动快慢? ( 3 ) 根据你的观察 ， 能不能找出 圆周运动区别 于直线运动的最显著的运动特征? 学生猜想后 回答 ： ( 1 ) 时间 t 内通过的路程 ， 位移 ， 半径转过的角 度 ( 2 ) 单位时间 内通过 的圆弧长度 ， 单位时间 内 半径转过的角度 ， 单位时间内转动的圈数 ， 转动一周 所用的时间等 ( 3 ) 重复性和周期性 【 提出问题】 在圆周运动中如何测量弧长呢?

9、 【 教师明示】 在直线运动中用什么装置来研究 物体的运动 ? ( 生： 打点计时器 ) 【 演示提问】 用如图 1 所示的装置打出一条纸 带 ， 纸带上相邻点之间的距离反映了什么? 纸带上相 邻点之间的距离不同说明了什么? ( 生 ： 纸带上相邻 点之间的距离可以反映纸带通过 的弧长 ， 纸带上相 邻点之 间的距离不 同( 即弧长不 同)说明物体运动 的速度发生变化) 图 1 【 总结】圆周运动的快慢可以用单位时间内通 过的圆弧长度来描述 4 2 中心问题 1 ： 线速度 【 板书】 一、 线速度： 质点经过的圆弧长度 f 与 所用时间 的比值 ， 叫做圆周运动的线速度 ( 简称 7 速度

10、) 公式为 = 【 提出问题】 下雨天骑自行车的人， 如果车子比 较破 旧及后面没有挡泥板 ， 会看到有什么现象? ( 生 ： 骑车人的后背上被甩上许多泥 巴 原来是泥点飞出 车轱辘的方向沿速度的方 向导致的) 【 观察与思考】 旋转砂轮上的火星， 旋转雨伞上 的水滴 图 2 【 板书】 线速度方向： 沿圆弧的切线方向 线速 度表示圆周运动的瞬时速度 ， 它是矢量即圆周运动 的线速度方 向是不断改变的 【 反思提问】 地球为什么说它绕太阳运动比月 一 39 2 0 0 9 年第 6期 物理通报 研究性教 学案例 亮绕地球快呢? ( 生 ： 地球的线速度 比月亮大) 【 板书】 线速度是描述圆周

11、运动的运动快慢的 物理量 【 提出问题】 地球绕太阳运动在相等时间内转 过的弧长有什么特点? ( 生 ： 相等)月亮绕地球运 动 呢? ( 生： 相等) 生活 中还有哪些物体的圆周运动与 它们具有相同的特点? ( 生 ： 匀速行驶 的车轮边缘 的 各点 、 风扇的转动等) 【 板书】 质点在任何相同时间内， 所通过的弧长 都相等的圆周运动叫做匀速圆周运动 【 提出问题】 匀速圆周运动中的“ 匀速” 是指速 度不变吗? ( 生 ： 线速度方向是不断改变的， 匀速圆周 运动中的“ 匀速” 是“ 匀速率”的意思) 【 板书】 匀速圆周运动是线速度的大小不变， 但 方向时刻改变 4 3 中心问题 2

12、： 角速度 【 引入】 地球绕太阳运动比月亮绕地球运动快 是因为其线速度大 ， 但地球绕太 阳的转动比月亮绕 地球的转动快吗? ( 生 ： 月亮 比地球转动得快 ， 因为月 亮“ 转过一圈所用的时间短” ) 【 观察与思考】 当自行车车轮匀速转动时， 根据 线速度的定义 ， 自行 车同一根辐条 的中点和端点线 速度是否相同? ( 生： 端点大)自行车每根辐条在相 同时间内转过的角度是否相同? ( 生： 相同) 【 教师明示】 同一根辐条上不同的点， 其线速度 大小不一样 ， 但它们在相同时间 内转动的角度却相 同， 就此认为端点快是不完整的 这就需要我们去思 考 ： 描述圆周运动的快慢， 除了

13、用线速度外还有其他 的方法 【 板书】 二、 圆周运动物体转动快慢的描述 ( 1 ) 角速度( ) ： 质点所在半径转过 的角度 A 0 与所用时间 t 的比值 ， 叫做圆周运动的角速度 公式 A n = ，单位 r a d s ( 弧度 秒) Ub ( 2 ) 周期 ( T ) ： 物体运动一周所用 的时间 叫周 期 ， 单位为 s ， 物体在一个周期 内转过 的角度为 2 n ( r a d ) ， 即匀速圆周运动的物体的角速度可表示为 2 兀 7。 ( 3 ) 转速( n ) ： 单位时间内转过的圈数 匀速 圆 一 40一 周运动的物体 =2 7 c n ， 单位 r s 或 r mi

14、n 【 思考与讨论】 估算高速公路上奔驰的豪华小 轿车的车轮边缘的点与放在地球赤道平面上随地球 一 起 自转的物体 的线速 度、 角速度， 比较谁快?( 参 考数据： 凡 车 ：3 0 0 0 r m i n ， 地球半径 R=6 4 0 0 k m ) 4 4 中心 问题 3 ： 线速 度、 角速 度 的关 系 【 提出问题】 用弧度来表示圆心角， 圆心角及对 应的圆弧、 圆的半径的有何关系? ( 生 ： A l=r A O ) 由 线速度 、 角速度的公式如何推导线速度 、 角速度的关 系? 【 板书】 三、 线速度与角速度的关系 由 f= r AO ， 可 得 ： ， 即 = 【 问题情

15、景】 拍苍蝇与物理知识有关， 市场上出 售的苍蝇拍 ， 把长约 3 0 e m， 拍头长 1 2 e m， 宽 1 0 e m 这种拍 的使用效果往往不好 ， 经常拍未到苍蝇 当把 拍长增加到 6 0 c m， 一般情况下一拍一个准， 你能说 出其中的道理吗? ( 生 ： 角速度一定时， 半径越大的点 的线速度越大) 【 提出问题】自行车的后轮上同一根辐条上的 哪个点最快? ( 生 ： 轮缘上 的点最快 ) 4 5 中心问题 4 ： 传动装置中的点的线速度与角速 度关 系 【 演示提出问题】 观察录音机磁带结构和磁带 主、 从动轮的传动 观察主动轮绕过的磁带与从动轮 绕过的磁带长度的关系 能说

16、明什么问题? ( 生： 长度 相同， 线速度相同) 压轴轮磁 头 图 4 【 追问】 播放录音机时磁带有时候会绞带， 为什 么? ( 生 ： 当压轴轮、 主 、 从动轮的速度不一致时会绞 带 ) 【 板书】 四、 传动装置中的点的线速度与角速度 关 系 ( 1 ) 与不打滑的皮带装置相连的物体线速度相同 2 0 0 9年第 6期 物理通报 研 究性教学案例 高中物理有效教学之有力手段 对比实验 袁海江 ( 诸 暨市草塔 中学 浙江 诸 暨 3 1 1 8 1 2 ) 2 0 0 8 年 1 2 月8日笔者有幸参加了浙江省教育学 会物理教学分会 2 0 0 8 年会 ， 我省这次年会 的主题是 “ 有效教学” 听了与