5.4圓周運(yùn)動(dòng) 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(yùn)動(dòng)》 教學(xué)設(shè)計(jì) 5.4 圓周運(yùn)動(dòng) 【核心素養(yǎng)】 通過(guò)《圓周運(yùn)動(dòng)》的學(xué)習(xí)過(guò)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(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生尊重客觀事實(shí)、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。讓學(xué)生體會(huì)學(xué)科知識(shí)間的聯(lián)系，建立普遍聯(lián)系的觀點(diǎn)。使學(xué)生體會(huì)應(yīng)用知識(shí)的樂(lè)趣。 【教學(xué)目標(biāo)】 1、知道什么是圓周運(yùn)動(dòng)，什么是勻速圓周運(yùn)動(dòng)。 2、知道線速度的物理意義、定義式、矢量性，知道勻速圓周運(yùn)動(dòng)線速度的特點(diǎn)。 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(diǎn)】 重點(diǎn)：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(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)。 難點(diǎn)：角速度概念的理解和勻速圓周運(yùn)動(dòng)是變速曲線運(yùn)動(dòng)的理解。 【教學(xué)過(guò)程】 課前：登陸優(yōu)教平臺(tái)，發(fā)送預(yù)習(xí)任務(wù)。根據(jù)優(yōu)教平臺(tái)上學(xué)生反饋的預(yù)習(xí)情況，發(fā)現(xiàn)薄弱點(diǎn)，針對(duì)性教學(xué)。 [新課導(dǎo)入] 播放視頻： 1. 花樣滑冰； 2. 太陽(yáng)、地球、月球的運(yùn)動(dòng)； 3. 電子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn) （將三段視頻剪輯成一個(gè)整體視頻，配以音樂(lè)和旁白） 觀察1：時(shí)鐘的秒針上一點(diǎn)的運(yùn)動(dòng) 提出問(wèn)題： 這幾個(gè)運(yùn)動(dòng)的軌跡形狀怎樣？ 運(yùn)動(dòng)具有什么共同特點(diǎn)？ 同學(xué)們還

3、能舉出幾個(gè)例子嗎？ （它們繞圓心沿圓弧運(yùn)動(dòng)，軌跡是一個(gè)圓。運(yùn)動(dòng)具有重復(fù)性。） 板書：5.4 圓周運(yùn)動(dòng) 一、 圓周運(yùn)動(dòng)：軌跡是圓周或圓周的一部分的運(yùn)動(dòng)。 屏幕展示：【月—地“對(duì)話”】（文字材料旁邊配以三個(gè)天體圍繞運(yùn)動(dòng)的動(dòng)畫） 月亮繞地球運(yùn)動(dòng)，地球繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)，這兩個(gè)運(yùn)動(dòng)都可看作是圓周運(yùn)動(dòng)，請(qǐng)看下面地球和月亮的“對(duì)話”，地球說(shuō)：你怎么走得這么慢?我繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)1 s要走29.79 km，你運(yùn)動(dòng)1 s才走1.02km，但月亮說(shuō)：不能這樣說(shuō)吧?你一年才繞一圈，我27.3天繞了一圈，到底誰(shuí)轉(zhuǎn)得慢呢? 提出問(wèn)題：如果它們倆個(gè)來(lái)找你當(dāng)裁判長(zhǎng)，你認(rèn)為怎樣裁判比較公平合理呢？這個(gè)問(wèn)題涉及到如何

4、來(lái)比較物體做圓周運(yùn)動(dòng)的快慢，就是我們這一節(jié)課要來(lái)解決的問(wèn)題。 那么，要比較物體做圓周運(yùn)動(dòng)的快慢，同學(xué)們有哪些方法呢？（展示動(dòng)畫：兩質(zhì)點(diǎn)做快慢不同的勻速圓周運(yùn)動(dòng)） 鼓勵(lì)同學(xué)大膽猜想，說(shuō)出自己的方法：（4種猜想或更多） 猜想1：比較物體在一段時(shí)間內(nèi)通過(guò)的圓弧長(zhǎng)短； 猜想2：比較物體在一段 時(shí)間內(nèi)半徑轉(zhuǎn)過(guò)的角度大??； 猜想3：比較物體轉(zhuǎn)過(guò)一圈所用時(shí)間的多少； 猜想4：比較物體在一段時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)過(guò)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(yùn)動(dòng)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(diǎn)，到中間軸的距

5、離不等。讓學(xué)生觀察兩點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)。 提問(wèn)：讓學(xué)生仔細(xì)觀察，說(shuō)出哪個(gè)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)得快，是怎么比較的？ 我們發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)點(diǎn)在相同的時(shí)間內(nèi)通過(guò)的弧長(zhǎng)不相等，通過(guò)的弧長(zhǎng)長(zhǎng)的點(diǎn)運(yùn)動(dòng)得快，通過(guò)的弧長(zhǎng)短的點(diǎn)運(yùn)動(dòng)得慢。 過(guò)渡：那我們?cè)鯓觼?lái)描述做圓周運(yùn)動(dòng)物體的快慢呢？通過(guò)前面的學(xué)習(xí)，我們知道怎樣描述物體做直線運(yùn)動(dòng)的快慢？（用速度這個(gè)量來(lái)描述）圓周運(yùn)動(dòng)的快慢能否也用速度來(lái)描述？也用速度來(lái)描述圓周運(yùn)動(dòng)物體的快慢，就要考慮如何測(cè)量物體一段時(shí)間通過(guò)的弧長(zhǎng)。 討論交流：現(xiàn)在，請(qǐng)同學(xué)們支支招。 （讓學(xué)生大膽說(shuō)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(yùn)動(dòng)，知道了處理的方法之一就是化曲為直，我們要測(cè)量一段弧長(zhǎng)，能

6、否將其轉(zhuǎn)化成一段直線距離的測(cè)量呢？今天我就設(shè)計(jì)了這樣一套裝置。 介紹實(shí)驗(yàn)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(kāi)動(dòng)電機(jī)，圓盤可勻速轉(zhuǎn)動(dòng)；（問(wèn)：圓盤邊緣一點(diǎn)做什么運(yùn)動(dòng)？）通過(guò)一變速器可調(diào)節(jié)圓盤的轉(zhuǎn)動(dòng)快慢。我們要測(cè)量圓盤邊緣上一點(diǎn)做圓周運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間通過(guò)的弧長(zhǎng)。將紙帶一端粘貼在圓盤的側(cè)面，通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器記錄質(zhì)點(diǎn)一段時(shí)間通過(guò)的弧長(zhǎng)。 演示3：1.電機(jī)旋轉(zhuǎn)較慢時(shí)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下一段紙帶；（用投影儀展示打好點(diǎn)的紙帶） 問(wèn)：（1）紙帶上相鄰的點(diǎn)之間的距離反映了什么？(在紙帶上標(biāo)記計(jì)數(shù)點(diǎn)，并用刻度尺量出某兩點(diǎn)之間距離Δs，并記下兩點(diǎn)之間的時(shí)間間隔Δt) （2）Δs/Δt表示的意義

7、是什么？（牽動(dòng)紙帶運(yùn)動(dòng)的物體，即圓盤邊緣上點(diǎn)一段時(shí)間內(nèi)的平均速度） 剛才我們將直線運(yùn)動(dòng)定義速度的方式應(yīng)用到圓周運(yùn)動(dòng)中。我們把做圓周運(yùn)動(dòng)的物體通過(guò)的弧長(zhǎng)與所用時(shí)間的比值能夠描述物體運(yùn)動(dòng)的快慢，我們把它稱之為線速度。 二、 描述圓周運(yùn)動(dòng)快慢的物理量 1. 線速度 （1）定義：做圓周運(yùn)動(dòng)的物體某段時(shí)間內(nèi)通過(guò)的弧長(zhǎng)與該段時(shí)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(shí)線速度之分。如果時(shí)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(shí)線速度。 提問(wèn)：曲線運(yùn)動(dòng)的線速度跟直線運(yùn)動(dòng)的速度沒(méi)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(lái)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(yùn)動(dòng)的物體脫離圓周后沿切線方向飛出，從而說(shuō)明了：做圓周運(yùn)動(dòng)物體某時(shí)刻線速度的方向沿圓周上該點(diǎn)的切線方向。） 能否利用前面所學(xué)曲線運(yùn)動(dòng)的知識(shí)來(lái)推斷呢？ （4）線速度是矢量，方向沿圓周上該點(diǎn)的切線方向。 過(guò)渡：我們?cè)賮?lái)看一下剛才圓盤旋轉(zhuǎn)的實(shí)驗(yàn)中得到的紙帶，點(diǎn)的分布有什么特點(diǎn)？（展示紙帶）(點(diǎn)分布均勻，說(shuō)明圓盤邊緣上的點(diǎn)做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)它的線速度怎樣？) 板書：勻速圓周運(yùn)動(dòng)：質(zhì)點(diǎn)沿圓周運(yùn)動(dòng)，并且線速度的大小處處相等，這

9、種運(yùn)動(dòng)叫做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。 提問(wèn)： （1）勻速圓周運(yùn)動(dòng)是勻速運(yùn)動(dòng)嗎？為什么？ （2）勻速圓周運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)是變速運(yùn)動(dòng)！（線速度的方向時(shí)刻改變） “勻速”指速率不變，勻速圓周運(yùn)動(dòng)是線速度大小不變的運(yùn)動(dòng)！ （再次呈現(xiàn)【月—地“對(duì)話”】） 學(xué)生交流與討論：地球與月球誰(shuí)說(shuō)得有道理？（地球從線速度角度說(shuō)明的；月亮說(shuō)它繞地球比地球繞太陽(yáng)快，月亮是從它比地球轉(zhuǎn)動(dòng)得快角度講的） 描述圓周運(yùn)動(dòng)的快慢，除用線速度描述不夠，還需其他量。 演示5：時(shí)鐘中的分針與秒針，誰(shuí)轉(zhuǎn)得快？ 提問(wèn)：你是怎樣比較秒針、分針轉(zhuǎn)

10、動(dòng)快慢的？（相同時(shí)間比轉(zhuǎn)動(dòng)角度） 為了描述圓周運(yùn)動(dòng)物體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中角度變化快慢的不同，物理學(xué)中引入一個(gè)量來(lái)描述它。我們把這個(gè)量叫做“角速度”，用符號(hào)ω表示。 2.角速度（屏幕展示出角速度定義動(dòng)畫） （1）物理意義：描述物體繞圓心轉(zhuǎn)動(dòng)的快慢； （2）定義：質(zhì)點(diǎn)所在的半徑轉(zhuǎn)過(guò)圓心角Δθ和所用時(shí)間Δt 的比值叫做角速度； （3）定義式：；q 每接觸一個(gè)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(qǐng)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(gè)單位是如何得到的?在計(jì)算時(shí)

11、要注意什么? (2)國(guó)際單位制中，角速度的單位是什么? (3)有人說(shuō)，勻速圓周運(yùn)動(dòng)是線速度不變的運(yùn)動(dòng)，也是角速度不變的運(yùn)動(dòng)，這兩種說(shuō)法正確嗎?為什么? 討論，交流，形成共識(shí)。 (1)圓心角θ的大小可以用弧長(zhǎng)和半徑的比值來(lái)描述，這個(gè)比值是沒(méi)有單位的，為了描述問(wèn)題的方便，我們“給”這個(gè)比值一個(gè)單位，這就是弧度．弧度不是通常意義上的單位。計(jì)算時(shí)，不能將弧度帶進(jìn)算式中； (2)國(guó)際單位制中，角速度的單位是弧度／秒(rad／s)； (3)這一句話是錯(cuò)誤的，因?yàn)榫€速度是矢量．其方向在不斷變化，勻速圓周運(yùn)動(dòng)是線速度大小不變的運(yùn)動(dòng)，后一句話是正確的，因?yàn)榻撬俣仁遣蛔兊?如果有學(xué)生提出角速

12、度是矢量嗎?教師可明確說(shuō)是矢量，但高中階段不研究其方向，而不能違背科學(xué)說(shuō)角速度是標(biāo)量)； 板書：（4）角速度的單位：弧度／秒(rad／s) 。 說(shuō)明：對(duì)某一確定的勻速圓周運(yùn)動(dòng)而言，角速度ω是恒定的。 （算一算：時(shí)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(dòng)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(lái)描述轉(zhuǎn)動(dòng)物體上質(zhì)點(diǎn)做圓周運(yùn)動(dòng)的快慢。 （1）定義：轉(zhuǎn)速是指物體單位時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)過(guò)的圈數(shù)，用符號(hào)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(yùn)動(dòng)的物體，轉(zhuǎn)過(guò)一周所用的時(shí)間。用T表示。

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

14、弧長(zhǎng)的快慢，角速度的大小描述了物體與圓心連線掃過(guò)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(yùn)動(dòng)，請(qǐng)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(shí)，周期小的線速度大，當(dāng)半徑不同時(shí)，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(diǎn)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(yùn)動(dòng)中，線速度的大小等于角速度的大小與半徑的乘積） 問(wèn)題與練習(xí)：課

15、本練習(xí)3 如圖，A、B兩點(diǎn)分別位于大、小輪的邊緣上，C點(diǎn)位于大輪半徑的中點(diǎn)，大輪的半徑是小輪的2倍，它們之間靠摩擦傳動(dòng)，接觸面上沒(méi)有滑動(dòng)。請(qǐng)?jiān)谠撗b置的A、B、C三個(gè)點(diǎn)中選擇有關(guān)的兩個(gè)點(diǎn)，說(shuō)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(jiàn)的傳動(dòng)裝置及其特點(diǎn)，再分析該題） 總結(jié)： 1. （1）A、B點(diǎn)：當(dāng)v一定時(shí)，ω與r成反比； （2）A、C點(diǎn)：當(dāng)ω 一定時(shí)，v與r成正比； （3）B、C點(diǎn)：當(dāng)r一定時(shí)，v與ω 成正比。 2. 兩個(gè)重要關(guān)系： （1）同一傳動(dòng)

16、各輪邊緣的線速度大小相等； （2）同軸各點(diǎn)的角速度相等。 過(guò)渡：自行車是生活中常用的交通工具，它也應(yīng)用了傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，在它身上蘊(yùn)含了許多物理學(xué)的智慧?。ㄆ聊簧险故境鲎孕熊囀疽鈭D） 實(shí)踐與應(yīng)用：課本練習(xí)4 自行車傳動(dòng)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(cè)量哪些量？請(qǐng)?jiān)趫D中用字母標(biāo)注出來(lái)，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(shí)際測(cè)量這些數(shù)據(jù)，計(jì)算前進(jìn)的多少，然后實(shí)測(cè)自行車的速度。對(duì)比一下，差別有多大？ 拓展問(wèn)題： （1） 你知道自行車的三個(gè)輪子大小設(shè)置的道理嗎？為什么這樣設(shè)計(jì)？ 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(jì)原理區(qū)別在哪里？ 課堂訓(xùn)練： 本課小結(jié)及板書設(shè)計(jì)： §5．4 圓周運(yùn)動(dòng) 1．圓周運(yùn)動(dòng) 2．描述圓周運(yùn)動(dòng)快慢的物理量 （1）線速度：v=Δs/Δt 化曲為直 勻速圓周運(yùn)動(dòng) （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(dòng)機(jī)構(gòu)的規(guī)律 作業(yè)： 1. 課本問(wèn)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(jì)原理區(qū)別在哪里？ 8 / 8