高中物理圆周运动教学设计

《圆周运动》教学设计一、教学目标1.知识与技能①知道什么是圆周运动，什么是匀速圆周运动。

②知道线速度和角速度的物理意义、定义式、单位、矢量性，了解转速与周期的意义。

③掌握线速度、角速度、周期（转速）之间的关系，并能在具体情境中应用之。

2.过程与方法①联系日常生活中所观察到的各种圆周运动，总结出共同特点。

②通过分组实验，归纳总结描述圆周运动快慢的方法及各物理量间的关系。

③通过计算得出自行车前进的速度表达式并引出无级变速模型的原理。

3.情感态度与价值观①经历线速度、角速度概念由来的理论探究过程，让学生体验科学探究的艰辛和成功的喜悦。

②通过极限思想和数学知识的应用，体会学科间知识的联系，建立普遍联系的观点。

③通过从多级变速到无级变速的学习，使学生知道物理的意义及在生产生活中的巨大影响。

二、教学分析1.内容分析教学内容选自人教版必修2第五章《曲线运动》，圆周运动虽是一种运动的理想化模型，但具有普遍性——与日常生产生活的联系非常紧密；基础性——为以后学习天体等问题打下了知识基础；典型性——是高中阶段两种特殊曲线运动之一。

基于以上特点，本节课中的圆周运动限定在质点的运动模型而不是刚体转动模型，这样便于师生把着眼点放在概念的理解和联系上，从而使得教学有清晰的组织结构。

2.学生分析学生在知识上已经知道如何比较直线运动的快慢、曲线运动是一种变速运动及其瞬时速度方向为切线方向、数学上是如何表示角度的大小；在能力上已经具有一定的自主构建新知识框架的能力，可以从已知的物理现象与规律迁移至新的现象与规律；在科学探究方法上学生已经有了初步的极限思想。

但学生对曲线运动的认识比较肤浅，不善于从多方面多角度地研究一个问题。

3.重点难点①教学重点：多角度描述圆周运动的快慢。

②教学难点：理解描述圆周运动各物理量之间的关系、掌握分析和解决实际问题的方法。

三、教学方法教无定法，贵在得法，重在培养学生发现问题、分析问题、解决问题的能力以及逻辑推理能力，要学生“知其然”，更要“知其所以然”；法国生物学家贝尔纳指出，良好的学习方法能使我们更好地发挥天赋才能，而拙劣的学习方法则阻碍天赋才能的发挥。

本节课教师应做到以下几点来激发学生兴趣、突出重点、化解难点、解决疑点，达成教学目标：1.为了体现“从生活走向物理，从物理走向社会”的教学理念，应选取一些学生感兴趣的内容加以分析和拓展，在教学中采用情景教学法、比较法，指导学生采用观察法、推理法学习，培养学生理论联系实际的能力；2.为了体现“以实验为基础，以思维为中心，以过程为主线”的物理学科特色，在教学中采用演示实验法、分组实验法、问题导引法，指导学生采用比较法、极限法、数理结合法学习，培养学生横向联系不同学科知识的能力；3.为了体现“教师主导，学生主体”的教学原则，在教学中应采用目标导学法、指导学生采用分组讨论法、自学法学习，引导学生养成良好的自主学习习惯和合作讨论学习习惯。

四、教学资源1.齿轮组（自制）为了能够让学生清楚地知道为什么要引入不同的物理量来描述圆周运动的快慢，设计制作了齿轮组学生实验装置，让学生在实际操作中观察比较圆周运动的快慢，能有更直观更深刻的体会。

该齿轮组由大小不同的三个齿轮（图1）以及背面的手柄（图2）组成。

2.无线摄像为了减少学生到黑板上板演、用实物展示台投影展示讲解计算过程中的紧张情绪带来的影响，采用无线摄像头配合适配器和支架（图3），可以让学生在座位上把其推导计算过程上展示给大家，方便快捷有效，利于学生的课堂学习。

3.无级变速（自制）为了模拟汽车无级变速箱，制作无级变速演示仪（图4），主要由下方的电动机和上方相互垂直接触（图5）的两个圆盘组成，下圆盘和电动机相连，轴穿过上圆盘让其可以横向移动，通过改变接触位置可以实现不改变下圆盘转速的同时使上圆盘转速连续可调实现无级变速。

五、板书设计六、教学过程（一）情境导入师：前面我们学习了曲线运动的一种特例：平抛，今天我们来接着学习另一种曲线运动。

这是一个小球,连着细绳,请同学们注意观察。

演示：用细线拴住小球，让其在竖直平面内做圆周运动。

师：小球的运动轨迹是什么？生：圆。

师：像这种轨迹是圆的运动在平常生活中还有吗？学生举例，教师补充（图6）。

总结：像这种轨迹是圆、沿着圆周的运动我们专门给他一个名称，叫做圆周运动（板书：圆周运动）。

（二）概念辨析演示：转动地球仪。

师：这是一个我们地理课上很熟悉的地球仪，代表我们美丽又可爱的地球，球体在做圆圆周运动 线速度 角速度 周期 T 转速 n描述沿圆周运动的快慢 描述绕圆心转动的快慢 t s v ∆∆=（m/s ） 矢量 t w ∆∆=θ（rad/s ） 矢量 V ω T n V = ωr T π2=ω T =1/n T r π2=V周运动吗？学生讨论并回答。

教师分析：地球绕着地轴的转动叫做自转，仅考虑自转，球体的空间位置并没有改变，轨迹显然不是圆，所以自转并不是圆周运动。

谁的轨迹是圆？生：地球上的一个点、绕太阳公转的地球。

师：通过举例，看来这种运动非常普遍，今天我们就来研究它，对于一种运动，我们最关心的肯定是它的快慢问题，所以我们就先来看看如何描述圆周运动的快慢。

（三）快慢描述1.分组实验师：请同学们拿出齿轮组，我们可以看到齿轮之间相互啮合，在底板背面有一个手柄，匀速转动手柄就可以使齿轮组转动。

请同学们2人一组，通过观察，比较abc3点的快慢（图7）。

学生分组观察并讨论a、b的快慢，形成结论：结论1：转一圈所用时间相同，a、b一样快；结论2：转过360°的时间相同，a、b一样快；结论3：相同时间内通过路程b点长，b快；教师根据结论1、2引导学生明白可以通过比较相同时间内转过的角度来比较快慢，根据结论3引导学生明白比较相同时间内通过的弧长也可以比较快慢，而且得出的快慢结论是完全不同的（结论1为后面学习周期的概念、传动装置中同轴点角速度相等的特点等知识打下基础）。

学生分组观察讨论a、c的快慢，形成结论：结论4：c转一圈a转了很多圈，a快；结论5：转过360°的时间a短，a快；结论6：相同时间内通过路程一样长，a、c一样快；教师引导学生将结论4、5与结论1、2对比，都比较角度；结论6与结论3类比，都比较弧长，而不同的角度得出的快慢结论也不同（结论4为后面学习转速的概念打下基础，结论6为后面学习传动装置中同带点线速度相等的特点打下基础）。

教师总结：看来圆周运动的快慢比较复杂，不像直线运动那么简单，从不同的方面可以得出截然不同的结论，我们既可以比较沿圆周运动的快慢，也可以比较绕圆心转动的快慢（板书），前者比的是通过的弧长，后者比的是转过的角度，就像ab之间的快慢，如果比弧长则b快，比角度则一样快。

教师指出：为了描述圆周运动的快慢，应该有不同的速度来描述它，我们引入两种速度，一种叫线速度，一种叫角速度（板书）。

师：根据经验，学习新的物理量首先要知道为什么要引入这个量？它表示的物理意义是什么？生：线速度是用来描述质点沿圆周运动的快慢，角速度是用来描述质点绕圆心转动的快慢。

师：除此之外可以从它们的定义、公式、单位、量性等方面进行研究（图8）。

接下来请同学们根据这几条提纲自学线速度和角速度。

2.线速度学生根据提纲自学并回答线速度相关问题。

教师总结：定义为弧长与时间的比值，单位米每秒，矢量，方向为切线方向（板书）。

师：过去我们是怎么定义速度的？生：位移与时间的比值。

师：那么这里圆周运动的快慢是不是一定要用弧长来除以时间，还是用位移来除，行不行？引导思考：a、b两个质点从o点出发做圆周运动，在相同时间里运动到如图位置（图9），比较弧长谁快，比较位移又是谁快？生：都是b快。

师：看来用位移除以时间也可以得出相同的结论，那还一定要用弧长除以时间吗？生：如果b转了一圈，比较弧长b快，但是比较位移则b慢，必须要用弧长除以时间。

教师分析：对，这是特殊情况，一般情况下如果有一个c点运动了接近一圈，通过的弧长c最大，但位移c最小。

教师指出：这种情况下用位移除以时间是不合理的，这里必须要用弧长除以时间。

师：通过这番分析，看来这两个速度是有不同之处的，因此我们在前面用一个“线”字加以区别，那么有区别是否就意味着两种速度之间毫无联系截然不同呢？生：不是，他们有联系，时间趋向于0时，弧长也就是弦长，等于位移。

分析总结：对，时间越短，弧长也越短，在足够短的时间里，圆周运动可以看成是直线运动，弧长等于位移，这说明两种速度在本质上还是一致的。

师：我们知道直线运动里有一种特殊情况叫做匀速直线运动，任意相同时间内位移都相同，类似的也有这样一种圆周运动，任意相同时间内通过的弧长都相同，我们把它叫做匀速圆周运动，例如像地球上的人，旋转的木马等，那么能不能说匀速圆周运动是一种匀速运动呢？生：不能，因为线速度的方向时刻在变。

教师总结：虽然线速度大小不变但是方向却时刻在变，因此它不是匀速运动，而是匀速率运动。

3.角速度学生根据提纲自学并回答角速度相关问题。

教师总结：定义为角度与时间的比值，单位弧度每秒，矢量（板书）。

师：角速度也是矢量（其方向高中阶段不作要求）；单位的符号rad/s，国际单位制里面角度的单位是弧度而不是度，我们知道半径相同的情况下角度越大弧长也越长，所以国际上呢就用弧长与半径的比值来定义这个角的大小（图10），单位弧度。

当周长取一周时，所对应角度是多少？生：2πr/r=2π弧度！师：也就是说360°对应2π弧度。

前面讲了匀速圆周运动的线速度大小不变，那么角速度大小变吗?生：角速度不变，相等时间内通过弧长相等，对应的角度也相等。

分析总结：学习完线速度角速度之后我们回头来看看齿轮组，很明显，a、b点在相同时间内转过的角度相同，因此他们的角速度也应该相等，其实只要是绕同一根轴转动，转过的角度都应该相同，其角速度相等，我们往往把这个特点说成：同轴点角速度相等。

那么a、c点呢？相同时间转过的齿数相同，因此他们的线速度相等，其实在传送带系统中也有类似的特点，皮带不打滑的情况下轮子边缘的点的线速度相等，我们往往说成：同带点线速度相等（图11）。

4.周期与转速师：除了线速度和角速度，我们还有其他办法来描述圆周运动的快慢吗？（学生思考）就像分针、秒针上的点，谁转的快？（图12）生：红点！因为它转一圈的时间短。

教师总结：我们知道，秒针转一圈1分钟，分针转一圈1小时，这个时间越长，说明转的越慢，我们把这个走一圈的时间称之为周期，用来描述圆周运动的快慢，用T表示，单位秒；此外，也可以用单位时间内转过的圈数即转速来比较快慢，用字母n表示，单位 r/s。

师：通过上面的学习，我们知道了要描述圆周运动的快慢，可以用线速度、角速度以及周期、转速等物理量，那么它们之间有着怎样的关系呢？学生分析：根据线速度和角速度的定义式，如果时间取一个周期那么对应的弧长就是一周的周长，角度就是2π弧度，因此v=2πr/T，w=2π/T，根据这两个公式很明显v=wr。