高中物理人教版 (新课标)必修21.曲线运动教学设计

人教新课标版高中物理必修二

 §5.1  曲线运动(教学设计)

一、教学目标

知识与技能：

1．知道曲线运动中速度的方向，理解曲线运动是一种变速运动．

2．知道物体做曲线运动的条件是所受的合外力与它的速度方向不在一条直线上．

过程与方法：

1．体验曲线运动与直线运动的区别．

2．体验曲线运动是变速运动及它的速度方向的变化．

情感、态度与价值观：

1．能领略曲线运动的奇妙与和谐，发展对科学的好奇心与求知欲．

2．有参与科技活动的热情，将物理知识应用于生活和生产实践中．

二、教学重点、难点

重点：  1．什么是曲线运动．

  2．物体做曲线运动的方向的确定．

  3．物体做曲线运动的条件．

难点：物体微曲线运动的条件

三、教学方法    实验、讲解、归纳、推理

四、教学过程

导入新课：

生活中有很多种运动形式，我们已经和匀速直线运动和匀变速直线运动打过交道，它们的特征是运动的方向不发生改变，运动的轨迹是一条直线。

我们来比较一下这两种情形

1、自由释放一粉笔头；     2、平抛出一粉笔头

两种运动情况有什么不同呢？（前者是直线运动，后者是曲线运动）

（展示几种曲线运动的画面：天体运行、电子绕原子核旋转、钟摆、摆球……）

大家能不能举出其它的曲线运动的例子？

直线运动已经学过，但实际生活中普遍发生的却是曲线运动。

（1） 概念：轨迹是曲线的运动叫曲线运动。

（2） 范围：曲线运动是普遍的运动情形。小到微观世界（如电子绕原子核旋转）；大到宏观世界（如天体运行）都存在。

研究曲线运动的特点，研究物体在什么情况下做曲线运动等问题将是我们更重要的任务，从本节课开始我们来研究曲线运动。

首先，我们来看几种现象……

进入新课：

一、曲线运动的方向

1、三个演示

（1）演示在旋转的砂轮上磨刀具。

观察并思考问题：磨出的火星如何运动？为什么？

分析：磨出的火星是砂轮与刀具磨擦出的微粒，火星飞出时，由于惯性，以脱离砂轮时的速度的大小和方向运动，也就是沿切线方向飞出，切线方向即为火星飞出时的速度方向。

（2）演示撑开带有雨滴的雨伞绕柄旋转，伞边缘上的水滴如何运动

观察并思考：水滴为什么会沿脱离时的轨迹的切线飞出？     分析：同上

（3）演示链球运动员运动到最快时突然松手，在脱手处小球如何飞出？

观察并思考：链球为什么会沿脱手处的切线飞出？          分析：同上

2、理论分析：     思考并讨论：

（1）在直线运动中如何确定某点的瞬时速度？

分析：如要求直线上的某处A点的瞬时速度，可在离A不远处取一B点，求AB的平均速度来近似表示A点的瞬时速度，如果时间取得更短，这种近似更精确，如时间趋近于零，那么AB间的平均速度即为A点的瞬时速度。

（2）在曲线运动中如何求某点的瞬时速度？

分析：用与直线运动相同的思维方法来解决。

先求AB的平均速度：由可知，的方向与的方向一致，当越小，约接近于A点的瞬时速度。当0时，AB曲线即为切线，A点的瞬时速度为该点的切线方向。可见，曲线运动速度的方向为质点在该处的切线方向，且方向是时刻改变的。（速度的变化包含哪几层含义？）因此，曲线运动是变速运动。

3、结论：

曲线运动中速度的方向是时刻改变的，质点在某一点（或某一时刻）的速度方向在曲线的这一点的切线方向上。

二、物体做曲线运动的条件

为什么有些物体做直线运动，有些物体做曲线运动呢?下面我们通过几个实验来研究……

1、观察与思考：三个对比实验

（1）在斜面顶端放置一钢球，放开手让钢球自由滚下，观察钢球在桌面上的运动情况，记住钢球的运动轨迹．

师：钢球运动情况如何？  （钢球做直线运动，速度逐渐减小）

师：请同学们来分析钢球在桌面上的受力情况．

（钢球受竖直向下的重力，竖直向上的支持力，还受到滑动摩擦力的作用）

师：摩擦力的方向如何?     （摩擦力的方向与运动方向在同一直线上，但与运动方向相反）

（2）在刚才实验中，钢球的运动路径旁边放一块磁铁，重复刚才的实验操作，观察钢球在桌面上的运动情况．

师：钢球运动情况如何？  （钢球做曲线运动）

师：分析钢球在桌面上的受力情况．

（钢球受竖直向下的重力，竖直向上的支持力，还受到方向与运动方向相反的滑动摩擦力的作用，此外还受到磁铁的吸引力）

师：引力的方向如何？

（引力的方向随着钢球的运动不断改变，但总是不与运动方向在同一直线）

（3）把刚才实验用的钢球改为同等大小的木球重复上次实验，观察木球运动情况．

师：木球运动情况如何？   （木球做直线运动，速度不断减小）

师：分析木球在桌面上的受力情况．

（木球受竖直向下的重力、竖直向上的支持力，还受到方向与运动方向相反的滑动摩擦力的作用．木球并不受到磁铁给它的吸引力）

在以上几个实验中，第一个钢球只受到与运动方向在同一条直线上与运动方向垂直的力的作用，做的是直线运动，木球同样也受到这样的力的作用，也是做直线运动。

第二个钢球受到一个与运动方向成一定夹角的力的作用，做的是曲线运动；平抛出的粉笔头受重力与它的运动方向也不在同一条直线上，粉笔头做曲线运动。

由此我们可以得出什么样的情况下物体会做曲线运动?

（当物体受到与运动方向不在同一条直线上的力的作用时，会做曲线运动）

现在大家来看这种情况，光滑水平桌面上放置质量为m的物体，受到与水平方向成。角斜向上的力的作用，分析该物体的运动情况。    

（物体做匀加速直线运动）

师：物体的受力情况是怎样的?（受竖直向下的重力、竖直向上的支持力以及拉力）

师：拉力与运动方向有什么关系?    （拉力与运动方向有一定角度）

师：刚才我们总结说：当物体受到与运动方向成一定角度的力的作用时，物体会做曲线运动，而在这种情况里，物体受的力与运动方向成角度，但物体并没有做曲线运动，这是什么原因？

总结：对于钢球来说，它不仅受到与运动方向成一定角度的力的作用．而且它所受到的合外力的方向也与运动方向成一定角度，钢球做曲线运动；对于平抛出的粉笔头来说，它所受到的重力就是它受到的合外力，与运动方向成一定角度，粉笔头做曲线运动。

对于刚才题目中的物体来说，虽然它所受到的拉力与运动方向成一定角度，但物体所受的合外力仍然与运动方向在同一直线上，所以该物体并没有做曲线运动。

2、物体做曲线运动的条件

提问：那我们该如何总结物体做曲线运动的条件?

（当物体所受的合力方向跟它的速度方向不在同一直线上时，物体将做曲线运动）

3、结论：做曲线运动的条件是：

（1）要有初速度  （2）要有合外力 （3）初速度与合外力有一个角度

强调总结：当物体所受的合力的方向与它的速度方向在同一直线时，物体做直线运动；当物体所受合力的方向与它的速度方向不在同一直线上时，物体就做曲线运动

【例】如图所示是标枪运动路线的示意图，请回答下面问题.

①     画出它在各点的速度方向.          

②画出标枪在各点的受力方向(不计空气阻力).

③说明标枪的运动轨迹为什么是曲线.

④从作出的图中看出，做曲线运动的物体，合力的方向总是指向轨迹弯曲的内侧，这是否可作为一条规律？

小试身手：

1、关于曲线运动，下列说法正确的是 （  AB ）

A．曲线运动一定是变速运动               B．曲线运动速度的方向不断变化，但速度的大小可以不变

C．曲线运动的速度方向可能不变           D．曲线运动的速度大小和方向一定同时改变

2、质点在力F的作用下做曲线运动，下图是质点受力方向与运动轨迹图，其中有可能的是（ACD）

拓展思维：

1、物体在光滑水平桌面受三个水平恒力（不共线）处于平衡状态，当把其中一个水平恒力F1撤去时，物体将（CD）

A．物体一定沿着F1的方向做匀加速直线运动     B．物体一定沿着F1的方向做匀变速直线运动

C．物体可能做直线运动，也可能做曲线运动      D．物体不可能做匀速直线运动

     讨论：

①物体的初始状态如何？     答：静止或匀速直线运动（说明：题目没有明确）

②合外力情况如何？ 答：开始合外力为零，当撤去一个力时，物体将受到与撤去的力大小相等，方向相反的合外力。

③物体将如何运动？

答：a、当初速度为零时，一定做匀加速直线运动

b、当初速度不为零时，当初速度方向与合外力方向相同或相反时，做匀变速直线运动；当初速度与合外力方向有角度时，物体做曲线运动。

2、下列说法正确的是：（ ABD ）

     A．物体受到的合外力方向与速度方向相同时，物体做加速直线运动

     B．物体受到的合外力方向与速度方向呈锐角时，物体做加速曲线运动

     C．物体所受到的合外力方向与速度方向呈钝角时，物体做减速直线运动

     D．物体受到的合外力方向与速度方向相反时，物体做减速直线运动

【小结】  1．运动轨迹是曲线的运动叫曲线运动。

2．曲线运动中速度的方向是时刻改变的，质点在某一点的瞬时速度的方向在曲线的这一点的切线上。

3．当合外力F的方向与它的速度方向有夹角时，物体做曲线运动。