物理必修24.圆周运动教案设计

第二章  第一节  匀速圆周运动

广州市第四中学　　

一、课程标准

会描述匀速圆周运动。

二、教学目标

•知识与技能

1．   了解物体做圆周运动的特征

2．   理解线速度、角速度和周期的概念，知道它们是描述物体做匀速圆周运动快慢的物理量，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：

•过程与方法

1．   联系学生日常生活中所观察到的各种圆周运动的实例，找出共同特征。

2．   联系各种日常生活中常见的现象，通过课堂演示实验的观察，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：线速度大小，角速度大小，周期T、转速n等。

3．   探究线速度与周期之间的关系，结合，导出。

•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．  通过亲身感悟，使学生获得对描述圆周运动快慢的物理量（线速度、角速度、周期等）以及它们相互关系的感性认识。

三、教学建议

•教材处理

①课时建议：1课时

②重点：线速度、角速度、周期概念的理解，及其相互关系的理解和应用，匀速圆周运动的特点

难点：角速度概念的理解和匀速圆周运动是变速曲线运动的理解。

重点难点处理意见

本节学习的一些物理量较抽象，教学中应联系各种日常生活中常见的现象，想办法多做演示实验以激发学生学习积极性，把抽象的物理量具体形象化，便于学生接受。多用一些学生熟悉的、感兴趣的例子说明一些较难说清的问题，如用钟表指针针尖的运动快慢来说明为什么周期越大运动就越慢；风扇转动时，同一叶片上各点做圆周运动，在相同的时间内转过和角度相同而经过的弧长不同，这时仅用线速度并不能反映它们运动的快慢，从而有必要引入另一个描述圆周运动快慢的物理量— 角速度。

线速度、角速度、周期之间的关系，由学生通过自己的思考得出。联系上一章知识，引导学生得出匀速圆周运动的速度方向时刻在改变，是一种变速曲线运动。

③栏目处理意见

［讨论与交流］（课本P26）

引导学生举出尽可能多的日常生活中圆周运动的例子，以丰富学生的感性认识，进一步引导学生概括出质点做圆周运动和匀速圆周运动的特征。

［观察与思考］（课本P26）

通过所提的三个问题使学生认识到前面所学习的描述直线运动的物理量也可用于描述匀速圆周运动，使学生认识到匀速圆周运动是比直线运动更为复杂的曲线运动，有不同于直线运动的一些新的特点，需要引入一些新的物理量。

［讨论与交流］（课本P28）

线速度、角速度、周期之间的关系，尽可能由学生通过自己的思考得出，必要时教师以适当的引导。

线速度、角速度、周期在描述匀速圆周运动快慢时的不同之处要让学生充分发表自己的观点，对一些学生的错误认识及时组织学生进行讨论交流，以增强学生对圆周运动的理解。

［实践与拓展］（课本P28）

所提的两个问题是与圆周运动的相关的技术的实际应用，可要求学生课后完成。

•演示实验

本节学习的一些物理量是第一次接触，学生会感到抽象，除了利用电脑课件外，在教学中要想办法多做演示实验。如可用电唱机、钟表的时针分针等来演示匀速圆周运动，其中电唱机也可用CD机的转盘或小马达等替代。

•学生学习指导

1．   科学上建立概念的过程，是通过大量实例（现象），概括抽象出本质的内容，即由个别到一般的思维过程。

2．   圆周运动是曲线运动的一种特殊情况，生活中随处可见，在学习过程中，要注意观察和实验，结合实际经验，理解和掌握圆周运动、匀速圆周运动的概念，重点理解和掌握线速度v、角速度ω、同期T和转速n的意义及相互关系。明确线速度和角速度是从不同的角度来描述圆周运动的快慢，线速度描述质点沿圆弧运动的快慢，角速度描述质点绕圆心转动的快慢。

•教学资源

①普通高中课程标准实验教科书物理必修2（广东教育出版社）2004年6月第一版

②普通高中课程标准实验教科书物理必修2教师教学用书（广东教育出版社）2004年7月第一版和所附课件

四、教学设计

教具

1．钟表，皮带传动装置（课本P27）

2．电唱机（或CD机转盘、小马达等）、唱片（唱片上画一半径，在距圆心不同距离处用不同颜色画两个圆）

.3．计算机、课件

教学方法

实验、讲解、归纳、推理法

主要教学过程

（一）引入新课

演示：将一粉笔头分别沿竖直向下、水平方向、斜向上抛出，观察运动轨迹。

复习提问：粉笔头做直线运动、曲线运动的条件是什么？

启发学生回答：速度方向与合外力的方向在同一条直线上，物体做直线运动；不在同一直线上，做曲线运动。

进一步提问：在曲线运动中，有一种特殊的运动形式，物体运动的轨迹是一个圆周或一段圆弧(用单摆演示)，称为圆周运动。（配套课件H02201）在日常生活中你还见过或经历过哪些圆周运动？你对圆周运动有什么认识？

(学生举例教师补充)

电扇、风车等转动时，上面各个点运动的轨迹是圆……大到宇宙天体如月球绕地球的运动，小到微观世界电子绕原子核的运动，都可看做圆周运动，它是一种常见的运动形式。今天我们就来学习这一方面的内容。

 (二)教学过程设计

思考：什么样的圆周运动最简单？

引导学生回答：物体运动快慢不变。

（结合配套课件H0202，讲解匀速圆周运动和非匀速圆周运动）

1、匀速圆周运动

物体在相等的时间里通过的圆弧长相等，如机械钟表针尖的运动。

学生阅读课本P26的“观察与思考”，思考其提出的三个问题。

 (学生自由发言)

教师引导学生总结归纳：

问题1：自行车车轮转动时车轮上某一点，经一段时间t后，在圆周轨道上位置的确定方法：（1）这一点经时间t运动的轨迹，即路程；（2）由起始位置指向末了位置的有向线段，即位移；（3）由该点的半径在时间t内转过的角度。

问题2：该点在圆周轨道上运动快慢的判断（定性），可用单位时间内通过的圆弧的长度来判断；也可用连接该点的半径在单位时间内转过的角度来判断；也可数一下一定时间内转动的圈数；也可用转动一周所用的时间来判断。

问题3：引导学生认识匀速圆周运动区别直线运动最显著的特征，即重复性或者说周期性。

指出：匀速圆周运动是比直线运动更为复杂的曲线运动，有不同于直线运动的一些新的特点，需要引入一些新的物理量。

2、匀速圆周运动快慢的描述

（1）线速度：

①物理意义：描述质点沿圆周运动的快慢。

②定义：质点通过的弧长s跟通过这段弧长所用时间t的比值。

③大小：　匀速圆周运动的线速度大小处处相等

思考：在曲线运动中，速度的方向是怎样确定的？圆周运动作为一种特殊的曲线运动，它的速度方向又是怎样的呢？

（学生自由回答）

（结合配套课件H0203讲解）

④方向：线速度的方向在圆周该点的切线上。

思考：在匀速直线运动中，速度的大小和方向都不变，所以匀速直线运动是速度不变的运动。匀速圆周运动是速度不变的运动吗？

引导学生回答：质点做匀速圆周运动时，速度的大小不变，方向时刻在变化，匀速圆周运动不是速度不变的运动。匀速圆周运动是变速曲线运动。匀速圆周运动中的“匀速”是指速度的大小（速率）不变，应该理解成“匀速率”。（对于基础好的班，这里可进一步引导学生：速度变化了，即有加速度，按牛顿第二定律，物体所受的合外力肯定不为零，给学生一些思考，为后面向心力的讲解作铺垫。）

展示正在运动的钟表：钟表的分针与秒针的末端，做圆周运动的半径大致相同，而在相同的时间内经过的弧长不同，这时就可以用线速度比较它们的快慢。

演示转动的唱片，引导学生观察：同一半径上的两个不同颜色的点：唱片转动时，同一半径上的两点做圆周运动中，在相同的时间内转过的角度相同而经过的弧长不同，这时用线速度能全面地反映它们运动的快慢吗？

 演示课本P27图2－1－6皮带传动实验，引导学生观察：皮带传动时，大小两轮子边缘在相同的时间内经过的弧长相同，即线速度大小相同。但是与此同时，两轮转过的角度并不相同，小轮显然转得快些。

分析：同一轮子半径上不同的质点，在相同的时间内转过的角度相同，转动的快慢是相同的，但是经过的弧长并不相同，离圆心越远的质点，运动越快，线速度显然大些。怎么解决这一问题呢？

（学生自由发言）

引导得出：引入另一个描述圆周运动快慢的物理量—角速度

（结合课件H02204讲解）

（2）角速度

①物理意义：描述质点绕圆心转动的快慢。

②定义：质点所在半径转过的角度跟所用时间t的比值。

③大小：　单位：rad/s

④匀速圆周运动是角速度不变的圆周运动

出示阅读思考题：

1）　　　　叫周期；　　　　叫转速

2）它们分别用什么字母表示？

3）它们的单位分别是什么？

阅读结束后，学生自己复述上边思考题。

(3)周期

①物理意义：描述物体做圆周运动的快慢。

②定义：质点沿圆周运动一周所用的时间，用符号T表示。

③单位：S

如：地球公转周期约365天，钟表秒针周期60s等，周期长，表示运动慢。

(3)转速

①物理意义：描述物体做圆周运动的快慢。

②定义：做圆周运动的物体单位时间内转过的圈数，用符号n表示。

③单位：r/s或r/min

(前面“观察与思考”已提及，所以这部分可由学生自己说出并看书完成)

恒量。

3．线速度、角速度、周期之间的关系

既然线速度、角速度、周期都是用来描述匀速圆周运动快慢的物理量，那么他们之间有什么样的关系呢？

    （出示课本P28“讨论与交流”，学生自己思考，然后教师组织交流总结。）

（1）线速度与周期关系：由得（做匀速圆周运动的物体，在一个周期内通过的弧长为。）

指出：上式表明，只有当半径相同时，周期小的线速度大，当半径不同时，周期小的线速度不一定大，所以周期与线速度描述的快慢是不一样的。

（2）角速度与周期关系：由得（做匀速圆周运动的物体，在一个周期内转过的角度为。）

引导学生结合以上两点得出：

（3）线速度与角速度关系：

引导学生讨论得出：

    1）当v一定时，与r成反比

    2）当一定时及v与r成正比

    3）当r一定时，v与成正比

（4）考虑到转速则有：

强调：式中各物理量单位的统一。

(三)课堂小结

1．匀速圆周运动是一种变速曲线运动。

2．描述匀速圆周运动快慢的物理量有线速度、角速度、周期、转速等。

3．线速度、角速度、周期、转速之间的关系

五、达标练习

•纸笔部分

1．静止在地球上的物体都要随地球一起转动，下列说法正确的是（　A　）

　 A．运动的周期都是相同的

　 B．它们的线速度都是相同的

　 C．它们的线速度大小都是相同的

　 D．它们的角速度是不同的

2．2005年上海将建成世界第一高度的摩天轮—“上海之星”，它比目前世界最高的摩天轮—“伦敦之眼”还高约70m，也将高于目前正在建设中的美国“拉斯维加斯”摩天轮。“上海之星”摩天轮总身高约210m，轮直径180m，运动行一周需30min，则该摩天轮的（　BD　）

A．线速度为m/s　　　　　B．线速度为0.1m/s

C．线速度为0.2m/s　　　 D．角速度为rad/s

3．如图所示的皮带传送装置中，右边两轮连在一起同轴转动，图中三轮半径关系为：，A、B、C三点为三个轮边缘上的点，皮带不打滑，则A、B、C三点的线速度之比是   ：   ：   ；角速度之比是   ：   ：   ；周期之比是   ：   ：  。

（1：1：3　　1：2：2　　2：1：1）

•实践部分（见课本P28“实践与拓展” ）

说明：本教学设计“斜体字内容“为板书设计，容量稍大，练习中的第3题可根据时间选讲！以上教学设计和教学建议仅供参考，请各位老师根据学校的具体实际作出调整。