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2019-2020年高中物理 5.8《生活中的圓周運(yùn)動(dòng)》同步教案 新人教版必修2 【設(shè)計(jì)思想】 本教學(xué)設(shè)計(jì)以新課程的三維目標(biāo)為依據(jù)，重視學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，體現(xiàn)“以學(xué)生為主體，以教師為主導(dǎo)”的新型師生關(guān)系，強(qiáng)化情感、態(tài)度與價(jià)值觀的教育，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。力圖在教學(xué)中營造活躍、寬松的學(xué)習(xí)氛圍，鼓勵(lì)學(xué)生合作探究，為學(xué)生與學(xué)生、教師與學(xué)生的交流與合作創(chuàng)設(shè)更多的機(jī)會(huì)，也為教學(xué)活動(dòng)中的“生成”搭建舞臺(tái)。其設(shè)計(jì)特色有二，其一，密切聯(lián)系和關(guān)注時(shí)代的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步（火車提速）；其二，創(chuàng)造性地利用現(xiàn)代化儀器和設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)為教學(xué)服務(wù)，突破教學(xué)難點(diǎn)。 【教材分析】 《課程標(biāo)準(zhǔn)》要求學(xué)生能用牛頓第二定律分析勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力。這就要求學(xué)生首先要知道什么是向心力，明確向心力與向心加速度的關(guān)系，然后應(yīng)用牛頓第二定律布列方程。本課內(nèi)容是圓周運(yùn)動(dòng)有關(guān)知識(shí)的綜合應(yīng)用，是牛頓第二定律的重要應(yīng)用之一，學(xué)習(xí)它有助于了解物理學(xué)的特點(diǎn)和研究方法，體會(huì)物理學(xué)在生活中的應(yīng)用以及對(duì)社會(huì)發(fā)展的影響，同時(shí)也為后續(xù)知識(shí)的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。這節(jié)內(nèi)容安排2課時(shí)，這是第1課時(shí)的教學(xué)設(shè)計(jì)。 【學(xué)情分析】 在學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容之前，學(xué)生已學(xué)習(xí)了描述圓周運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)量（如線速度、角速度、向心加速度等）和向心力；并已知道對(duì)于一般的曲線運(yùn)動(dòng)，盡管這時(shí)曲線各個(gè)地方的彎曲程度不一樣，但在研究時(shí)只要取足夠短的一小段，就可以采用圓周運(yùn)動(dòng)的分析方法進(jìn)行處理；但學(xué)生對(duì)向心力的理解還不夠透徹，存在一些錯(cuò)誤的前概念，例如部分學(xué)生錯(cuò)誤地理解為因?yàn)閳A周運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生了向心力。 　　處于高一階段的學(xué)生，其思維習(xí)慣中形象思維占的比例還比較大，邏輯思維的能力有待進(jìn)一步的開發(fā)和提高；對(duì)于物理學(xué)科特定的研究方法和分析方法已有了一定的了解，但還不是非常的熟練，有待進(jìn)一步地培養(yǎng)。 【教學(xué)目標(biāo)】 （1）鞏固向心力和向心加速度的知識(shí)； （2）會(huì)在具體問題中分析向心力的來源； （3）會(huì)用牛頓第二定律解決生活中較簡單的圓周運(yùn)動(dòng)問題。 【教學(xué)重點(diǎn)】 用牛頓第二定律列方程 【教學(xué)難點(diǎn)】 A. 分析具體問題中向心力的來源； B. 理解超重和失重。 【課前準(zhǔn)備】電子秤；自制軌道；小球；紙箱；數(shù)碼相機(jī)；三角架；電腦多媒體。 【教學(xué)過程】 1. 引入課題 師：生活中圓周運(yùn)動(dòng)的例子很多，你能列舉一些嗎？ 生： …… 師：生活中的圓周運(yùn)動(dòng)是多種多樣的，大家都知道圓周運(yùn)動(dòng)需要向心力，你能談?wù)剬?duì)向心力的認(rèn)識(shí)嗎？ 生1：向心力總是指向圓心的； 生2：向心力是按力的作用效果命名的力，并且是由其他力來提供的； …… 師：組織、鼓勵(lì)學(xué)生向老師提問有關(guān)圓周運(yùn)動(dòng)的問題。 生：積極提問。 師：對(duì)學(xué)生的提問，教師首先要肯定其勇氣，并告訴學(xué)生他們所提的問題多數(shù)會(huì)在這堂課中得到解決，這堂課將深入分析圓周運(yùn)動(dòng)的幾個(gè)特例，解決圓周運(yùn)動(dòng)問題的關(guān)鍵是分析向心力的來源，應(yīng)用的規(guī)律仍然是牛頓第二定律，與前面所學(xué)的知識(shí)大同小異。 點(diǎn)評(píng)：傳統(tǒng)教學(xué)中常見的是老師問、學(xué)生答，學(xué)生處于被動(dòng)的地位。而現(xiàn)在推行的新課程強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為主體，因此我們要把提問權(quán)還給學(xué)生。 “提出問題往往比解決問題更重要”，善于提出問題或發(fā)現(xiàn)問題是學(xué)生自主學(xué)習(xí)與主動(dòng)探求知識(shí)的生動(dòng)表現(xiàn)。在質(zhì)疑狀態(tài)下的學(xué)生取之所需，求知欲強(qiáng)，學(xué)生主動(dòng)地參與到學(xué)習(xí)中去，學(xué)習(xí)興趣高，學(xué)習(xí)效率高。 2. 實(shí)例1——拐彎（水平面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)） 師：首先，讓我們一起來看汽車拐彎（播放一段汽車拐彎側(cè)翻的視頻，如圖1）。 生：觀察和思考（學(xué)生興致高漲） 師：汽車為什么沒能安全拐彎呢？影響汽車能否安全拐彎的因素又有哪些呢？相信這些正是同學(xué)在思考的問題，請同學(xué)們用物理學(xué)的方法來分析一番（投影汽車拐彎示意圖，如圖2）。（提示先是受力分析，然后分析由誰來提供向心力，最后應(yīng)用牛頓第二定律列出動(dòng)力學(xué)方程，分析供求關(guān)系。） 生：汽車受到的力有重力、支持力、牽引力、摩擦力。其中向心力由沿轉(zhuǎn)彎半徑指向里面的靜摩擦力提供（教師在圖2中畫出）。 師：那圓周運(yùn)動(dòng)需要的向心力是什么呢？ 生：是； 師：如果要讓汽車安全拐彎需要滿足怎樣的關(guān)系？（即動(dòng)力學(xué)方程） 生：動(dòng)力學(xué)方程為　。 師：汽車沒能安全拐彎的原因是什么？ 生：是因?yàn)槠囁俣忍?，因而需要的向心力太大，或者說靜摩擦力提供的向心力不夠大。 師：那在怎樣的情況下汽車恰好能安全拐彎呢？ 生：最大靜摩擦力等于拐彎所需要的向心力。 師：板書，并指明ｖ0為臨界速度。那么，在不改變汽車行駛速度的情況下，要讓汽車安全拐彎，我們可以怎么辦？ 生：增大摩擦因數(shù)、減小汽車質(zhì)量、增大轉(zhuǎn)彎半徑。 師：減小汽車質(zhì)量，真的可以轉(zhuǎn)危為安嗎？ 生：思索后發(fā)現(xiàn)，等式兩邊質(zhì)量可以消去，即與質(zhì)量無關(guān)。 師：剛才我們根據(jù)摩擦力提供向心力分析了汽車拐彎的安全問題，有沒有辦法讓其他力來提供向心力呢？停頓一段時(shí)間后展示賽車跑道圖片（如圖3）。 　 　 　　　　　圖3 　　　　　　　　　　　　圖4 生：觀察和思考后發(fā)現(xiàn)，可以讓路面傾斜。 師：引導(dǎo)學(xué)生用物理知識(shí)分析為什么讓路面傾斜可以增加拐彎的安全性。 生：先是受力分析，然后進(jìn)行力的合成或力的分解來分析向心力的來源，并與同學(xué)討論、交流其正確性。 師：巡視并及時(shí)糾正學(xué)生的錯(cuò)誤，如將重力和支持力的合力畫成沿斜面向下。提醒學(xué)生向心力必須指向圓心，因而肯定是在水平面內(nèi)。展示公路拐彎處的限速牌（如圖4），請學(xué)生分析在確定限速值時(shí)需要考慮哪些因素？ 生：公路的傾斜程度，摩擦因素，轉(zhuǎn)彎半徑以及車流量等。 師：學(xué)習(xí)了與汽車拐彎有關(guān)的物理知識(shí)后，再讓我們來看看火車，火車是當(dāng)今社會(huì)的重要交通工具之一（展示火車圖片，如圖5），可你有仔細(xì)觀察過火車車輪與鐵軌的構(gòu)造嗎？（展示圖6）請描述它們的特點(diǎn)？ 圖5　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖6 生：輪緣半徑大于車輪半徑，軌道將兩車輪的輪緣卡在里面。 師：如果鐵路彎道是水平的，那么火車拐彎時(shí)將會(huì)出現(xiàn)什么情況？ 生：火車輪緣會(huì)擠壓鐵軌。 師：追問是外軌還是內(nèi)軌？ 生：是外軌。 師：火車質(zhì)量大，速度也大，因此所需的向心力大。外軌長期受到強(qiáng)烈擠壓就會(huì)損壞。你能想辦法改進(jìn)一下嗎？ 生：（聯(lián)想到賽車跑道）使鐵路彎道傾斜。 師：如果能根據(jù)轉(zhuǎn)彎半徑R和火車速度V來設(shè)計(jì)內(nèi)、外軌高度差或傾斜角，使轉(zhuǎn)彎時(shí)所需要的向心力剛好由重力和支持力的合力來提供，那么外軌就不再受輪緣的擠壓，從而可以大大延長使用壽命（動(dòng)畫演示）。請同學(xué)們寫出這種情況下牛頓第二定律的表達(dá)式？ 生： 。 師：可是現(xiàn)實(shí)中，鐵路建造完工后，傾斜角和轉(zhuǎn)彎半徑R就已確定，因此要使外軌不受輪緣的擠壓，應(yīng)該調(diào)整火車的行駛速度。請求出這個(gè)速度？ 生：，。 師：那么，火車如果不是按此速度行駛，會(huì)怎么樣呢？ 生：討論和交流后得到：，外軌產(chǎn)生彈力起輔助作用；，內(nèi)軌產(chǎn)生彈力起輔助作用。 師：(投影)今年4月18日，我國鐵路進(jìn)行了第六次大提速，時(shí)速將達(dá)200公里以上，這必將為我國的經(jīng)濟(jì)騰飛注入新的活力。假設(shè)你是一位從事鐵路設(shè)計(jì)的工程師，你認(rèn)為火車提速有必要對(duì)鐵路拐彎處進(jìn)行改造嗎？應(yīng)如何改造？ 生：分析、討論和交流。 點(diǎn)評(píng)：傳統(tǒng)教學(xué)中強(qiáng)調(diào)的是如何把知識(shí)講清楚、講透徹，而新課程強(qiáng)調(diào)的是自主探究，充分展示過程和方法，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)方式的多樣化，貫徹從生活走向物理，從物理走向社會(huì)，突出STS思想，展現(xiàn)物理學(xué)科的人文價(jià)值。通過汽車拐彎問題的分析，為學(xué)生自主探究火車拐彎的問題搭設(shè)了臺(tái)階，并緊密聯(lián)系到我國最近的第六次火車大提速，由于賦予了實(shí)踐的背景，有效地調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性，物理知識(shí)被活化了，學(xué)生跟物理學(xué)的距離便一下子拉近了許多，同時(shí)，也讓學(xué)生因?yàn)楫?dāng)了一回工程師而獲得了一次很好的情感體驗(yàn)。 3. 實(shí)例２——過橋（豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)） 師：(投影拱橋照片，如圖7)請看大屏幕，生活中我們經(jīng)常會(huì)看到美麗的拱形橋，而很少見到凹形橋，那拱形橋有哪些優(yōu)點(diǎn)呢？(照片與模型對(duì)不上) 　　　　　　　　圖7　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖8 生1：拱形橋可以讓更大的船只通過，利于通航。 生2：發(fā)洪水的時(shí)候，拱形橋在相同的時(shí)間內(nèi)可以流過更多的水，利于泄洪。 生3：更加堅(jiān)固、美觀。 …… 師：當(dāng)你騎自行車快速通過凹凸不平的路面時(shí)，不知道你有沒體會(huì)到過與平路不一樣的感覺？ 生：有，有時(shí)感覺飄起來，有時(shí)屁股震得好痛。 師：為什么會(huì)這樣呢？讓我們來分析一下，(投影)設(shè)橋面圓弧半徑為R，質(zhì)量為m的汽車在拱橋上以速度v前進(jìn)（如圖8），問汽車通過拱橋最高點(diǎn)時(shí)對(duì)橋的壓力多大？(提示分析步驟：受力分析、確定向心力、列方程) 生：討論和交流，由代表陳述：是重力和支持力的合力提供向心力，根據(jù)牛頓第二定律有，,再根據(jù)牛頓第三定律，汽車對(duì)橋面的壓力比重力小，發(fā)生了失重現(xiàn)象。 師：那如果是凹形橋又會(huì)怎樣呢？ 生：分析。 師：我們可以用模擬實(shí)驗(yàn)來檢驗(yàn)和證明我們的分析。同時(shí)出示電子秤、自制軌道，闡明軌道相當(dāng)于凹形橋，而電子秤可以顯示壓力大小，用小球在軌道上運(yùn)動(dòng)來模擬汽車通過凹形橋的情景。實(shí)驗(yàn)時(shí)先把軌道和小球放在電子秤上稱，并將電子秤置零，然后移開小球，電子秤顯示示數(shù)為負(fù)。將小球從軌道高處釋放前，提示學(xué)生注意觀察電子秤示數(shù)的變化，然后釋放小球，并問學(xué)生觀察到了什么？又說明了什么？ 生：觀察到電子秤上示數(shù)中的負(fù)號(hào)有一瞬間消失了，說明出現(xiàn)了超重現(xiàn)象。 師：剛才的實(shí)驗(yàn)中，示數(shù)變化很快看不清楚，我們可以用數(shù)碼相機(jī)將其拍下一幀一幀地看(請學(xué)生協(xié)助拍攝，然后將其信號(hào)投影至大屏幕播放慢鏡頭,選取幾張截圖如圖9)。 圖9 生：清晰地看到小球過最低點(diǎn)時(shí)示數(shù)為正，過最高點(diǎn)時(shí)示數(shù)為負(fù)。 師：這說明了什么？ 生：示數(shù)為正說明發(fā)生了超重現(xiàn)象，示數(shù)為負(fù)說明發(fā)生了失重現(xiàn)象。 點(diǎn)評(píng)：新課程強(qiáng)調(diào)充分利用課程資源，讓現(xiàn)代化的技術(shù)和設(shè)備為物理教學(xué)服務(wù)，創(chuàng)設(shè)形象生動(dòng)的物理情景，豐富物理教學(xué)的內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和掌握。汽車過拱橋時(shí)的失重現(xiàn)象在現(xiàn)實(shí)中并不明顯，學(xué)生較難體會(huì)到，即使學(xué)生體會(huì)到了也不太會(huì)跟物理知識(shí)聯(lián)系起來。為了突破這一教學(xué)難點(diǎn)，筆者采用了電子秤，但小球在軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)間較短，示數(shù)變化太快而看不清楚，只看到有一瞬間負(fù)號(hào)消失，又利用數(shù)碼相機(jī)的連拍功能使示數(shù)變化的整個(gè)過程清晰可見，令學(xué)生嘆為觀止。 師：試想如果汽車的速度很大，會(huì)出現(xiàn)什么情況呢？ 生：將會(huì)“飛”起來。 師：(投影地球圖片,如圖10)地球可以看作一個(gè)巨大的拱形橋，橋面的半徑就是地球半徑（約6400km）,如果地面上行駛的汽車速度足夠大，會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？試想這時(shí)駕駛員與座椅之間的壓力是多少？他這時(shí)可能有什么感覺？ 圖10 生：（表現(xiàn)得很有興趣）積極思考和分析。 師：在學(xué)生表述的基礎(chǔ)上，闡明如果汽車速度足夠大，那將可以飛離地球而成為人造衛(wèi)星，這時(shí)，地球這座拱橋就“形同虛設(shè)”了，相關(guān)的知識(shí)我們將會(huì)在后面學(xué)習(xí)。 　　點(diǎn)評(píng)：許多物理知識(shí)間存在緊密的聯(lián)系,為了使學(xué)生更容易理解和掌握知識(shí)的來龍去脈，物理教學(xué)要有全局的觀念，當(dāng)前知識(shí)的教學(xué)要有利于學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)知識(shí)，合理設(shè)置“接口”。 4. 課堂小結(jié) 師：通過這堂課的學(xué)習(xí)，你學(xué)到了什么？（鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)言并輔以適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)和提示） 生：踴躍發(fā)言。 師：肯定學(xué)生的發(fā)言，并在學(xué)生發(fā)言的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步明確本堂課的主要知識(shí)和方法。 5. 作業(yè)布置 利用假期時(shí)間，實(shí)地調(diào)查某公路拐彎處的傾斜情況，并查看路邊的限速牌，運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)，從理論上進(jìn)行分析并對(duì)其限速值的合理性作出評(píng)價(jià)，填寫學(xué)生探究性學(xué)習(xí)用表（見附頁）。 【板書設(shè)計(jì)】 【問題研討】 1、如何處理好預(yù)設(shè)與生成的關(guān)系 傳統(tǒng)教學(xué)中，教案是教師實(shí)施教學(xué)的“法寶”，因而教師為設(shè)計(jì)教案絞盡腦汁，力求盡善盡美。然而，隨著課程改革的逐步推進(jìn)，這樣的教案，在課堂教學(xué)中似乎已經(jīng)不那么管用了，即使是一些被認(rèn)為是經(jīng)典的教案，在實(shí)施過程中也會(huì)常?！翱ぁ?，究其原因，主要是教師過分拘泥于靜態(tài)教案的預(yù)設(shè)而忽視學(xué)生動(dòng)態(tài)的生成。預(yù)設(shè)與生成是對(duì)立統(tǒng)一的矛盾體，課前細(xì)致的預(yù)設(shè)使本該動(dòng)態(tài)生成的教學(xué)變成了機(jī)械執(zhí)行教案的過程；預(yù)設(shè)與生成又是相互依存的，沒有預(yù)設(shè)的生成往往是盲目的，而沒有生成的預(yù)設(shè)又往往是低效的。因此，在新課程背景下，如何處理好預(yù)設(shè)與生成的關(guān)系，是提高課堂教學(xué)效益的關(guān)鍵所在。只有課前精心預(yù)設(shè)，才能在課堂上動(dòng)態(tài)生成，用智慧將教學(xué)演繹得更加精彩。 2、如何實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)的有效互動(dòng) 我國的中學(xué)教學(xué)長期以來普遍采用傳授式的課堂教學(xué)模式，并以講解基礎(chǔ)知識(shí)和訓(xùn)練基本技能為其主要特征，忽視對(duì)學(xué)習(xí)過程和實(shí)踐能力的研究、培養(yǎng)。筆者認(rèn)為，深化教學(xué)改革就應(yīng)打破以講授、灌輸為主的教學(xué)套路，在教學(xué)活動(dòng)中，既要強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主體性和師生的互動(dòng)作用，又要看到探究是它的重要特征，只有開展探究性學(xué)習(xí)才能真正調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，才能充分發(fā)揮師生的雙向互動(dòng)作用，讓學(xué)生自主地完成知識(shí)建構(gòu)，獲得知識(shí)、能力、品德上的全面發(fā)展?，F(xiàn)代教學(xué)理論認(rèn)為，在教學(xué)過程中，教師不再是知識(shí)的提供者，而是一個(gè)“協(xié)助者”，要為學(xué)生創(chuàng)設(shè)良好的學(xué)習(xí)環(huán)境，設(shè)置恰當(dāng)?shù)膯栴}情境，誘發(fā)學(xué)生在認(rèn)知上沖突，引導(dǎo)學(xué)生通過自主活動(dòng)去建構(gòu)起自己新的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，從而扎實(shí)地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。