第二章 匀速圆周运动

第二章匀速圆周运动

第1节圆周运动

教学目标：

一、知识与技能

1. 根据实例，归纳圆周运动的运动学特点，知道它是一种特殊的曲线运动。

2. 知道圆周运动是变速运动，知道它与一般曲线运动的关系。

3. 理解表征圆周运动的物理量，利用各物理量的定义式，阐述各物理量的含义及相互关系。

二、过程与方法

1. 通过对演示实验的分析，理解、掌握描述圆周运动快慢的思路和方法。

2. 通过探究、讨论，理解、掌握线速度、角速度、周期之间的关系。

3. 通过分析具体的圆周运动，学会从不同的角度描述圆周运动的快慢。

三、情感态度与价值观

1. 发展学生的好奇心和求知欲。

2. 使学生体会圆周运动就在我们身边。

3. 分析对圆周运动的典型应用，理解圆周运动对人类文明进步的贡献。

4. 能从身边现象中认识圆周运动，体会圆周运动的对称与和谐。

学习者分析：

学生学习了曲线运动，对曲线运动有了一定的认识，这为理解圆周运动是变速运动，为理解圆周运动与一般曲线运动的关系做好了知识储备。

必修1中物体运动快慢的描述为本节线速度和角速度的学习奠定了基础．匀速直线运动的知识对学生分析、理解匀速圆周运动有一定的帮助，同时也会对理解匀速圆周运动造成困难，对理解匀速圆周运动是变速运动形成障碍。

教学策略：

【教学方法设计】

实验探究教学法、教育评价机制激励法。

本节设计实验引入以探究活动为主要手段，以实验、讨论、分析交流为主要学习方式，教师逐步设置问题引导学生观察、探究、开展学习活动，达到三维教学目标。

【教学媒体设计】

本节设计以空中转椅的运动引入，再多媒体教学手段再现物体做圆周运动的物理情景，利用学生熟悉的陀螺、洗衣机、自行车、荡秋千等场景创设物理场景，营造研究圆周运动的氛

围，激发学生的求知欲。

【教具设计】

在支架上固定圆形木板，木板上用细铁丝模拟大小不同的轨道，轨道上安

装可沿轨道运动的卡通动物．在圆形木板后，用传动装置带动卡通动物，使其

可以不同的线速度和角速度沿 A 、 B 轨道运动。

说明：

（ 1 ）通过变速器，可使物体以不同的线速度和角速度运动。

（ 2 ）轨道用不同颜色的材料模拟，并可拆卸。

（ 3 ）物体在做圆周运动时，它与圆心的连线也可转动，演示它转过的角度。

教学过程：

公式：

练习：画出圆周上各点的线速度方向。

描述圆周运动

一、圆周运动

二、匀速圆周运动

1. 线速度公式：

2. 角速度公式：

3. 周期

教学流程图：

教学后记：

第2节圆周运动的向心力

教学设计思路：

一、教学理念

本节课的教学设计力图实现“让学生积极参与、乐于探究、勇于实验、勤于思考”的教学理念．在课堂教学中以问题为主线，倡导情景设置、生生交流，在自主、合作、探究的氛围中，引导学生自己提出问题，努力促使学生成为一个研究者、实践者、开拓者。

二、教学方法

改变学生的学习方式，努力引导学生进行自主探究式的学习．整个教学设计始终围绕问题，引导学生进行交流并逐步解决问题．课堂上更多的时间留给学生发表自己的见解并相互进行交流、讨论．转变学、教方式，努力体现学生的主体性，重视学生学习过程中思维的参与和实践体验。

三、教学手段

通过学生实际参与的体验圆周运动产生的条件的问题情景引导学生提出问题，激发学生的求知欲．通过探究影响向心力大小的因素的实验增加学生的参与深度，培养学生的科学探究精神。

教学目标： 一、知识与技能

1. 通过对圆周运动实例的分析，归纳总结物体做圆周运动的条件，理解向心力的概念。

2. 理解加速度的概念，能利用公式R

v a 2

=计算向心加速度的大小。

3. 归纳影响向心力大小的因素，理解公式R

mv F 2

=的确切含义。

二、过程与方法

1. 通过对物体做圆周运动的条件的体验式研究，通过对物理现象的观察、分析和归纳，体会实验探究的方法。

2. 通过对向心力大小决定因素的研究，提高学生的科学探究能力，体会物理研究的重要方法——实验方法．

三、情感态度与价值观

1．通过亲身的探究活动，学生获得成功的乐趣，培养学生参与物理活动的兴趣．

2．培养学生对科学的求知欲，乐于参与观察，敢于实验，体会实验在探索物理规律中的作用和方法． 3．培养学生实事求是、尊重客观规律的科学态度，培养学生在实验中严谨、细致、耐心的态度． 教学准备：

结实的细线拴着一个小钢球，秒表，J2130 向心力演示仪，质量不同的小球（钢球、木球），多媒体投影设备．

教学过程：

一、实验探究，引入新课 学生分组实验

用一根结实的细线拴着一个小钢球在较为光滑的桌面上做圆周运动．体验绳对手的拉力，并完成下列思考题： 1．增大旋转速度，体验拉力大小的变化．

2．增大旋转半径，体验拉力的变化．（用秒表计时控制转动速度不变） 3．松手后，物体还能继续做圆周运动吗？

结论：物体做圆周运动需要受到沿半径方向指向圆心的合力．

思考： 匀速圆周运动是曲线运动，速度方向时刻在变化，所以做匀速圆周运动的物体一定受到合外力作用，做匀速圆周运动的物体所受合外力有何特点？

猜想：有的同学根据刚才的探究实验，猜想进行受力分析，有的同学根据力的定义想到：力是改变物体运动状态的原因，进行受力分析．

提出课题：§ 2.2 圆周运动的向心力 二、探索物体做圆周运动的条件

在同学们猜想研究的基础上，大屏幕投影教材第 26 页图 2-2-2 ，并提出下列思考题： 1．对研究对象作出受力示意图，

2．猜想合力的方向，检验完善自己的猜想． 3．合力的方向应该指向哪里？

在学生研究讨论的基础上，师生共同得出结论：

大量事实说明，物体做圆周运动的条件是必须受到一个指向圆心的合外力，这个指向圆心的合外力就叫做向心力．

思考：

1．通过对图2-2-2 中三个物体的受力分析，你认为向心力由那些力提供？ 2．你认为向心力是按力的性质命名的还是按力的作用效果命名的？ 在同学们思考、研究讨论的基础上，师生共同得出结论：

向心力是根据力的作用效果命名的．它可以是一个力，可以是某个力的分力，也可以是几个力的合力． 请学生列举生活中物体做匀速圆周运动向心力来源的实例． 物理学史教育：牛顿对向心力与圆周运动的关系的认识． 三、认识向心加速度（由教师直接给出向心加速度的表达式） 1. 方向：由牛顿第二定律得出，沿半径方向指向圆心．

2. 大小：（直接给出）R

v a 2

=（详解参见教材第 30 页的“课外阅览”．）

然后根据第一节的内容得出 a 的其他表达式． 交流与思考： 从

看，似乎a 跟R 成正比；从R

v a 2

=看，似乎 a 跟成 R 反比．你能解答这个问题吗？

四、由牛顿第二定律结合向心加速度的表达式，学生可以自己得出向心力的表达式．学生可以适当讨论，相互启发，完成几组常用表达式的书写．

以上内容1课时．

五、探究影响向心力大小的相关因素

学生实验：用J2130 向心力演示仪分组探究影响向心力大小的因素．

教师先介绍向心力演示仪的结构、原理和使用方法，然后提出下列问题引起学生的思考： 怎样研究一个物理量和诸多物理量的关系？启发学生运用控制变量法． 学生实验：探究向心力与物体的质量、运动的半径和角速度的关系． 请学生汇报自己的实验结果：

1．用质量比为 2:1 的钢球和铝球，使他们的运动半径 R 和 ω 均 相同，观察露出的红白相间方格数比值为 2:1 ，即两球所受向心力的比值也为 2:1 ，因此 F 与 m 成正比．

同理得出：

2．当 m 、ω 相同时，半径比为 2:1 ，向心力的比值也为 2:1 ，因此 F 与 R 成正比． 3．当 m 、R 相同时， 角速度 比值为 2:1 ，向心力的比值为 4:1 ，因此 F 与 ω2

成正比 在学生思考、研究讨论的基础上，师生共同得出结论：

向心力的大小与物体的质量 m 、圆周半径 R 、转动角速度的平方 ω2

正比． 即： F ＝ mRω2

六、实践应用

完成教材例题，体验圆周运动的应用． 七、课堂小结

引导学生进行课堂小结： 1．本节你学到了哪些知识．

2．本节你学到了哪些研究问题的方法．

3．本节的学习，对你今后的学习、研究有什么启发． 八、课后作业

1. 完成“练习与评价”的作业；

2. 实践体验：完成发展空间的实验室操作和课本 29 页的两个活动体验，并在作业本上写出感受．

教学后记：

第3节匀速圆周运动的实例分析

教学目标：

一、知识与技能

1．知道如果一个力或几个力的合力的效果是使物体产生向心加速度，那么这个力或这个合力就是做匀速圆周运动的物体所受的向心力．会在具体问题中分析向心力的来源．

2．能理解运用匀速圆周运动的规律分析和处理生产和生活中的具体实例．

3．知道向心力和向心加速度的公式也适用于变速圆周运动，会求变速圆周运动中物体在特殊点的向心力和向心加速度．

二、过程与方法

1．通过对匀速圆周运动实例的分析，渗透理论联系实际的观点，提高学生分析和解决问题的能力．2．通过匀速圆周运动的规律在变速圆周运动中使用，渗透特殊性和一般性之间的辩证关系，提高学生的分析能力．

3．通过对离心现象的实例分析，提高学生综合应用知识解决问题的能力．

三、情感态度与价值观

1．通过对几个实例的分析，使学生明确具体问题必须具体分析，理解物理与生活的联系，学会用合理、科学的方法处理问题．

2．通过对离心现象的应用和防止的实例分析，使学生明白事物都是一分为二的，要学会用一分为二的观点来看待问题．

3．养成良好的思维习惯，形成科学的价值观．

多媒体电脑及大屏幕投影

重点难点

1．教学重点：曲线运动的速度方向、物体做曲线运动的条件．2．教学难点：物体做曲线运动的条件，曲线运动的普遍规律．

综合有

故

又

所以

在实际中反映的意义是什么？若速度大于

F

① 考虑沿半径方向受力

＝

减小，当；当

① 考虑沿半径受力

＝

注意：

得

教学流程图：

教学反思：

第4节圆周运动与人类文明

教学目标：

一、知识与技能

认识圆周运动对人类文明和社会发展的重要影响．

二、过程与方法

通过收集、分析、整理资料，培养学生收集、分析和处理信息的能力．

通过展示交流，培养学生表达、交流的能力．

三、情感态度与价值观

通过小组合作学习，培养学生团结协作的精神．

通过展示交流，培养学生交流协作、分享成果的意识．

通过欣赏人类对圆周运动的应用，增强学生关注物理知识与生产生活联系的意识，激发学生热爱物理、热爱科学的积极情感．

教学手段：

1．分小组课题研究和实践．

2．引导学生多方面收集相关资料，通过多种形式进行实践、体验活动．

教学准备：

每个小组的 PPT ，收集的文字、图片、视频资料，学生自己拍摄的活动照片、视频资源，学生制作的模型等．

教学重点难点：

重点：深入理解圆周运动对人类文明和社会发展的重要影响．

难点：通过研究、实践、体验、展示、交流，增强学生关注物理知识与生产生活联系的意识．

教学过程：

课前活动安排

一个班按 6—7 人为一个小组，按兴趣爱好、能力专长分成 6 个小组．以圆周运动与人类文明为主题，以圆周运动与人类古文明、圆周运动与工业生产、圆周运动与科学技术、圆周运动与文化生活为课题，每个小组选择一个课题，在保证上述四个课题的基础上学生还可以自主提出与圆周运动相关的课题．选好课题后，各小组先设计课题实施方案、再按方案进行研究、实践、体验，最后用一节课集中进行交流展示．第一组：圆周运动与人类古文明

1．收集资料：学生分工收集钻木取火、古陶器制作、车轮的发明、水能利用等在人类文明进程中与圆周运动密切相关的资料．

2．到劳动技术中心或陶艺中心实践体验制陶坯的过程，重点感受拉坯机带动陶坯做圆周运动对拉坯的作用，可自拍活动体验的视频，在交流时播放．

3．按照人类文明的进程整理与圆周运动密切相关的资料，制作 PPT ，做课上展示交流的准备．

第二组：圆周运动与工业生产

1．收集资料：学生分工收集蒸汽机、发动机、电动机、精密仪器、钟表等工业生产中与圆周运动密切相关的资料．

2．制作一个简单的发动机模型，能展示活塞的直线运动是如何转变为圆周运动并如何通过轴承、连杆、齿轮等实现“运动的传递和变速”的．

3．按照圆周运动在工业生产中的不同应用来整理与圆周运动密切相关的资料，制作 PPT ，做课上展示交流的准备．

第三组：圆周运动与科学技术

1．收集资料：学生分工收集粒子物理与核物理、航空航天、生命医疗等科学技术中圆周运动应用相关的资料．

2．制作一个简单的陀螺仪，进行陀螺仪定向实验和多个陀螺叠加的实验．

3．按照粒子物理与核物理、航空航天、生命医疗三个方面整理与圆周运动密切相关的资料，制作 PPT ，做课上展示交流的准备．

第四组：圆周运动与文化生活

1．收集资料：学生分工收集体育运动、旋转建筑、生活娱乐、文化设施等方面与圆周运动应用相关的资料．

2．体验链球、铁饼、乒乓球、篮球等使物体旋转的体育项目，体验旋转餐厅、中华世纪坛等旋转建筑，体验文化设施中的旋转活动，观看与旋转相关的杂技表演．可自拍活动体验的视频，在交流时播放．3．按照体育运动、旋转建筑、生活娱乐、文化设施四个方面整理与圆周运动密切相关的资料，制作 PPT ，做课上展示交流的准备．

课上交流展示过程设计

一、复习旧知识引入新课

1．复习：本章我们首先学习了如何描述圆周运动，大家回忆一下描述圆周运动的物理量有哪些？它们是如何定义的？彼此间有什么样的关系？

学生思考作答．

在学习了描述圆周运动的基础上，进一步学习了圆周运动的向心加速度和向心力，向心加速度是如何定义的？向心力与向心加速度的关系是什么？

学生思考作答．

2．引课：我们还运用圆周运动的知识分析了生活中一些匀速圆周运动的实际例子．为了让大家对圆周运动有更深入的了解，大家以圆周运动与人类文明为主题，分成了六个小组，每个小组选择一个课题进行研究性学习，收集资料、实践体验、分析整理，今天我们利用这节课集中进行交流展示．

二、展示、交流、欣赏、分享

1．第一小组展示，结合 PPT 进行讲解．

课题：圆周运动与人类文明

介绍小组成员及分工．

小组学习研究与活动过程简介．

（ 1 ）钻木取火与圆周运动．

钻木取火的传说．钻木取火的发明来源于我国古时的神话传说．燧人氏是传

说中发明钻木取火的人．

钻木取火的物理本质：钻木取火是根据摩擦生热的原理实现的．通过转动木

棒，木棒与木块摩擦会产生热量，加之木材本身就是易燃物，所以会生出火来．

（ 2 ）陶器制作与圆周运动．

中国古代陶器的发生与发展的历史介绍．

播放同学们体验制陶坯过程的视频．

（ 3 ）圆周运动与车轮的发明．

中国古代车轮的发明及车的形成过程．

车轮由石轮、陶轮、木轮、铁轮到现代轮胎的发展历程．

（ 4 ）圆周运动与机械能的利用．

中国古代的水磨、水碓、水碾和水车的发明及形成历史、工作原理．

教师对第一小组的研究实践、现场展示进行点评．

2．第二小组展示，结合 PPT 进行讲解．

课题：圆周运动与工业生产．

介绍小组成员及分工．

小组学习研究与活动过程简介．

（ 1 ）圆周运动使用蒸汽机技术广泛应用．

蒸汽机原理是：水蒸气通过转换阀来

到汽缸的正面, 活塞向反面运动, 反面的

蒸汽通过转换阀的排气口排出；活塞运动

到反面顶点后, 由飞轮上的一个连动机构

作用于转换阀, 这时转换阀的加压口变成

排气口, 排气口变成加压口, 在压力作用

下活塞由反面向正面运动, 完成一个循

环．连杆把往复的直线运动转变成圆周运

动．

（ 2 ）齿轮和轴使得机械能实现传

递．

齿轮的圆周运动可以通过齿轮传动和皮带传动两种方式实现机械能的传递．同时不同半径的齿轮组合又可以实现速度的改变．变速箱正是利用多组齿轮来改变速度的．

（ 3 ）展示制作的简单发动机模型，讲解活塞的直线运动是如何转变为圆周运动并如何通过轴承、连杆、齿轮等实现“运动的传递和变速”的．

教师对第二小组的研究实践、现场展示进行点评．

3．第三小组展示，结合 PPT 进行讲解．

课题：圆周运动与科学技术．

介绍小组成员及分工．

小组学习研究与活动过程简介．

（ 1 ）高能物理中粒子通过圆周运动加速．

利用磁场使带电粒子做回旋运动，带电粒子在运动中经高频电场反复加

速．具有很高能量的粒子相互碰撞．

北京正负电子对撞机介绍．

（ 2 ）航空航天中的圆周运动．

陀螺会在不停自转的同时，绕着另一个固定的转轴不停地旋转．利用陀

螺的力学性质制成的具有各种功能的陀螺装置称为陀螺仪，它在科学、技术、

军事等各个领域有着广泛的应用．航天器就是靠高速旋转的陀螺仪来控制轨

道方向的．

人造卫星都是绕着地球做近似的圆周运动，最近我国发射的“嫦娥一

号”卫星选择距月球 200 公里的圆形轨道作为“工作岗位”．

（ 3 ）展示制作陀螺仪的工作过程．

教师对第三小组的研究实践、现场展示进行点评．

4．第四小组展示，结合 PPT 进行讲解．

课题：圆周运动与文化生活．

介绍小组成员及分工．

小组学习研究与活动过程简介．

（ 1 ）体育运动、旋转建筑、生活娱乐、文化设施等方面中圆周运动的介绍．

链球：田径运动项目之一，运动员两手握着链球的把手，人和球同时旋转，最

后加力使球脱手做离心运动而飞出．

中华世纪坛的主体建筑由“乾” “坤”两部分组成，“坤”即坛体下部静止的

部分，“乾”即坛体上部转动的部分，可在 2.6-55 小时范围内转动一周．

水流星杂技：制作一个绳套, 碗用绳套套住，装满水，让碗在水平方向做圆周

运动．

过山车：过山车是一项刺激性的娱乐项目．车上的人在极短的时间内在竖直平面做圆周运动．

（ 2 ）播放链球、铁饼、乒乓球、篮球等体育项目，体验旋转餐厅、中华世纪坛等旋转建筑，体验文化设施中的旋转活动，观看与旋转相关的杂技表演等体验活动的视频．

教师对第四小组的研究实践、现场展示进行点评．

（三）课堂小结，感受交流

小结：通过本节课的集中展示，一方面我们充分认识到圆周运动与人类文明、工业技术、现代科学以及人们的日常生活都有着密切的联系；另一方面我们通过课前的研究、实践、体验活动也收获了许多，如课本之外与圆周运动相关的知识、收集与分析资料的方法与能力、与人协作及交流分享的意识等．组织学生畅谈学习过程的感受，引导学生关注科技、关注生活，将所学的物理知识运用到实际中，使学有所用．

教学流程图：

教学反思：