《曲线运动》主题单元设计
主题单元标题
曲线运动
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适用年级
高一年级
所需时间
6课时+1实验课
主题学习概述(简述单元在课程中的地位和作用、单元的组成情况,解释专题的划分和专题之间的关系,主要的学习方式和预期的学习成果,字数300-500)
本章讲述的是有关曲线运动的基础知识,是研究万有引力所必须的预备知识,因此,本章内容的选取具有基础性和预备性,目的是通过学习一些具体的曲线运动的知识,如平抛运动、圆周运动等,为以后了解和解决实际运动做一些铺垫。
除介绍新的概念外本章的另外一个目的是进一步完善对矢量及其合成法则的认识和理解。
本教科书在第一章从实例入手,让学生通过观察实际物体做曲线运动的实例,体验曲线运动的特点,从而总结出曲线运动速度的特点和物体做曲线运动的条件。
把教材五个标题的内容设计成四个专题来组织学习活动。
专题一:曲线运动及运动的合成与分解;
专题二:平抛运动;
专题三:圆周运动;
专题四:生活中的圆周运动。
学生最后的预期学习成果将是一份关于“平抛运动”的研究报告。
主题学习目标(描述该主题学习所要达到的主要目标)
知识与技能:
1、知道曲线运动是变速运动,知道物体做曲线运动的条件。
2、掌握运动的合成与分解的方法。
3、知道平抛运动的概念、特点及类型。
4、掌握平抛运动的规律,知道其运动性质。
5、理解向心加速度、向心力的概念及其表达式的含义。
6、知道向心加速度、向心力与线速度、角速度、周期的关系。
7、知道向心力由一个力或几个力的合力提供,会分析具体问题中的向心力来源。
8、知道向心力、向心加速度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。
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。
在理解向心加速度概念的基础上,体验向心加速度方向的推导过程。
3、体验极限的思想。
4、经历形成向心力概念的过程,培养学生观察、分析、归纳能力。
5、经历探索向心力F与哪些因素有关的过程,学习控制变量法,感受科学探究过程中部分环节,培养学生分析论证等能力。
情感态度与价值观:
l、能领略曲线运动的奇妙与和谐,增强对科学的好奇心与求知欲。
2、激发参与科技活动的热情,善于将物理知识应用于生活和生产实践中。
3、通过对周围运动的研究使学生体会到物理图像的形式美.
4、感受极限思想的奇妙,培养学生的思维能力和分析问题的能力,养成独立思考问题并解决问题的好习惯。
5、发展学生对科学的好奇心与求知欲,培养学生参与活动的热情,和与他人合作的精神。
对应课标
1、会用运动合成与分解的方法分析抛体运动。
2、会描述匀速圆周运动。知道向心加速度。
3、能用牛顿第二定律分析匀速圆周运动的向心力。分析生活和生产中的离心现象。
4、关注抛体运动和圆周运动的规律与日常生活的联系。
主题单元问题设计
1、处理曲线运动的一般思路是什么?
2、平抛运动有哪些规律?
3、描述圆周运动的有哪些物理量,关系如何?
4、在实际问题中如何确定向心力的来源?
专题划分
专题一:曲线运动及运动的合成与分解 (1课时)
专题二:平抛运动 (1课时+1节实验课)
专题三:圆周运动 (2课时)
专题四:生活中的圆周运动 (2课时)
专题一
专题一:曲线运动及运动的合成与分解
所需课时
1课时
专题一概述 (介绍本专题在整个单元中的作用,以及本专题的主要学习内容、学习活动和学习成果)
“曲线运动”一节内容编排在《高中物理》(必修)第五章第一节中,这部分知识,特别是运动的合成与分解方法,是本章的一个基础性的重点,学好这部分知识,可以为学习本节的后续内容做好必要的准备。教材在处理这部分知识时,以现实生活的例子作为依托,列举了生活中学生能够感知的例子,说明了曲线运动是什么样地运动,在此基础上来分析曲线运动速度的方向特点以及物体做曲线运动的条件。可见,曲线运动既是本节的重点,又是一个难点。预期的学习成果是:学生自己总结物体轨迹的形状和物体受力方向的关系。
本专题学习目标 (描述该学习所要达到的主要目标)
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的方向与它的速度方向不在一条直线上。
4、在一个具体问题中知道什么是合运动,什么是分运动;知道合运动和分运动是同时发生的,并且互不影响。
5、知道什么是运动的合成,什么是运动的分解。理解运动的合成和分解遵循平行四边形定则。
6、会用作图法和直角三角形知识解有关位移和速度的合成、分解问题。
本专题问题设计
1、曲线运动的速度方向如何?
2、物体做曲线运动的条件是什么?
3、小船渡河问题中的速度怎么分解?
所需教学材料和资源(在此列出学习过程中所需的各种支持资源)
信息化资源
视频、图片、多媒体课件
常规资源
小钢球、条形磁铁、玻璃管、水、胶塞、蜡块、秒表
教学支撑环境
具有多媒体操作平台的教室
其 他
学习活动设计(针对该专题所选择的活动形式及过程)
第一课时
活动一:探究曲线运动的速度
1.导入情景、提出问题
①曲线运动中速度的方向是时刻改变的,该怎样确定物体的速度方向呢?
②曲线运动是什么性质的运动?
2.学生发表见解
3.再创情境,归纳总结,得出结论
学生总结:曲线运动一定是变速运动。
活动二:探究物体做曲线运动的条件
教师活动:演示实验:有条件的学校可以让学生两人一组,独立设计并完成实验。
给你一磁铁,如何使小钢球①加速仍做直线运动,②减速仍做直线运动,③做曲线运动?
学生活动:思考问题,并动手实验。
点评:培养学生动手动脑的习惯,增强学生探索新知的欲望。教师要尽可能给学生创造机会,不求结果,只要让学生亲历探索的过程就可以了。
教师活动:巡回指导,了解学生的实验过程,解决可能遇到的问题。
学生活动:代表发表见解,汇报实验方案和实验结果。
教师活动:听取学生汇报,帮助总结、点评
活动三:探究运动的合成与分解的方法
(一)、导入新课
(二)、分运动和合运动
1. 课本演示实验
2.分析:
3、用课件重新模拟上述运动
4、总结得到什么是分运动和合运动
(三)、分运动和合运动的关系
(四)、运动的合成和分解
(五)由分运动判断合运动的轨迹
1、两个匀速直线运动的合运动一定是匀速直线运动。
2、一个匀速直线运动和一个匀变速直线运动的合运动仍然是匀变速运动,
当两者共线时为匀变速直线运动,当两者不共线时为匀变速曲线运动。
3、判断合运动轨迹的关键是看合加速度的方向与合速度的方向是否在同一条直线上,若二者在同一条直线上,物体做直线运动;若二者不在同一条直线上,物体做曲线运动。
讨论:两个匀变速直线运动的合运动是什么运动?有没有是直线运动的可能?
教学评价
可评价的学习要素
生活中的运动举例
评价方法:现场评价
评价指标:1、参与程度、积极程度 2、举例恰当程度 3、课前材料的准备情况
曲线运动的速度、条件 合运动 分运动 平行四边形定则
评价方法:测验
评价指标:①答题时间 ②每题答对率 ③及格人数(60---74分) ④良好人数(75---84分以上)⑤优秀人数(85分以上) ⑥平均分
学习活动过程
评价方法:量规
① 参与程度、积极程度 ②思维逻辑、严密性 ③表达展示 ④协作精神
专题二
专题二:平抛运动
所需课时
1课时+1节实验
专题二概述 (介绍本专题在整个单元中的作用,以及本专题的主要学习内容、学习活动和学习成果)
平抛运动是一种很重要的运动模型,也是很多常见运动的理想模型,通过对平抛运动规律的学习,可以让我们掌握研究曲线运动的一般思路和方法。教材除了在理论上对平抛运动进行了分析外,还设计了学生分组实验,使学生通过分组合作实验,深刻认识平抛运动的规律,解决实际问题。
本专题学习目标 (描述该学习所要达到的主要目标)
(1)知道平抛运动的特点是初速度方向水平,只有竖直方向受重力作用,运动轨迹是抛物线;
(2)知道平抛运动形成的条件;
(3)理解平抛运动是匀变速运动,其加速度为g;
(4)会用平抛运动规律解答有关问题。
本专题问题设计
1、平抛运动有哪些规律?
2、物体做平抛运动的条件是什么?
所需教学材料和资源(在此列出学习过程中所需的各种支持资源)
信息化资源
微机、屏幕、Microsoft PowerPoint软件、视频。
常规资源
平抛与自由落体实验器(包括两个不同颜色、同样大小的小球、小锤、支架等);
教学支撑环境
具有多媒体操作平台的教室,网络教室
其 他
学习活动设计(针对该专题所选择的活动形式及过程)
第一课时
演示:在平抛竖落演示器的电磁铁J1上吸小钢球A,切断电源,观察A离开斜槽末端(水平部分)后的运动。
概括出形成平抛运动的条件:
(1)物体具有水平方向的初速度;(2)运动过程中物体只受重力。
(1)平抛运动的竖直分运动是自由落体运动
演示:平抛的小球与自由下落的小球同时落地
(2)平抛运动的水平分运动是匀速直线运动
演示:在平抛竖落演示器的两个斜槽上的电磁铁J1和J2上各吸住一个小钢球A和B,切断电源后,A离开水平末端后做平抛运动,B进入水平轨道后匀速运动,观察得知:A和B同时到达演示器右下方向小杯中
(3)分析验证
①放录像:将上述三球运动的演示拍摄下来并编辑成慢镜头播放,利用暂停功能仔细观察画面,可看出;每一画面上,A、B、C三球几乎都分布在矩形的三个角上(另一个角是右下方的小杯),这个矩形是逐渐缩小的。
这个现象表明:平抛运动的水平分运动是匀速直线运动,竖直分运动是自由落体运动。
②在“平抛物体的闪光照片”上用铅笔画几条竖直线,间隔要相等,并且过小球的球心,用刻度尺测量这些小球之间的水平距离和竖直距离,再用学过的知识计算一下竖直分运动的加速度。(照片上水平线间的实际距离是15cm,每隔1/30s拍摄的。)
3.平抛运动的规律
由上述演示实验,反过来说就是:水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动合成就是平抛运动。
(1)平抛运动的位移公式
(2)平抛运动的速度公式
教学评价
可评价的学习要素
1.生活中的形变举例
评价方法:现场评价
评价指标:1、参与程度、积极程度 2、举例恰当程度 3、课前材料的准备情况
2.平抛运动的速度 平抛运动的位移 条件
评价方法:测验
评价指标:①答题时间 ②每题答对率 ③及格人数(60---74分) ④良好人数(75---84分以上)⑤优秀人数(85分以上) ⑥平均分
3.学习活动过程
评价方法:量规
① 参与程度、积极程度 ②思维逻辑、严密性 ③表达展示 ④协作精神
专题三
圆周运动
所需课时
2课时
专题三概述 (介绍本专题在整个单元中的作用,以及本专题的主要学习内容、学习活动和学习成果)
高中物理的难点之一是对圆周运动的研究,学生通过必修一的学习,习惯了直线运动的研究,而对曲线运动,
尤其是做圆周运动物体的受力分析,学生很容易理解成物体除了受到其他力以外,还受到一个向心力的作用。因此,教材从生活中的实际现象和案例出发,通过一步一步的受力分析和运动分析,理解向心力的来源问题。教材的编写侧重于让学生自主的对实际圆周运动进行科学合理的分析和感受,增强学生的动手能力和解决实际问题的能力。
预期的学习成果是能判断实际生活中做圆周运动的物体向心力的具体来源。
本专题学习目标 (描述该学习所要达到的主要目标)
1、知道什么是匀速圆周运动,理解匀速圆周运动是变速运动.
2、理解和掌握线速度、角速度、周期等概念,以及它们之间的关系.
3、知道什么是速度的变化,什么是向心加速度;
4、理解向心加速度概念的基础上,体验向心加速度方向的推导过程。
5、理解向心力和向心加速度的概念,知道向心力的大小与哪些因素有关。能运用向心力和向心加速度的公式解答简单的有关问题。
本专题问题设计
1、线速度、角速度和周期的关系如何?
2、什么是匀速圆周运动?
3、向心加速度的方向朝哪?
4、相信加速度和线速度、角速度、周期的关系如何?
5、向心力的概念与表达式?
6、匀速圆周运动中什么力提供向心力?
所需教学材料和资源(在此列出学习过程中所需的各种支持资源)
信息化资源
微机、实物投影展台、投影、屏幕、Microsoft PowerPoint软件。
常规资源
地球自转皮带传动、齿轮传动、向心力演示仪
教学支撑环境
具有多媒体操作平台的教室,实验室
其 他
学习活动设计(针对该专题所选择的活动形式及过程)
活动一:研究描述圆周运动快慢的物理量
1、匀速圆周运动
提问:在圆周运动中,最简单的是怎样的运动?
分析讨论,引出匀速圆周运动.
质点沿圆周运动,如果在相等时间里通过的圆弧长度相等,这种运动叫做匀速圆周运动.
匀速圆周运动是最简单的圆周运动.
2、描述匀速圆周运动快慢的物理量
3、线速度、角速度、周期间的关系
(1)定性关系(2)定量关系
活动二:探究相信加速度的概念和表达式
分析教材上的实例
学生进行受力分析,得出结论,教师点评、总结
极限法进行理论推导,得出速度变化量,根据定义式推出加速度。
3、总结:
作匀速圆周运动的物体,要受到向心加速度的作用
1)大小: 或 是不变的。
2)方向:指向圆心方向,沿半径方向,时刻变化。
3) 作用:只改变速度的方向,而不改变速度的大小。
活动三:探究向心力的概念和表达式
展示生活中的实例(图片或者视频),学生进行受力分析,得出共同点。
经过学生之间的讨论以及师生之间的交流,发现做匀速圆周运动的物体的受力都有一个共同特点,既都存在一个指向圆心方向的力,这个力是重力、弹力、摩擦力或其他力的合力,我们称它为向心力。向心力是按效果命名的。
2、探索向心力大小与什么因素有关教师:
鼓励学生大胆猜测,指出科学猜想是研究自然科学的一种广泛应用的思想方法,它不是无根据的幻想,是有客观根据的。猜想是否正确,要靠实验检验。被实验肯定的猜想,就是实验规律;被实验否定的猜想,应该放弃,再经过实验和总结,重新提出新的猜想,再用实验来检验。
教师:刚才同学们已猜想大向心力可能与m、v、r有关,那么,我们的猜想是否正确呢?
我们将通过怎样的实验来检验一下,先请思考:
a.向心力可能与那么多因素有关,怎样研究?请大家说说实验步骤。
b.实验中如何控制变量?需观察、记录什么?经过分析比较得出结论:F∝m,F∝ω2,F∝r
教师引导并讲明进一步精确的实验得出F∝mω2r,即F=mω2r
得到公式:F=mωr=mv2/r,
完成教学、布置作业
再由牛顿运动定律,推出 :a=ω2r=v2/r
教学评价
可评价的要素
1、描述圆周运动快慢的物理量
评价方法:使用量规(自评+小组内互评+师评)
评价指标:
①线速度、角速度的定义及表达式
②各个物理量之间的定性、定量关系
③能根据实际情况,判断各物理量的关系
2、探究向心加速度
评价方法:课堂提问+作业
评价指标:
①向心加速度的方向
②向心加速度的大小计算
3、向心力
评价方法:课堂展示+作业
评价指标:
①向心力的方向和大小计算
②常见运动模型中向心力的来源
③分析总结能力,掌握控制变量的研究方法