5.1 曲线运动 教案

第5章 抛体运动
第1节 曲线运动
教学内容分析
《曲线运动》是《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》必修课程必修2模块中“曲线运动与万有引力定律”主题下的内容，内容要求为：“通过实验，了解曲线运动，知道物体做曲线运动的条件.”《普通高中物理课程标准(2017年版)解读》对该内容的解读为：本内容与学生在必修课程中所学的直线运动和定性了解曲线运动相衔接，通过拓展学生对机械运动的认识，进一步发展学生运动和相互作用的观念和运用所学知识研究新问题的能力。要求学生从观察生活中的曲线运动和实验现象入手，了解曲线运动的速度方向沿切线方向，发展学生对速度的矢量性的认识，从而知道曲线运动是变速运动。进而运用牛顿第二定律进行科学推理，得出物体做曲线运动的条件是物体所受的合外力方向与运动方向不在同一直线上，深化学生对力与运动的关系的认识。
本节是整章教学的知识基础，本节研究一般的曲线运动，在此基础上再研究特殊的曲线运动——平抛运动和匀速圆周运动，进而学习天体运动，将“天上力学”与“地上力学”统一。从知识体系上看，曲线运动的速度方向是曲线运动的运动学特征，而做曲线运动的条件则是曲线运动的动力学特征，从运动学到动力学，符合牛顿力学的研究思路。从学生认知的建构过程来看，了解曲线运动的速度方向只是知道事物的结果，掌握勒曲线运动的条件才能理解出现该结果的原因，这样才能在逻辑上帮助学生深刻理解本节的两个重点内容.
学情分析
知识层面上，学生在必修1的学习中对直线运动的特点和规律已经理解透彻，掌握了力的基本知识和牛顿运动定律，但学生对矢量的理解还不够深刻.能力层面上，学生具备一定的观察、分析实验现象和总结物理规律的能力，但自主探究的能力处于初级阶段，将物理知识应用于生活的能力还有待提升。学生具有好奇心、求知欲旺、思维活跃、喜欢动手操作、厌倦枯燥乏味的特点.
教学目标
1.学生迁移直线运动，了解曲线运动，拓展对机械运动的认识，进一步发展运动和相互作用的观念.
2.学生运用牛顿第二定律进行科学推理，得出物体做曲线运动的条件是物体所受的合外力方向与运动方向不在同一条直线上，加深对力与运动的关系的认识。
3.学生体验建立曲线运动的物理模型，运用类比推理方法，进行曲线运动的描述，发展运用所学知识研究新问题的能力，并运用所学知识分析、解决实际问题.
4.学生观察生活中的曲线运动和实验现象，经历基于观察提出物理问题、形成猜想和假设、设计实验与制定方案、获取和处理信息、基于证据得出结论并作出解释这一科学探究过程，了解曲线运动的速度方向沿切线方向，深化对速度的矢量性的认识，科学推理曲线运动是变速运动。体会科学探究严谨认真、实事求是的精神。
教学重难点
教学重点：曲线运动速度方向的变化；物体做曲线运动的条件
教学难点：曲线运动速度方向的变化；理解曲线运动是变速运动
教学方法：讲授法、实验法、启发—引导式教学、讨论法、谈话法
教学过程
新课引入
展示曲线运动的三种情境：
投篮 星辰 摩天轮
问题1：抛出后的篮球轨迹是什么形状？是直线还是曲线？
问题2：图中是使用照相机对夜晚的星空长时间曝光得到的星辰轨迹.每颗星星的轨迹是什么形状？
问题3：游乐场中的摩天轮给人们的生活带来很多刺激和精彩.在摩天轮上的人的运动轨迹是直线还是曲线？轨迹是什么形状？
曲线运动：质点运动轨迹是曲线的运动.
质点做曲线运动，一维的坐标系无法确定质点在各个时刻的位置，若轨迹在同一个水平面内，需要建立平面直角坐标系Oxy，任何一个时刻，质点的位置可用一对坐标(x，y)描述.
y
O x
新课教学
1.曲线运动的速度方向
投影微粒从砂轮边缘飞出的动态图片；球在圆形盘内部运动

图1 图2
问题1：图1中的砂轮边缘被打磨掉的微粒沿什么方向飞出？飞出方向和半径方向有何关系？
问题2：图2中的小球在圆形容器内部运动时，轨迹是什么形状？
问题3：撤去1/4容器后，小球沿哪个方向运动？之后的运动轨迹是直线还是曲线？
圆周运动，质点的速度方向始终和半径垂直，即沿轨迹的切线方向。
问题4：对于任意的曲线运动，质点的速度方向都是在轨迹的切线方向吗？
演示实验1
教师介绍演示实验装置，要求学生观察球的运动，播放提前录制好的实验视频.
问题1：球从轨道末端飞出后，轨迹是直线还是曲线？
问题2：球飞出后的轨迹直线和飞出时的位置是什么关系？
理论探究曲线运动的速度方向：
速度定义为v= ，计算出来的为一段时间的内平均速度.让时间间隔?t→0，所求为瞬时速度.时间间隔越小，位移越小.当时间趋于零时，位移方向和曲线上的质点位置切线方向共线。根据速度定义，速度方向与速度变化量方向始终相同，故速度方向和切线方向共线.
质点在某一点的速度方向，沿曲线在这一点的切线方向.
图示是某质点的运动轨迹，质点先后经过A、B、C、D、E各位置.
问题1：质点在这些位置的速度方向如何标记？试使用箭头画出质点经过这些位置的速度方向。
问题2：这些位置的速度方向始终相同吗？
问题3：质点做曲线运动，速度方向变化吗？
问题4：质点做曲线运动，速度变化吗？速率一定变化吗？
质点做曲线运动，速度方向变化，故速度变化，曲线运动一定是变速运动.
思考与讨论：曲线运动是变速运动.变速运动一定是曲线运动吗？你能举出一个实例说明吗？
问题5：做曲线运动，质点的加速度是零吗？质点受到的合力为零吗？
2.物体做曲线运动的条件
投影直线运动的三个情境：
竖直上抛 木块沿斜面运动 球在弹簧上上下弹跳
问题1：球竖直上抛时，速度方向指向哪里？小球受到哪些力？合力指向哪里？速度方向和合力方向有何关系？
问题2：木块沿粗糙斜面加速下滑，合力指向哪里？合力方向和速度方向有何关系？
问题3：小球在弹簧上上下弹跳，小球受到哪些力？合力方向和速度方向始终相同吗？
问题4：直线运动中，物体受到的合力方向和速度方向始终共线吗？
物体做直线运动，受到的合力方向始终与速度方向相同。当合力方向和速度方向相同，物体做加速直线运动，当合力方向和速度方向相反，物体做减速直线运动.
问题5：物体做曲线运动，合力方向和速度方向共线吗？
演示实验2
钢球沿倾斜轨道下滑做直线运动.在小球运动的侧向前方放置一条形磁铁，钢球做曲线运动.
问题1：放置条形磁铁后，钢球的轨迹是直线还是曲线？画出轨迹上某位置的速度方向.
问题2：钢球在水平桌面上运动时，受到哪些力？画出合力的示意图.
问题3：合力方向和速度方向在一条直线吗？二者间的夹角是钝角还是锐角？
演示实验3 斜抛一个铅球.
问题1：忽略空气阻力，铅球受到哪些力？画出合力的示意图.
问题2：画出铅球在各位置的速度方向.
问题3：在轨迹最高点，铅球的速度在哪个方向？合力方向和速度方向有何关系？
问题4：铅球在哪段时间内速度在增大？合力方向和速度方向夹角是钝角还是锐角？在哪段时间内速度在减小？合力方向和速度方向夹角是钝角还是锐角？
曲线运动条件：物体所受合力方向与它的速度方向不在同一直线上时，物体做曲线运动.由于加速度方向和合力方向相同，加速度方向和速度方向不共线时，物体做曲线运动.
做曲线运动的物体所受合力一定不为零，且合力指向曲线轨迹的凹侧.轨迹夹在合力方向与速度方向之间.
课堂练习 如图所示，汽车在一段弯曲的水平路面上匀速行驶，关于它受到的水平方向的作用力的示意图可能正确的是( )（图中F为地面对其的静摩擦力，Ff 为它行驶时所受的阻力.)?
答案：C
作业：“练习与应用”第3、4、5题，其余写在教材上
板书设计
§ 5.1 曲线运动
定义：物体运动的轨迹为曲线的运动
速度方向
做曲线运动的质点在某一点的速度，沿曲线在这一点的切线方向.
曲线运动一定是变速运动.
速度大小：可以变化，也可以不变
性质：变速运动
条件：物体所受合外力的方向跟它的速度方向不在同一直线上
教学反思
自制教具，激发学生学习物理的兴趣
使用生活中简单的器材制作教具，进行探究，让学生体会到实验还可以取材于生活。日常用品、废旧材料是重要的实验资源，在生活中可以自己动手做出实验器材。
重视情景创设，加强培养物理学科核心素养
通过展示生活中的运动的图片，让学生在各种情境中抽象初物体做曲线运动的共同特征，形成曲线运动的概念，完成从经验性常识向物理观念的转变。
使用类比推理的方法，培养科学推理能力
在曲线运动的教学中，多处类比直线运动，让学生从已有的知识经验中建构新知识。学生学会迁移所学知识，利用所学知识进行科学推理。