第六章 圆周运动教案—2020-2021学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册word版含答案
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| 名称 | 第六章 圆周运动教案—2020-2021学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册word版含答案 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 146.7KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2021-07-17 08:01:17 | ||
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文档简介
《第六章
圆周运动》教案
学情分析
学生已经完成了必修一内容的学习，对高中物理学科力与运动的部分知识和学习方法有了初步的认识，通过本章的学习丰富了对运动的理解，加深对学科知识、学科方法的学习，深化模型建构的思想，也为后续内容的学习提供帮助。
一、认知基础
前概念可以分成两种，一种是具有正向迁移作用的前概念，当新的科学概念和前概念有很高的契合度，学生在探究活动中往往会表现得比较活跃和积极，就容易达成相应的教学目标；另一种是具有负向迁移作用的前概念，当新的科学概念和前概念产生冲突时，前概念则会严重干扰科学概念的构建，相应的教学任务也不易完成。速度、加速度等物理量的学习，力和运动的关系的认知储备奠定了本单元的学习基础，比值法、微元法、极限法等物理方法，都为顺利过渡到圆周运动做好了铺垫。对于圆周运动的速度方向，学生在抛体运动一章已经学习并掌握了曲线运动的速度方向，能正向迁移到圆周运动的速度方向沿圆周的切线。向心加速度的推导计算，应用到了矢量运算的平行四边形定则，在平行四边形定则过渡到矢量减法的三角形定则是一个难点，正向迁移基础上，学生能提升对矢量运算法则的掌握。而“离心力”这个前概念在日常生活中会经常遇到，本章的向心力、离心运动概念，很多学生会误以为离心运动是由于离心力的原因造成的，产生矛盾就容易引起冲突，把原有的知识和现有的新概念结合好，解决学生生活常识与知识之间的矛盾冲突，既充分重视和了解学生的前概念，又合理地解决了前概念中的问题，这样使学习更有意义和价值。
二、认知特点
适宜的学习方法可以提高学生的认知水平，可发展学生独立学习的能力。认知水平的提高依赖于认知知识的积累。描述直线运动的方法学生已经基本掌握，对位移、速度、加速度的认知也比较全面，必修第一册力与运动的关系也植根于学生脑海中。必修第二册第五章对曲线运动进行了介绍，但是从抛体运动过渡到圆周运动还是会有一些的障碍。
1.高一年级的学生观察的仔细程度和思维的深度较初中都有了很大的进步。从学生的认知水平理解线速度概念不是难点，但对新概念的引入，特别是角速度这个物理量，还有一定难度。学生会联系自己坐过的“旋转木马”，想象到“转的快慢”这个词。如图所示，骑行链条传动的自行车时，由于链条不可伸长，因而大、小齿轮边缘的点在相等时间内通过的弧长是相等的，即线速度大小相等。由学生认知基础容易得出大、小齿轮转的“快慢”不相同这个结论，而这个转动快慢又刚好是得出角速度这个物理量的基础。学生深入思考会得出由于两个齿轮的半径不同，相等时间内它们转过的角度不相同，学生感悟到角速度这个物理量在描述匀速圆周运动的重要性了。学生认知水平决定了新概念学习的难易程度。
2.高一学生有了较好的实验素养和动手能力。学生的观察精细程度、动手能力和思维深度都为规律的获得提供很好的保障。如图所示，在研究向心力实验中，一个小球在细线的牵引下，绕光滑桌面上的图钉做匀速圆周运动。用香火烧断细线，观察小球的运动。这样丰富的体验活动，每一位学生都愿意参与实验的过程中，学生真实地感受到了小球做圆周运动中绳子拉力的作用，把日常生活的体验运用于物理学习，学习的兴趣与欲望增强了，愿意积极主动参与到学习的过程中，知道了学习的价值，从而会进一步主动获取知识、发展能力。
3.高一年级学生已经具有猜想和设计实验的能力。探究加速度与力、质量关系的实验中，学生已经知道了如何去设计实验以及在实验中如何控制变量。探究向心力大小的实验，学生猜想到向心力大小与哪些物理量有关。如何解决多变量对向心力的大小的影响，学生之间沟通交流控制变量法会顺势而出。学生的积极思考与之前学习的方法结合在一起，促进了实验原理、方法设计在学生脑海中的建立。同学之间互动、交流与分享不但提高对问题认识的全面，还可以促进沟通、交流与合作能力的提高。
4.高一学生初步具有了把生活中的现象抽象为物理模型的能力。之前学生通过学习掌握了一些模型及其建构方法，学生已经初步具有“能在熟悉情境中选用恰当模型解决简单问题”的能力。圆周运动是一种常见的运动形式，在生活中有着广泛的应用。学生在习得圆周运动向心力知识后，很自然地想到这部分知识学习价值所在。
汽车过拱桥是一个生活中实际的例子，把汽车过桥转化为理想模型，把现实生活中汽车过桥的的例子抽象为物理模型，体现了物理学科的建模的思想，而这一切都是学生现有的知识水平与能力在作支撑。
学生对汽车转弯司空见惯，对于火车转弯观察很少甚至没有观察过，这与学生生活体验有很大的差别，学生认知基础和能力较难破解类似的问题。由于大部分学生没有见过火车轮子的真实样子，没有类似的体验过程，因此对火车转弯向心力的来源不能清楚分析出来，在该模型建构的过程中还需要学生进一步搜集整理资料（图示为火车轮子与铁轨关系）。
在物理学习、探究过程中，朝着学习目标，学生会不断地进行自我评价和调节。学生的自我评价会发展成为调节探究活动的关键因素，培养兴趣、提高思维的深度、促进知识的形成、丰富学科认知，并在新的情境中对综合性物理问题进行分析推理，获得正确结论并作出解释，解决实际问题，促进学生自身学科能力的提升。
学习目标与重难点分析
一、学习目标：
1.认识圆周运动，理解描述圆周运动的线速度、角速度、周期等物理量的物理意义及各个物理量之间的关系，并深刻体会比值法、微元法、极限法等物理方法及物理方法的重要性。
2.根据牛顿运动定律推导向心力和向心加速度的关系，清晰、系统、全面地掌握向心加速度的含义，并能理解一般圆周运动与匀速圆周运动的区别。
拓展学习内容，能用运动学方法推导向心加速度的方向与大小，提升运动的观念。
能把生活中的圆周运动问题转化为物理模型，运用向心力的知识分析问题，并运用所学知识在新情境中对圆周运动问题进行综合分析和推理，解决实际问题。
3.体验向心力的作用，清楚控制变量法在探究向心力实验中的应用，能有依据地猜想，能制定实验方案、收集实验数据，通过整理、分析、处理信息，总结、分享、交流数据，得出向心力大小的表达式。
4.培养学习兴趣，能对问题提出质疑，通过思考，用实验方法解决问题，以科学严谨的态度对待实验数据，实事求是，理性分析。
二、重难点分析及突破策略
1.描述圆周运动的物理量
必修第一册已经学习了用比值法定义描述物体运动快慢——速度这个物理量。为了描述圆周运动，引入了线速度、角速度、周期等物理量。而本单元线速度这个物理量，和直线运动的速度有所区别。
突破方法：学习过程中使用“类比法”。类比法是物理学科常用的思维方法，找出事物之间的区别与联系，通过比较加深对所学知识的理解。类比不仅可以强化原有知识，更容易习得新知识。直线运动中用一小段时间内的位移与该段时间的比值来定义速度，圆周运动中用一小段时间内的弧长与该段时间的比值定义为线速度大小，这种极限的物理思想方法是物理学中常用的方法，而这种方法的学习又会迁移到其他章节的学习，比如之后学习的单摆的运动是简谐运动的分析与证明等。上一章学习过曲线运动的线速度方向，学生很容易得出圆周运动线速度方向为该点的切线方向，体现了内容的连续性。
2.向心力
理论上讲，做圆周运动的物体其运动状态在不断变化，说明物体一定受到力的作用。那么这个力是哪来的？这个力的方向如何？又是多大呢？这个力又起到什么作用呢？这样一连串的问题，会浮现在学生脑海中。向心力的这个物理量是本章重点知识，也是学生学习的难点。
突破方法：物理学科的学习是一种有意义的实践活动，学生在学习过程中基于思考会提出一系列有意义的问题链，当然问题链的提出也可能是教师有意义的引导而得。最好的办法我们交给物理实验来解答，体验性活动的全员参与，会促进参与者知识与学科方法、科学思维、科学探究能力、合作交流的全面提升。图示为最简单的体验式活动，小球在细线的牵引下，绕光滑桌面上的图钉做匀速圆周运动。在图钉处用香火烧断细线，在光滑水平面上的小球会沿直线飞出（沿着圆的切线方向）。分析烧断细线后小球的运动，学生不难得出小球在做匀速圆周运动时，会受到绳子拉力的作用，且绳子的拉力方向指向圆心，物理学中把这个指向圆心的力叫作向心力，由实验深刻体会绳子拉力在小球做匀速圆周运动中的作用，继而再深入分析，小球所受重力和支持力相平衡，受到的绳子拉力提供向心力，向心力并不是物体真实受到的力，而是物体受到的合力产生的作用，向心力是根据力的作用效果命名的。通过实验深入探究向心力与质量、半径及角速度等因素的关系，对向心力概念的全面、深刻的理解。向心力这个知识的重点与难点，以问题链为引导，以实验为破解方法，强化了物理概念，深化了物理思维。
3.向心加速度
匀速圆周运动向心加速度是本单元相对抽象的物理量。尽管学生已经习得了加速度这个前概念，但是对“向心”两个字的理解还是存在着学习障碍。加速度是描述物体速度变化快慢的物理量，已对直线运动加速度的含义有了深刻的认识，如何过渡到向心加速度是本章的一个难点。
突破方法：根据必修第一册所学牛顿第二定律的内容可知，力是使物体产生加速度的原因。根据这一观点，物体做匀速圆周运动时，合力提供向心力，即向心力和向心加速度一一对应，根据牛顿第二定律和向心力表达式，可得出向心加速度的大小为。这个处理方法，深化了牛顿第二定律的认识，不仅适用于直线运动，对曲线运动同样适用，强化了物理观念。
在拓展学习中展示了用运动学方法，借助矢量运算的方法，求出一小段时间内速度的变化，再根据加速度的定义式，求解得出向心加速度。利用该方法的推导会发现，由于一小段时间内的速度变化指向圆心，即匀速圆周运动的加速度指向圆心，因此提出向心加速度这个抽象的物理概念。与利用牛顿第二定律和运动学的方法推导的结果一致，而第二种方法强化了矢量运算，尤其是求矢量差的这一难点，同时也强化了极限的方法。
利用两种方法很好地破解向心加速度概念的难点，达到很好的学习效果。
4.分析生活中的圆周运动，解决实际问题
奥斯贝尔认为：“有意义的学习在于深刻的认识，而不是机械地认知”。而深刻的认知更多的是表现为解决问题。运用向心力的知识分析生活中的圆周运动问题作为本单元的一个重点。
突破方法：以身边实例为基础，火车转弯、汽车过拱桥、航天器中的失重现象，都有非常重要的应用价值。火车轨道通过调整两侧铁轨高度差，借助火车重力和轨道的支持力的合力提供向心力，学生体会到做匀速圆周运动的物体除了受到另外物体的作用外，不再受到向心力，明确向心力是效果力。
本章中增加了航天器中的失重现象。通过观察航天器中宇航员的状态，清楚知道航天器及其里面的物体处于失重状态。为了解释这种失重现象，有人提出航天器失重的原因是它离地球太远，从而摆脱了地球的引力。你认为这样的观点是否正确？最后加入一个思考题，问高速公路上为了安全转弯，可以采用什么办法既可以提高通行速度又能保证通行安全。用问题引领学生积极思考，用所学的知识与方法解释现象。问题的引领会促进学生积极思考，学生有效的思考与讨论促进了知识的内化。
学习的过程将学生认知发展与意义习得的过程联系在一起，教师不仅仅可以知道学生学习后的行为，更能为重要的学习过程提供充分的相应过程和所需要的条件。借助学习的认知水平合理安排学习活动，可以较为轻易地破解学习中的重难点，避免学习过程中的盲目性。
内容与价值分析
一、课标要求
2.2.3会用线速度、角速度、周期描述匀速圆周运动。知道匀速圆周运动向心加速度大小和方向。通过实验，探究并了解匀速圆周运动运动向心力大小与半径、角速度、质量的关系。能用牛顿第二定律分析匀速圆周运动的向心力。了解生产生活中的离心运动及其产生的原因。
例2.了解铁路和高速公路拐弯处路面有一定倾斜度的原因。
活动建议：收集资料，探究自行车拐弯时受到的向心力。
二、学习内容与价值分析
圆周运动是继抛体运动之后学习的另一种物体在一个平面内的运动，而且这种曲线运动具有周期性特征。本章将原课标中关于匀速圆周运动的两个条目进行了整合，并明确提出了对描述圆周运动相关物理量的教学要求。学生要通过观察、实验建立匀速圆周运动模型，理解角速度、线速度、周期等描述匀速圆周运动的物理量，知道什么是向心加速度、什么是向心力、向心力与向心加速度的关系，通过这些概念与规律的学习，深化对加速度、力与运动关系的认识。会分析实际情况下物体做圆周运动的向心力，例如，分析汽车拐弯时和火车过弯道时的向心力作用等，可以让学生调查公路拐弯处的倾斜情况，或铁路拐弯处两条铁轨的高度差异，发展学生分析和解决实际问题的能力。在此基础上了解什么是离心现象，应用所学知识分析生产、生活中的离心现象，例如洗衣机脱水的过程、汽车拐弯时乘客身体倾斜的原因等。??
1.从物理学的视角观察自然现象，将物理学知识与实际相联系
本章内容与学生的生活紧密联系。在知识层面先从摩天轮的运动引入圆周运动模型，学生体会到，要研究圆周运动这种周期性变化的运动，已有的物理量不能解决问题，由此引出线速度、角速度、周期等物理量。在引入转速这个常用量时以旋转木马为例，使得问题情境更加清晰直观，同时配以各种实例图片做背景材料，把所研究的问题由浅入深，由表及里展现出来。由物理概念的形成入手，通过观察生活中的圆周运动，把实际圆周运动抽象为圆周运动的模型，培养学生模型建构的能力，本章突出解决实际问题，体现物理学科学习的规律，也体现了学科价值。哲学思想强调由现象→本质，本单元学习过程也体现了事物发展的必然规律。
2.进一步掌握比值定义法
做圆周运动的物体，为了描述物体经过A点附近时运动的快慢，如图，取很短的时间内物体由A运动到B,通过的弧长为，弧长与时间之比反映了物体在A点附近运动的快慢，当非常非常小时，这个比值表示在A时运动的快慢，把它称之为线速度的大小。
用两个物理量相比，得出了第三个物理量，很多物理量的得来都采用了这个方法，用同样的方法定义了描述圆周运动的另一个物理量—角速度。线速度、角速度物理量的意义不同，但这两个物理量都采用了相同的定义方法，说明方法的重要性，强化比值定义法的重要性。
3.深化对微元法的认识
在教学实践中我们说一小段时间的含义就是，趋于零但是不等于零，这里面蕴含着微元的方法。这种方法是物理学中很重要的方法。物理方法的渗透是一个长期的过程，对后续物理量的学习也起到积极的引导作用，比如由运动学推导向心加速度表达式用到了微元法，再比如，将在第八章学习的物体沿曲线运动时重力做功问题，利用微元法可得到重力做功与路径无关只与高度有关这样一个重要结论，这种方法的学习起到程序性知识的储备。正是物理思想使物理世界从散碎的知识形态上升为系统的普适形态，并建构起从感性认识通向理性认识的桥梁，引导学生从公式背后去获得对物理世界的一些根本认识，这也使得公式概念的学习更有意义。
4.通过思维引导掌握解决问题的方法
如图所示本单元由游乐场的“飞椅”情景入手，由学生感兴趣的话题引出圆周运动中的受力问题，实际情景有代表性又贴近学生实际。大量实例表明做匀速圆周运动的物体所受的合力指向圆心，通过归纳整理实验中的体会和理论分析知道，匀速圆周运动向心力只改变物体的速度方向，不改变速度大小这一重要的结论。实验表明向心力并不是物体真实受到的力，它是由某个力或者几个力的合力提供。回扣引入问题情景，会发现人和飞椅的向心力来自于绳子拉力与物体重力的合力，加深对向心力的理解，学生能提升运动与相互作用观念。高一第一学期已经接触到运动与相互作用的观念，本单元通过进一步深入研究发现，牛顿第二定律在圆周运动中依然适用。
本章先引入向心力的概念，再引入向心加速度的概念，重视向心力的探究体验，这也更符合学生的认知顺序，向心力较向心加速度更加具象，由牛顿第二定律可以知道力是使物体产生加速度的原因，自然而然地学生就能理解向心加速度的含义，由具象到抽象，这使得向心加速度概念更容易为学生接受。同时，向心力的学习也会为带电粒子在场中的运动的学习起到铺垫作用，知识的网络化，促进知识体系的建立。
本章学习过程中，强化对圆周运动向心力指向圆心这一重要结论的认识，为后续学习奠定方法基础。在处理匀速圆周运动问题时，有时候我们先画出圆周运动的轨迹和圆心，就很容易找到向心力方向，比如火车转弯时画出火车运动轨迹便可以清楚知道火车向心力方向沿水平方向指向圆心，而不是沿内外轨高度差斜坡向下，再结合数学方法很容易得到轨道对火车支持力大小。在选择性必修2中将要学习的带电粒子在磁场中运动问题也经常要用到这种方法，画出带电粒子运动的轨迹和圆心，再结合数学方法很容易找到半径等其他条件。本章知识与方法为后面的的学习奠定基础。
本章不仅仅是知识学习的深入，更是物理观念的提升，用科学推理方法产生新规律，促进科学思维的发展，加强了对物理世界本质的认识。
5.探究向心力大小的表达式，提升科学探究能力
面对一个真实情景，结合已有水平，提出新的研究问题，把科学探究变得更有意义。如图所示本章做一做设计了这样的实验：感受向心力的大小，学生抡动小球做圆周运动，通过最直接的办法感受到向心力的存在，也能初步感受到向心力可能与哪些因素有关，但是这个实验更多强调的是感受，这种感受无法准确地度量。如图所示，书中进一步介绍了向心力演示仪。但是该探究性实验，并未介绍我们需要测量哪些物理量，学生可以根据已有的经验说出完成该实验需要测量哪些物理量。是不是说出了需要测量的物理量就能很好的完成实验任务呢，带着问题引导学生充分思考。很多因素会对我们的实验结果产生影响，不同物理量之间掺杂在一起，学生需要找出单一因素的影响，就要很好地去控制变量。在完成实验的过程中通过很好地控制变量，找出单一因素对实验结果的影响，继而在对实验数据加以整理分析得出所要的结论，这就是体现控制变量的重要性。在初中及加速度与力、质量两个物理量关系实验中，已经掌握了控制变量法，此处探究向心力与角速度、半径、质量三个物理量之间的关系，控制变量法不仅仅是物理学科探究的重要实验方法，而且也被广泛运用在各种科学探索和实验研究中。本章突出问题导向，问题情境明确，符合学生的实验水平，能够激发学生探究兴趣继而引发学生的思考，探究性实验不仅培养学生的问题意识和思维习惯，更能促进物理观念的认识。在探究过程中通过大量数据的归纳总结向心力的影响因素，利用好数据也是教师需要正确引导的，对实验数据和结果的合理分析，也体现了科学态度与责任。
丰富的内容，鲜活的实例，不仅体现了学科价值，更丰富了育人价值。学生不仅仅学会了物理知识，更建立了物理观念，培养着物理思维，实践着探究精神，这一切都为物理核心素养的提升起到了积极的促进作用。
学习过程
一、本单元学习进阶设计
学习是对某一主题的思考和认识不断丰富、精致和深入的一个过程。学习过程也是一个不断积累，不断发展的过程，在学生学习的起点和终点之间，设立不同的中间水平，把知识学习的过程变为由简单到复杂、由单一知识到知识网络的过程，继而促进思想与方法、知识与能力的达成。
学生在学习必修第一册后，已经初步掌握了矢量运算方法、极限法、比值法、微元法、观察法、实验法、控制变量法等物理学常用方法，以及运动与相互作用的观念，依据本单元学习内容、学情分析、学习目标要求、重难点，设计如下图所示的学习进阶，帮助学生成功地完成圆周运动单元的学习。
二、学习过程设计说明
1.层级：建立圆周运动模型
进阶基础是学生已经掌握了直线运动的特征和平抛运动的特征。什么是圆周运动呢？圆周运动又有什么特点呢？同样是曲线运动和我们之前所学抛体运动有什么区别与联系呢？
【活动设计案例】
观看图片以及游乐场飞椅的视频，观察图一钟表分针与时针、图二摩天轮、图三中电扇扇叶运动轨迹的特点。
活动目的：学生体验圆周运动，体会圆周运动的特点，感知圆周运动与直线运动、平抛运动的不同。体验建立物理模型的过程，帮助学生把现实中的运动转化成物理模型，丰富机械运动的种类，促进物理思维的发展。
2.层级：掌握描述匀速圆周运动的物理量
进阶起点是知道了圆周运动模型。之前所学的物理量是否可以全面地描述匀速圆周运动，描述圆周运动的物理量之间又有什么关系，这是摆在学生面前的新课题。L2层级的主要任务是在建立起匀速圆周运动模型的基础上，清楚知道线速度、角速度、周期等物理量的物理意义和内涵，以及各个物理量之间的关系，最关键的是为什么要引入这些物理量，和描述直线运动的物理量区别与联系。通过匀速圆周运动描述方法的建立，让学生学会用数学工具对物理问题进行描述，促进对方法的深刻理解。
【活动设计案例一】
请同学们回忆并说出必修第一册中哪些物理量的定义运用了比值法。
活动目的：变讲授为体验感知，变重结论为重研究过程，变知识渗透为方法渗透。
【活动设计案例二】
把常见的自行车拿到教室，将自行车后轮架起，转动脚踏板，观察大齿轮和小齿轮边缘上的点哪个转得更快，同一齿轮上到转轴不同距离的点，哪个运动得更快。
活动目的：体会在描述圆周运动时候，有的时候要考虑运动的快慢，有的时候要考虑转动的快慢，这两种描述“快慢”的方法从不同角度对圆周运动进行表达，使被研究的问题更加全面。
【活动设计案例三】
如图所示，摩天轮直径为110m，做匀速圆周运动的摩天轮边缘处的线速度是0.2m/s，匀速转动的摩天轮角速度是多少？摩天轮周期是多少？
活动目的：加深对描述匀速圆周运动的物理量的理解，熟知各个物理量之间的关系。
通过上述学习活动，学生很自然地完成对圆周运动模型的简单的认知到对圆周运动的准确描述的过渡，由一般认识到深入理解的过渡，由定性描述到定量描述的过渡。学生知道了数学工具对物理问题描述的重要性，进一步完成学习的进阶。
3.层级：知道向心力的表达式
进阶起点是已经习得描述圆周运动的物理量，并且学生已经知道物体做圆周运动时速度要发生变化，而速度的变化需要力的作用的这一物理学根本观点。但是这个力的作用大小如何，方向如何，作用效果如何，正是本层级要达到的学习目的。
【活动设计案例一】
请同学观察实验，如图所示，在细线的作用下小球做圆周运动，当烧断细线后小球在光滑水平面上做什么运动。
活动目的：学生通过观察烧断细线前后小球运动轨迹的变化，得出结论。小球做圆周运动时细线对小球产生拉力，小球在拉力的作用运动状态发生变化，并且能感受到拉力的方向指向圆心。
【活动设计案例二】
同学们根据自己的理解组内交流向心力大小可能与哪些因素有关，并且设计实验来验证自己的猜测，以组为单位发言总结。
活动目的：猜想、设计实验是高一年级学生的学习短板，用想一想、说一说、议一议的方法，提高学生对问题猜想的全面性，也可以促进学生小组学习的深入，促进沟通能力的提高。
利用体验式实验、小组合作学习等方法得出向心力大小的影响因素，顺利地完成本阶进阶任务。本阶的进阶过程强化了实验、控制变量法等物理思想，通过科学探究学生体会到科学研究中相互合作的必要性，提升了科学探究和科学态度与责任素养。
4.层级：向心加速度
进阶起点是学生已经习得圆周运动中向心力，牛顿第二定律的学习，学生知道力是使物体产生加速度的原因，矢量运算法则等，这些知识都为顺利完成本层级进阶提供了基础。向心加速度知识相对抽象，设置好进阶活动，全面、深刻理解向心加速度就变得水到渠成了。
【活动设计案例一】
由图片引出，天宫二号空间实验室在轨飞行时，可认为它绕地球做匀速圆周运动。尽管线速度大小不变，但方向却时刻变化，因此，它运动的加速度一定不为
0。那么，该如何确定它在轨飞行时加速度的方向和大小呢？
活动目的：由问题引入，使得本节课研究目的更直接，可以集中精力破解一个难度较大的知识点。
【活动设计案例二】
直接点题，力是使物体产生加速度的原因，匀速圆周运动的物体受到的合力指向圆心，向心力也应该与加速度相对应，我们把这个加速度叫作向心加速度。
活动目的：直接提出向心加速度的概念，继而利用牛顿第二定律推导出向心加速度的大小。采用类比法，知识上形成递进关系，加深理解促进概念形成，深化理解牛顿第二定律不仅仅适用于直线运动还适用于曲线运动。
【活动设计案例三】
思考题，自行车的大齿轮、小齿轮、后轮的半径不一样，它们的边缘有三个点A、B、C，如图所示。其中哪两点向心加速度的关系适用于“向心加速度与半径成正比”，哪两点适用于“向心加速度与半径成反比”？
活动目的：强化对向心加速度的全面认识。
【活动设计案例四】
回忆加速度的定义式，思考速度变化率的含义，回顾微元法和矢量运算方法。
活动目的：把直线运动中的速度变化，转化为曲线运动中的速度变化，利用微元法明晰在一小段时间内速度的变化指向圆心这一重要结果，并利用数学方法推导向心加速度的表达式，与运用牛顿第二定律方法推导向心加速度的方法进行比较。
用牛顿第二定律和运动学方法推导向心加速度大小表达式。用牛顿第二定律推导的方法难度不大容易理解，由力过渡到加速度，由向心力过渡到向心加速度，需要知识迁移。由加速度定义式入手，运用运动学推导向心加速度表达式，需要较强的矢量运算知识、极限法等做基础，数学方法要求多，但严谨的推导，更适合基础较好、学习能力强的学生。设置合理的进阶活动，培养学生逻辑思维，继而达到进阶的目的。
5.L5层级：生活中的圆周运动
进阶起点学生已经初步理解匀速圆周运动的向心力、向心加速度的知识，学生清楚知道圆周运动是一种常见的运动形式，广泛存在生活中。
【活动设计案例一】
分析汽车转弯过程中向心力的来源，并且分析汽车在雨雪路面转弯时，为什么要降速慢行。
【活动设计案例二】
火车在转弯的时候不能像汽车一样，不能借助轮胎与路面的摩擦力产生向心加速度，那么火车转弯的原理又是什么呢？展示图片，现实生活中，火车轮缘的图片。
【活动设计案例三】
汽车过桥时，可以把汽车的运动看作是圆周运动，对汽车通过拱桥和凹面桥的受力进行分析，利用牛顿第二定律得出汽车通过桥面最高点和最低点处对桥面的压力大小与汽车重力的大小关系。
活动目的：三个活动案例的分析，得出圆周运动存在向心力作用，受力分析和向心力方程是解决圆周运动问题最好的方法。
【活动设计案例四】
可以把地球看作是一个巨大的拱形桥，桥面可以看作是地球的半径。讨论：当汽车通过这个巨大的“路面”时候的速度越来越大，驾驶员与座椅之间的压力会怎么变化？深入讨论，当汽车速度达到一定程度时，汽车是否可以脱离地面，这时候汽车驾驶员的感受如何呢？
【活动设计案例五】
问题讨论：有人认为航天器失重的原因是因为离地球太远，从而失去地球引力作用。
活动目的：释疑解惑，上述两个活动案例都充分说明了正是由于地球引力的作用，才使得航天器有可能绕地球做匀速圆周运动，也进一步验证了失重并不是失去了重力这个重要结论。同时也为下一单元，宇宙航行一节提出如何发射一颗人造卫星奠定了基础。
【活动设计案例六】
观看洗衣机甩干衣物的视频。
活动目的：分析产生离心运动的力学基础，知道如何利用离心运动解决实际问题，也能知道离心运动带来的不利的一面和避免方法。
大量的纷繁复杂的运动，每一种情况都不完全一样，无论是哪一种，有多么复杂，都需要我们把实际问题转化为物理问题。学生通过活动学会分析方法，学会解决实际问题，在知识学习的过程中提升素养，也就很好地完成进阶任务。
通过本章的学习，掌握圆周运动概念与规律，更掌握圆周运动分析方法和解决实际问题的方法。学生把物理课程中习得的物理概念、物理规律和科学思维运用于解决问题的实践中。本章进阶过程既是物理概念进阶，更是推理、归纳能力的进阶；既是物理规律的进阶，更是科学思维能力的进阶；既是观察、交流能力的进阶，更是科学探究能力的进阶。通过学习进阶，提升物理观念，增强探究意识，提高实践能力和探究本领，促进物理学科核心素养的提升。
圆周运动》教案
学情分析
学生已经完成了必修一内容的学习，对高中物理学科力与运动的部分知识和学习方法有了初步的认识，通过本章的学习丰富了对运动的理解，加深对学科知识、学科方法的学习，深化模型建构的思想，也为后续内容的学习提供帮助。
一、认知基础
前概念可以分成两种，一种是具有正向迁移作用的前概念，当新的科学概念和前概念有很高的契合度，学生在探究活动中往往会表现得比较活跃和积极，就容易达成相应的教学目标；另一种是具有负向迁移作用的前概念，当新的科学概念和前概念产生冲突时，前概念则会严重干扰科学概念的构建，相应的教学任务也不易完成。速度、加速度等物理量的学习，力和运动的关系的认知储备奠定了本单元的学习基础，比值法、微元法、极限法等物理方法，都为顺利过渡到圆周运动做好了铺垫。对于圆周运动的速度方向，学生在抛体运动一章已经学习并掌握了曲线运动的速度方向，能正向迁移到圆周运动的速度方向沿圆周的切线。向心加速度的推导计算，应用到了矢量运算的平行四边形定则，在平行四边形定则过渡到矢量减法的三角形定则是一个难点，正向迁移基础上，学生能提升对矢量运算法则的掌握。而“离心力”这个前概念在日常生活中会经常遇到，本章的向心力、离心运动概念，很多学生会误以为离心运动是由于离心力的原因造成的，产生矛盾就容易引起冲突，把原有的知识和现有的新概念结合好，解决学生生活常识与知识之间的矛盾冲突，既充分重视和了解学生的前概念，又合理地解决了前概念中的问题，这样使学习更有意义和价值。
二、认知特点
适宜的学习方法可以提高学生的认知水平，可发展学生独立学习的能力。认知水平的提高依赖于认知知识的积累。描述直线运动的方法学生已经基本掌握，对位移、速度、加速度的认知也比较全面，必修第一册力与运动的关系也植根于学生脑海中。必修第二册第五章对曲线运动进行了介绍，但是从抛体运动过渡到圆周运动还是会有一些的障碍。
1.高一年级的学生观察的仔细程度和思维的深度较初中都有了很大的进步。从学生的认知水平理解线速度概念不是难点，但对新概念的引入，特别是角速度这个物理量，还有一定难度。学生会联系自己坐过的“旋转木马”，想象到“转的快慢”这个词。如图所示，骑行链条传动的自行车时，由于链条不可伸长，因而大、小齿轮边缘的点在相等时间内通过的弧长是相等的，即线速度大小相等。由学生认知基础容易得出大、小齿轮转的“快慢”不相同这个结论，而这个转动快慢又刚好是得出角速度这个物理量的基础。学生深入思考会得出由于两个齿轮的半径不同，相等时间内它们转过的角度不相同，学生感悟到角速度这个物理量在描述匀速圆周运动的重要性了。学生认知水平决定了新概念学习的难易程度。
2.高一学生有了较好的实验素养和动手能力。学生的观察精细程度、动手能力和思维深度都为规律的获得提供很好的保障。如图所示，在研究向心力实验中，一个小球在细线的牵引下，绕光滑桌面上的图钉做匀速圆周运动。用香火烧断细线，观察小球的运动。这样丰富的体验活动，每一位学生都愿意参与实验的过程中，学生真实地感受到了小球做圆周运动中绳子拉力的作用，把日常生活的体验运用于物理学习，学习的兴趣与欲望增强了，愿意积极主动参与到学习的过程中，知道了学习的价值，从而会进一步主动获取知识、发展能力。
3.高一年级学生已经具有猜想和设计实验的能力。探究加速度与力、质量关系的实验中，学生已经知道了如何去设计实验以及在实验中如何控制变量。探究向心力大小的实验，学生猜想到向心力大小与哪些物理量有关。如何解决多变量对向心力的大小的影响，学生之间沟通交流控制变量法会顺势而出。学生的积极思考与之前学习的方法结合在一起，促进了实验原理、方法设计在学生脑海中的建立。同学之间互动、交流与分享不但提高对问题认识的全面，还可以促进沟通、交流与合作能力的提高。
4.高一学生初步具有了把生活中的现象抽象为物理模型的能力。之前学生通过学习掌握了一些模型及其建构方法，学生已经初步具有“能在熟悉情境中选用恰当模型解决简单问题”的能力。圆周运动是一种常见的运动形式，在生活中有着广泛的应用。学生在习得圆周运动向心力知识后，很自然地想到这部分知识学习价值所在。
汽车过拱桥是一个生活中实际的例子，把汽车过桥转化为理想模型，把现实生活中汽车过桥的的例子抽象为物理模型，体现了物理学科的建模的思想，而这一切都是学生现有的知识水平与能力在作支撑。
学生对汽车转弯司空见惯，对于火车转弯观察很少甚至没有观察过，这与学生生活体验有很大的差别，学生认知基础和能力较难破解类似的问题。由于大部分学生没有见过火车轮子的真实样子，没有类似的体验过程，因此对火车转弯向心力的来源不能清楚分析出来，在该模型建构的过程中还需要学生进一步搜集整理资料（图示为火车轮子与铁轨关系）。
在物理学习、探究过程中，朝着学习目标，学生会不断地进行自我评价和调节。学生的自我评价会发展成为调节探究活动的关键因素，培养兴趣、提高思维的深度、促进知识的形成、丰富学科认知，并在新的情境中对综合性物理问题进行分析推理，获得正确结论并作出解释，解决实际问题，促进学生自身学科能力的提升。
学习目标与重难点分析
一、学习目标：
1.认识圆周运动，理解描述圆周运动的线速度、角速度、周期等物理量的物理意义及各个物理量之间的关系，并深刻体会比值法、微元法、极限法等物理方法及物理方法的重要性。
2.根据牛顿运动定律推导向心力和向心加速度的关系，清晰、系统、全面地掌握向心加速度的含义，并能理解一般圆周运动与匀速圆周运动的区别。
拓展学习内容，能用运动学方法推导向心加速度的方向与大小，提升运动的观念。
能把生活中的圆周运动问题转化为物理模型，运用向心力的知识分析问题，并运用所学知识在新情境中对圆周运动问题进行综合分析和推理，解决实际问题。
3.体验向心力的作用，清楚控制变量法在探究向心力实验中的应用，能有依据地猜想，能制定实验方案、收集实验数据，通过整理、分析、处理信息，总结、分享、交流数据，得出向心力大小的表达式。
4.培养学习兴趣，能对问题提出质疑，通过思考，用实验方法解决问题，以科学严谨的态度对待实验数据，实事求是，理性分析。
二、重难点分析及突破策略
1.描述圆周运动的物理量
必修第一册已经学习了用比值法定义描述物体运动快慢——速度这个物理量。为了描述圆周运动，引入了线速度、角速度、周期等物理量。而本单元线速度这个物理量，和直线运动的速度有所区别。
突破方法：学习过程中使用“类比法”。类比法是物理学科常用的思维方法，找出事物之间的区别与联系，通过比较加深对所学知识的理解。类比不仅可以强化原有知识，更容易习得新知识。直线运动中用一小段时间内的位移与该段时间的比值来定义速度，圆周运动中用一小段时间内的弧长与该段时间的比值定义为线速度大小，这种极限的物理思想方法是物理学中常用的方法，而这种方法的学习又会迁移到其他章节的学习，比如之后学习的单摆的运动是简谐运动的分析与证明等。上一章学习过曲线运动的线速度方向，学生很容易得出圆周运动线速度方向为该点的切线方向，体现了内容的连续性。
2.向心力
理论上讲，做圆周运动的物体其运动状态在不断变化，说明物体一定受到力的作用。那么这个力是哪来的？这个力的方向如何？又是多大呢？这个力又起到什么作用呢？这样一连串的问题，会浮现在学生脑海中。向心力的这个物理量是本章重点知识，也是学生学习的难点。
突破方法：物理学科的学习是一种有意义的实践活动，学生在学习过程中基于思考会提出一系列有意义的问题链，当然问题链的提出也可能是教师有意义的引导而得。最好的办法我们交给物理实验来解答，体验性活动的全员参与，会促进参与者知识与学科方法、科学思维、科学探究能力、合作交流的全面提升。图示为最简单的体验式活动，小球在细线的牵引下，绕光滑桌面上的图钉做匀速圆周运动。在图钉处用香火烧断细线，在光滑水平面上的小球会沿直线飞出（沿着圆的切线方向）。分析烧断细线后小球的运动，学生不难得出小球在做匀速圆周运动时，会受到绳子拉力的作用，且绳子的拉力方向指向圆心，物理学中把这个指向圆心的力叫作向心力，由实验深刻体会绳子拉力在小球做匀速圆周运动中的作用，继而再深入分析，小球所受重力和支持力相平衡，受到的绳子拉力提供向心力，向心力并不是物体真实受到的力，而是物体受到的合力产生的作用，向心力是根据力的作用效果命名的。通过实验深入探究向心力与质量、半径及角速度等因素的关系，对向心力概念的全面、深刻的理解。向心力这个知识的重点与难点，以问题链为引导，以实验为破解方法，强化了物理概念，深化了物理思维。
3.向心加速度
匀速圆周运动向心加速度是本单元相对抽象的物理量。尽管学生已经习得了加速度这个前概念，但是对“向心”两个字的理解还是存在着学习障碍。加速度是描述物体速度变化快慢的物理量，已对直线运动加速度的含义有了深刻的认识，如何过渡到向心加速度是本章的一个难点。
突破方法：根据必修第一册所学牛顿第二定律的内容可知，力是使物体产生加速度的原因。根据这一观点，物体做匀速圆周运动时，合力提供向心力，即向心力和向心加速度一一对应，根据牛顿第二定律和向心力表达式，可得出向心加速度的大小为。这个处理方法，深化了牛顿第二定律的认识，不仅适用于直线运动，对曲线运动同样适用，强化了物理观念。
在拓展学习中展示了用运动学方法，借助矢量运算的方法，求出一小段时间内速度的变化，再根据加速度的定义式，求解得出向心加速度。利用该方法的推导会发现，由于一小段时间内的速度变化指向圆心，即匀速圆周运动的加速度指向圆心，因此提出向心加速度这个抽象的物理概念。与利用牛顿第二定律和运动学的方法推导的结果一致，而第二种方法强化了矢量运算，尤其是求矢量差的这一难点，同时也强化了极限的方法。
利用两种方法很好地破解向心加速度概念的难点，达到很好的学习效果。
4.分析生活中的圆周运动，解决实际问题
奥斯贝尔认为：“有意义的学习在于深刻的认识，而不是机械地认知”。而深刻的认知更多的是表现为解决问题。运用向心力的知识分析生活中的圆周运动问题作为本单元的一个重点。
突破方法：以身边实例为基础，火车转弯、汽车过拱桥、航天器中的失重现象，都有非常重要的应用价值。火车轨道通过调整两侧铁轨高度差，借助火车重力和轨道的支持力的合力提供向心力，学生体会到做匀速圆周运动的物体除了受到另外物体的作用外，不再受到向心力，明确向心力是效果力。
本章中增加了航天器中的失重现象。通过观察航天器中宇航员的状态，清楚知道航天器及其里面的物体处于失重状态。为了解释这种失重现象，有人提出航天器失重的原因是它离地球太远，从而摆脱了地球的引力。你认为这样的观点是否正确？最后加入一个思考题，问高速公路上为了安全转弯，可以采用什么办法既可以提高通行速度又能保证通行安全。用问题引领学生积极思考，用所学的知识与方法解释现象。问题的引领会促进学生积极思考，学生有效的思考与讨论促进了知识的内化。
学习的过程将学生认知发展与意义习得的过程联系在一起，教师不仅仅可以知道学生学习后的行为，更能为重要的学习过程提供充分的相应过程和所需要的条件。借助学习的认知水平合理安排学习活动，可以较为轻易地破解学习中的重难点，避免学习过程中的盲目性。
内容与价值分析
一、课标要求
2.2.3会用线速度、角速度、周期描述匀速圆周运动。知道匀速圆周运动向心加速度大小和方向。通过实验，探究并了解匀速圆周运动运动向心力大小与半径、角速度、质量的关系。能用牛顿第二定律分析匀速圆周运动的向心力。了解生产生活中的离心运动及其产生的原因。
例2.了解铁路和高速公路拐弯处路面有一定倾斜度的原因。
活动建议：收集资料，探究自行车拐弯时受到的向心力。
二、学习内容与价值分析
圆周运动是继抛体运动之后学习的另一种物体在一个平面内的运动，而且这种曲线运动具有周期性特征。本章将原课标中关于匀速圆周运动的两个条目进行了整合，并明确提出了对描述圆周运动相关物理量的教学要求。学生要通过观察、实验建立匀速圆周运动模型，理解角速度、线速度、周期等描述匀速圆周运动的物理量，知道什么是向心加速度、什么是向心力、向心力与向心加速度的关系，通过这些概念与规律的学习，深化对加速度、力与运动关系的认识。会分析实际情况下物体做圆周运动的向心力，例如，分析汽车拐弯时和火车过弯道时的向心力作用等，可以让学生调查公路拐弯处的倾斜情况，或铁路拐弯处两条铁轨的高度差异，发展学生分析和解决实际问题的能力。在此基础上了解什么是离心现象，应用所学知识分析生产、生活中的离心现象，例如洗衣机脱水的过程、汽车拐弯时乘客身体倾斜的原因等。??
1.从物理学的视角观察自然现象，将物理学知识与实际相联系
本章内容与学生的生活紧密联系。在知识层面先从摩天轮的运动引入圆周运动模型，学生体会到，要研究圆周运动这种周期性变化的运动，已有的物理量不能解决问题，由此引出线速度、角速度、周期等物理量。在引入转速这个常用量时以旋转木马为例，使得问题情境更加清晰直观，同时配以各种实例图片做背景材料，把所研究的问题由浅入深，由表及里展现出来。由物理概念的形成入手，通过观察生活中的圆周运动，把实际圆周运动抽象为圆周运动的模型，培养学生模型建构的能力，本章突出解决实际问题，体现物理学科学习的规律，也体现了学科价值。哲学思想强调由现象→本质，本单元学习过程也体现了事物发展的必然规律。
2.进一步掌握比值定义法
做圆周运动的物体，为了描述物体经过A点附近时运动的快慢，如图，取很短的时间内物体由A运动到B,通过的弧长为，弧长与时间之比反映了物体在A点附近运动的快慢，当非常非常小时，这个比值表示在A时运动的快慢，把它称之为线速度的大小。
用两个物理量相比，得出了第三个物理量，很多物理量的得来都采用了这个方法，用同样的方法定义了描述圆周运动的另一个物理量—角速度。线速度、角速度物理量的意义不同，但这两个物理量都采用了相同的定义方法，说明方法的重要性，强化比值定义法的重要性。
3.深化对微元法的认识
在教学实践中我们说一小段时间的含义就是，趋于零但是不等于零，这里面蕴含着微元的方法。这种方法是物理学中很重要的方法。物理方法的渗透是一个长期的过程，对后续物理量的学习也起到积极的引导作用，比如由运动学推导向心加速度表达式用到了微元法，再比如，将在第八章学习的物体沿曲线运动时重力做功问题，利用微元法可得到重力做功与路径无关只与高度有关这样一个重要结论，这种方法的学习起到程序性知识的储备。正是物理思想使物理世界从散碎的知识形态上升为系统的普适形态，并建构起从感性认识通向理性认识的桥梁，引导学生从公式背后去获得对物理世界的一些根本认识，这也使得公式概念的学习更有意义。
4.通过思维引导掌握解决问题的方法
如图所示本单元由游乐场的“飞椅”情景入手，由学生感兴趣的话题引出圆周运动中的受力问题，实际情景有代表性又贴近学生实际。大量实例表明做匀速圆周运动的物体所受的合力指向圆心，通过归纳整理实验中的体会和理论分析知道，匀速圆周运动向心力只改变物体的速度方向，不改变速度大小这一重要的结论。实验表明向心力并不是物体真实受到的力，它是由某个力或者几个力的合力提供。回扣引入问题情景，会发现人和飞椅的向心力来自于绳子拉力与物体重力的合力，加深对向心力的理解，学生能提升运动与相互作用观念。高一第一学期已经接触到运动与相互作用的观念，本单元通过进一步深入研究发现，牛顿第二定律在圆周运动中依然适用。
本章先引入向心力的概念，再引入向心加速度的概念，重视向心力的探究体验，这也更符合学生的认知顺序，向心力较向心加速度更加具象，由牛顿第二定律可以知道力是使物体产生加速度的原因，自然而然地学生就能理解向心加速度的含义，由具象到抽象，这使得向心加速度概念更容易为学生接受。同时，向心力的学习也会为带电粒子在场中的运动的学习起到铺垫作用，知识的网络化，促进知识体系的建立。
本章学习过程中，强化对圆周运动向心力指向圆心这一重要结论的认识，为后续学习奠定方法基础。在处理匀速圆周运动问题时，有时候我们先画出圆周运动的轨迹和圆心，就很容易找到向心力方向，比如火车转弯时画出火车运动轨迹便可以清楚知道火车向心力方向沿水平方向指向圆心，而不是沿内外轨高度差斜坡向下，再结合数学方法很容易得到轨道对火车支持力大小。在选择性必修2中将要学习的带电粒子在磁场中运动问题也经常要用到这种方法，画出带电粒子运动的轨迹和圆心，再结合数学方法很容易找到半径等其他条件。本章知识与方法为后面的的学习奠定基础。
本章不仅仅是知识学习的深入，更是物理观念的提升，用科学推理方法产生新规律，促进科学思维的发展，加强了对物理世界本质的认识。
5.探究向心力大小的表达式，提升科学探究能力
面对一个真实情景，结合已有水平，提出新的研究问题，把科学探究变得更有意义。如图所示本章做一做设计了这样的实验：感受向心力的大小，学生抡动小球做圆周运动，通过最直接的办法感受到向心力的存在，也能初步感受到向心力可能与哪些因素有关，但是这个实验更多强调的是感受，这种感受无法准确地度量。如图所示，书中进一步介绍了向心力演示仪。但是该探究性实验，并未介绍我们需要测量哪些物理量，学生可以根据已有的经验说出完成该实验需要测量哪些物理量。是不是说出了需要测量的物理量就能很好的完成实验任务呢，带着问题引导学生充分思考。很多因素会对我们的实验结果产生影响，不同物理量之间掺杂在一起，学生需要找出单一因素的影响，就要很好地去控制变量。在完成实验的过程中通过很好地控制变量，找出单一因素对实验结果的影响，继而在对实验数据加以整理分析得出所要的结论，这就是体现控制变量的重要性。在初中及加速度与力、质量两个物理量关系实验中，已经掌握了控制变量法，此处探究向心力与角速度、半径、质量三个物理量之间的关系，控制变量法不仅仅是物理学科探究的重要实验方法，而且也被广泛运用在各种科学探索和实验研究中。本章突出问题导向，问题情境明确，符合学生的实验水平，能够激发学生探究兴趣继而引发学生的思考，探究性实验不仅培养学生的问题意识和思维习惯，更能促进物理观念的认识。在探究过程中通过大量数据的归纳总结向心力的影响因素，利用好数据也是教师需要正确引导的，对实验数据和结果的合理分析，也体现了科学态度与责任。
丰富的内容，鲜活的实例，不仅体现了学科价值，更丰富了育人价值。学生不仅仅学会了物理知识，更建立了物理观念，培养着物理思维，实践着探究精神，这一切都为物理核心素养的提升起到了积极的促进作用。
学习过程
一、本单元学习进阶设计
学习是对某一主题的思考和认识不断丰富、精致和深入的一个过程。学习过程也是一个不断积累，不断发展的过程，在学生学习的起点和终点之间，设立不同的中间水平，把知识学习的过程变为由简单到复杂、由单一知识到知识网络的过程，继而促进思想与方法、知识与能力的达成。
学生在学习必修第一册后，已经初步掌握了矢量运算方法、极限法、比值法、微元法、观察法、实验法、控制变量法等物理学常用方法，以及运动与相互作用的观念，依据本单元学习内容、学情分析、学习目标要求、重难点，设计如下图所示的学习进阶，帮助学生成功地完成圆周运动单元的学习。
二、学习过程设计说明
1.层级：建立圆周运动模型
进阶基础是学生已经掌握了直线运动的特征和平抛运动的特征。什么是圆周运动呢？圆周运动又有什么特点呢？同样是曲线运动和我们之前所学抛体运动有什么区别与联系呢？
【活动设计案例】
观看图片以及游乐场飞椅的视频，观察图一钟表分针与时针、图二摩天轮、图三中电扇扇叶运动轨迹的特点。
活动目的：学生体验圆周运动，体会圆周运动的特点，感知圆周运动与直线运动、平抛运动的不同。体验建立物理模型的过程，帮助学生把现实中的运动转化成物理模型，丰富机械运动的种类，促进物理思维的发展。
2.层级：掌握描述匀速圆周运动的物理量
进阶起点是知道了圆周运动模型。之前所学的物理量是否可以全面地描述匀速圆周运动，描述圆周运动的物理量之间又有什么关系，这是摆在学生面前的新课题。L2层级的主要任务是在建立起匀速圆周运动模型的基础上，清楚知道线速度、角速度、周期等物理量的物理意义和内涵，以及各个物理量之间的关系，最关键的是为什么要引入这些物理量，和描述直线运动的物理量区别与联系。通过匀速圆周运动描述方法的建立，让学生学会用数学工具对物理问题进行描述，促进对方法的深刻理解。
【活动设计案例一】
请同学们回忆并说出必修第一册中哪些物理量的定义运用了比值法。
活动目的：变讲授为体验感知，变重结论为重研究过程，变知识渗透为方法渗透。
【活动设计案例二】
把常见的自行车拿到教室，将自行车后轮架起，转动脚踏板，观察大齿轮和小齿轮边缘上的点哪个转得更快，同一齿轮上到转轴不同距离的点，哪个运动得更快。
活动目的：体会在描述圆周运动时候，有的时候要考虑运动的快慢，有的时候要考虑转动的快慢，这两种描述“快慢”的方法从不同角度对圆周运动进行表达，使被研究的问题更加全面。
【活动设计案例三】
如图所示，摩天轮直径为110m，做匀速圆周运动的摩天轮边缘处的线速度是0.2m/s，匀速转动的摩天轮角速度是多少？摩天轮周期是多少？
活动目的：加深对描述匀速圆周运动的物理量的理解，熟知各个物理量之间的关系。
通过上述学习活动，学生很自然地完成对圆周运动模型的简单的认知到对圆周运动的准确描述的过渡，由一般认识到深入理解的过渡，由定性描述到定量描述的过渡。学生知道了数学工具对物理问题描述的重要性，进一步完成学习的进阶。
3.层级：知道向心力的表达式
进阶起点是已经习得描述圆周运动的物理量，并且学生已经知道物体做圆周运动时速度要发生变化，而速度的变化需要力的作用的这一物理学根本观点。但是这个力的作用大小如何，方向如何，作用效果如何，正是本层级要达到的学习目的。
【活动设计案例一】
请同学观察实验，如图所示，在细线的作用下小球做圆周运动，当烧断细线后小球在光滑水平面上做什么运动。
活动目的：学生通过观察烧断细线前后小球运动轨迹的变化，得出结论。小球做圆周运动时细线对小球产生拉力，小球在拉力的作用运动状态发生变化，并且能感受到拉力的方向指向圆心。
【活动设计案例二】
同学们根据自己的理解组内交流向心力大小可能与哪些因素有关，并且设计实验来验证自己的猜测，以组为单位发言总结。
活动目的：猜想、设计实验是高一年级学生的学习短板，用想一想、说一说、议一议的方法，提高学生对问题猜想的全面性，也可以促进学生小组学习的深入，促进沟通能力的提高。
利用体验式实验、小组合作学习等方法得出向心力大小的影响因素，顺利地完成本阶进阶任务。本阶的进阶过程强化了实验、控制变量法等物理思想，通过科学探究学生体会到科学研究中相互合作的必要性，提升了科学探究和科学态度与责任素养。
4.层级：向心加速度
进阶起点是学生已经习得圆周运动中向心力，牛顿第二定律的学习，学生知道力是使物体产生加速度的原因，矢量运算法则等，这些知识都为顺利完成本层级进阶提供了基础。向心加速度知识相对抽象，设置好进阶活动，全面、深刻理解向心加速度就变得水到渠成了。
【活动设计案例一】
由图片引出，天宫二号空间实验室在轨飞行时，可认为它绕地球做匀速圆周运动。尽管线速度大小不变，但方向却时刻变化，因此，它运动的加速度一定不为
0。那么，该如何确定它在轨飞行时加速度的方向和大小呢？
活动目的：由问题引入，使得本节课研究目的更直接，可以集中精力破解一个难度较大的知识点。
【活动设计案例二】
直接点题，力是使物体产生加速度的原因，匀速圆周运动的物体受到的合力指向圆心，向心力也应该与加速度相对应，我们把这个加速度叫作向心加速度。
活动目的：直接提出向心加速度的概念，继而利用牛顿第二定律推导出向心加速度的大小。采用类比法，知识上形成递进关系，加深理解促进概念形成，深化理解牛顿第二定律不仅仅适用于直线运动还适用于曲线运动。
【活动设计案例三】
思考题，自行车的大齿轮、小齿轮、后轮的半径不一样，它们的边缘有三个点A、B、C，如图所示。其中哪两点向心加速度的关系适用于“向心加速度与半径成正比”，哪两点适用于“向心加速度与半径成反比”？
活动目的：强化对向心加速度的全面认识。
【活动设计案例四】
回忆加速度的定义式，思考速度变化率的含义，回顾微元法和矢量运算方法。
活动目的：把直线运动中的速度变化，转化为曲线运动中的速度变化，利用微元法明晰在一小段时间内速度的变化指向圆心这一重要结果，并利用数学方法推导向心加速度的表达式，与运用牛顿第二定律方法推导向心加速度的方法进行比较。
用牛顿第二定律和运动学方法推导向心加速度大小表达式。用牛顿第二定律推导的方法难度不大容易理解，由力过渡到加速度，由向心力过渡到向心加速度，需要知识迁移。由加速度定义式入手，运用运动学推导向心加速度表达式，需要较强的矢量运算知识、极限法等做基础，数学方法要求多，但严谨的推导，更适合基础较好、学习能力强的学生。设置合理的进阶活动，培养学生逻辑思维，继而达到进阶的目的。
5.L5层级：生活中的圆周运动
进阶起点学生已经初步理解匀速圆周运动的向心力、向心加速度的知识，学生清楚知道圆周运动是一种常见的运动形式，广泛存在生活中。
【活动设计案例一】
分析汽车转弯过程中向心力的来源，并且分析汽车在雨雪路面转弯时，为什么要降速慢行。
【活动设计案例二】
火车在转弯的时候不能像汽车一样，不能借助轮胎与路面的摩擦力产生向心加速度，那么火车转弯的原理又是什么呢？展示图片，现实生活中，火车轮缘的图片。
【活动设计案例三】
汽车过桥时，可以把汽车的运动看作是圆周运动，对汽车通过拱桥和凹面桥的受力进行分析，利用牛顿第二定律得出汽车通过桥面最高点和最低点处对桥面的压力大小与汽车重力的大小关系。
活动目的：三个活动案例的分析，得出圆周运动存在向心力作用，受力分析和向心力方程是解决圆周运动问题最好的方法。
【活动设计案例四】
可以把地球看作是一个巨大的拱形桥，桥面可以看作是地球的半径。讨论：当汽车通过这个巨大的“路面”时候的速度越来越大，驾驶员与座椅之间的压力会怎么变化？深入讨论，当汽车速度达到一定程度时，汽车是否可以脱离地面，这时候汽车驾驶员的感受如何呢？
【活动设计案例五】
问题讨论：有人认为航天器失重的原因是因为离地球太远，从而失去地球引力作用。
活动目的：释疑解惑，上述两个活动案例都充分说明了正是由于地球引力的作用，才使得航天器有可能绕地球做匀速圆周运动，也进一步验证了失重并不是失去了重力这个重要结论。同时也为下一单元，宇宙航行一节提出如何发射一颗人造卫星奠定了基础。
【活动设计案例六】
观看洗衣机甩干衣物的视频。
活动目的：分析产生离心运动的力学基础，知道如何利用离心运动解决实际问题，也能知道离心运动带来的不利的一面和避免方法。
大量的纷繁复杂的运动，每一种情况都不完全一样，无论是哪一种，有多么复杂，都需要我们把实际问题转化为物理问题。学生通过活动学会分析方法，学会解决实际问题，在知识学习的过程中提升素养，也就很好地完成进阶任务。
通过本章的学习，掌握圆周运动概念与规律，更掌握圆周运动分析方法和解决实际问题的方法。学生把物理课程中习得的物理概念、物理规律和科学思维运用于解决问题的实践中。本章进阶过程既是物理概念进阶，更是推理、归纳能力的进阶；既是物理规律的进阶，更是科学思维能力的进阶；既是观察、交流能力的进阶，更是科学探究能力的进阶。通过学习进阶，提升物理观念，增强探究意识，提高实践能力和探究本领，促进物理学科核心素养的提升。