“圆周运动”问题探究式教学案例，本文主要内容关键词为：圆周运动论文,案例论文,式教学论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
一、教材分析
圆周运动课是作为曲线运动的一个特殊运动模型而安排的，它的典型性强，且可向多方面拓展，是电学学习的基础，因此本节内容有承前启后的作用。教材首先定义什么叫圆周运动，接着列举日常生活中的圆周运动，让学生去体会和感悟圆周运动；然后通过讨论与交流给出匀速圆周运动的定义，并指出匀速圆周运动是最简单的圆周运动；经历观察与思考后，从描述匀速圆周运动的快慢的角度引入线速度、角速度以及周期、频率、转速等概念；最后推导出线速度、角速度、周期间的关系。各个知识点按知识点的形成过程有机地联系在一起，因此，这节课编排的目的是：
第一，让学生通过生活实例和课堂演示实验，增加感性认识，改变想当然的错误观念，这要求在课堂教学中必须精心设计实验，用事实战胜假象，帮助学生建立正确的物理概念和模型；
第二，让学生体会物理学的基本研究方法，即通过实验来探索物理规律。
二、教法分析
通过生活实例（齿轮转动或皮带传动装置）或多媒体资料，让学生切实感受到做圆周运动的物体有运动快慢与转动快慢及周期之别，有必要引入相关的物理量加以描述。学习线速度的概念，可以根据匀速圆周运动的概念（结合课件）引导学生认识弧长与时间比值保持不变的特点，进而引出线速度的大小与方向。同时应向学生指出线速度就是物体做匀速圆周运动的瞬时速度。学习角速度和周期的概念时，应向学生说明这两个概念是根据匀速圆周运动的特点和描述运动的需要而引入的。即物体做匀速圆周运动时，每通过一段弧长都与转过一定的圆心角相对应，因而物体沿圆周转动的快慢也可以用转过的圆心角与时间比值来描述，由此引入角速度的概念。又根据匀速圆周运动具有周期性的特点，物体沿圆周转动的快慢还可以用转动一圈所用时间的长短来描述，为此引入了周期的概念。讲述角速度的概念时，不要求向学生强调角速度的矢量性。在讲述概念的同时，要让学生体会到匀速圆周运动的特点：线速度的大小、角速度、周期和频率均保持不变。
三、教学目标分析
1.知识与技能
(1)了解物体做圆周运动的特征。
(2)理解线速度的概念，知道它是描述物体做匀速圆周运动快慢的物理量。理解描述匀速圆周运动快慢的物理量还有角速度和周期，会用它们的公式进行计算。
(3)理解线速度、角速度、周期之间的关系
。
2.过程与方法
(1)联系日常生活中所观察到的各种圆周运动的实例，找出共同特征。
(2)联系生活中常见的现象，通过演示实验的观察，引导学生归纳、总结描述物体做圆周运动快慢的方法，进而引出描述物体做圆周运动快慢的物理量：线速度
、角速度
；周期T、转速n等。
(3)探究线速度与周期之间的关系
，结合
，导出υ=rω。
3.情感态度与价值观
(1)经历观察、分析总结及探究等学习活动，培养学生尊重客观事实、实事求是的科学态度。
(2)通过亲身感悟，使学生获得对描述圆周运动快慢的物理量（线速度、角速度、周期等）以及它们相互关系的感性认识。
4.教学重点、难点
线速度、角速度、周期的概念及物理意义以及它们之间的联系。
四、教学过程设计
1.中心问题引入设计
【体验】生活中的圆周运动：如钟表指针的运动；转动的电风扇上各点的运动和车轮的运动；齿轮转动或皮带传动装置等（展示图片或视频）。
【讨论与交流】同学们还见过或经历过哪些圆周运动？你对圆周运动有什么认识？这些物体的运动有哪些特征？（生：游乐场里的摩天轮，车轮的转动，月球绕地球的运动，地球及各个行星绕太阳的运动等。运动轨迹是一个圆）
【引入】直线运动可用位移、速度和加速度等物理量来描述，这些量能不能用来描述圆周运动的快慢呢？
【月—地“对话”】月亮绕地球运动，地球绕太阳运动，这两个运动都可看作是圆周运动，请看下面地球和月亮的“对话”，地球说：你怎么走得这么慢？我绕太阳运动1 s要走29.79 km，你运动1 s才走1.02km，但月亮说：不能这样说吧？你一年才绕一圈，我27.3天绕了一圈，到底谁转得慢呢？
【提出问题】地球是从什么角度说它比月亮快？月亮是从什么角度说它比地球快？它们的说法是“错了”还是“不完整”？
【观察与思考】请同学们仔细观察自行车车轮转动时车轮上某一点的运动，并思考下列问题：
(1)该点在经过一段时间t后，它在圆周轨道上的位置如何确定？
(2)如何判断该点在圆周轨道上的运动快慢？
(3)根据你的观察，能不能找出圆周运动区别于直线运动的最显著的运动特征？
学生猜想后回答：
(1)时间t内通过的路程，位移，半径转过的角度。
(2)单位时间内通过的圆弧长度，单位时间内半径转过的角度，单位时间内转动的圈数，转动一周所用的时间等。
(3)重复性和周期性。
【提出问题】在圆周运动中如何测量弧长呢？
【教师明示】在直线运动中用什么装置来研究物体的运动？（生：打点计时器）
【演示提问】用如图1所示的装置打出一条纸带，纸带上相邻点之间的距离反映了什么？纸带上相邻点之间的距离不同说明了什么？（生：纸带上相邻点之间的距离可以反映纸带通过的弧长，纸带上相邻点之间的距离不同（即弧长不同）说明物体运动的速度发生变化）
图1
【总结】圆周运动的快慢可以用单位时间内通过的圆弧长度来描述。
2.中心问题1：线速度
【板书】一、线速度：质点经过的圆弧长度△l与所用时间△t的比值，叫做圆周运动的线速度（简称速度）。公式为。
【提出问题】下雨天骑自行车的人，如果车子比较破旧及后面没有挡泥板，会看到有什么现象？（生：骑车人的后背上被甩上许多泥巴。原来是泥点飞出车轱辘的方向沿速度的方向导致的）
【观察与思考】旋转砂轮上的火星，旋转雨伞上的水滴。
图2
【板书】线速度方向：沿圆弧的切线方向。线速度表示圆周运动的瞬时速度，它是矢量即圆周运动的线速度方向是不断改变的。
【反思提问】地球为什么说它绕太阳运动比月亮绕地球快呢？（生：地球的线速度比月亮大）
【板书】线速度是描述圆周运动的运动快慢的物理量。
【提出问题】地球绕太阳运动在相等时间内转过的弧长有什么特点？（生：相等）月亮绕地球运动呢？（生：相等）生活中还有哪些物体的圆周运动与它们具有相同的特点？（生：匀速行驶的车轮边缘的各点、风扇的转动等）
【板书】质点在任何相同时间内，所通过的弧长都相等的圆周运动叫做匀速圆周运动。
【提出问题】匀速圆周运动中的“匀速”是指速度不变吗？（生：线速度方向是不断改变的，匀速圆周运动中的“匀速”是“匀速率”的意思）
【板书】匀速圆周运动是线速度的大小不变，但方向时刻改变。
3.中心问题2：角速度
【引入】地球绕太阳运动比月亮绕地球运动快是因为其线速度大，但地球绕太阳的转动比月亮绕地球的转动快吗？（生：月亮比地球转动得快，因为月亮“转过一圈所用的时间短”）
【观察与思考】当自行车车轮匀速转动时，根据线速度的定义，自行车同一根辐条的中点和端点线速度是否相同？（生：端点大）自行车每根辐条在相同时间内转过的角度是否相同？（生：相同）
【教师明示】同一根辐条上不同的点，其线速度大小不一样，但它们在相同时间内转动的角度却相同，就此认为端点快是不完整的。这就需要我们去思考：描述圆周运动的快慢，除了用线速度外还有其他的方法。
【板书】二、圆周运动物体转动快慢的描述
(1)角速度（ω）：质点所在半径转过的角度△θ与所用时间t的比值，叫做圆周运动的角速度。公式，单位rad/s（弧度／秒）。
(2)周期(T)：物体运动一周所用的时间叫周期，单位为s，物体在一个周期T内转过的角度为2π(rad)，即匀速圆周运动的物体的角速度可表示为。
(3)转速(n)：单位时间内转过的圈数。匀速圆周运动的物体ω=2πn，单位r/s或r/min。
【思考与讨论】估算高速公路上奔驰的豪华小轿车的车轮边缘的点与放在地球赤道平面上随地球一起自转的物体的线速度、角速度，比较谁快？（参考数据：
，地球半径只：6400km）
4.中心问题3：线速度、角速度的关系
【提出问题】用弧度来表示圆心角，圆心角及对应的圆弧、圆的半径的有何关系？（生：△l=r△θ）由线速度、角速度的公式如何推导线速度、角速度的关系？
【板书】三、线速度与角速度的关系。由△l=r△θ，可得
，即v=rω。
【问题情景】拍苍蝇与物理知识有关，市场上出售的苍蝇拍，把长约30cm，拍头长12cm，宽10cm。这种拍的使用效果往往不好，经常拍不到苍蝇。当把拍长增加到60cm，一般情况下一拍一个准，你能说出其中的道理吗？（生：角速度一定时，半径越大的点的线速度越大）
【提出问题】自行车的后轮上同一根辐条上的哪个点最快？（生：轮缘上的点最快）
5.中心问题4：传动装置中的点的线速度与角速度关系
【演示提出问题】观察录音机磁带结构和磁带主、从动轮的传动。观察主动轮绕过的磁带与从动轮绕过的磁带长度的关系。能说明什么问题？（生：长度相同，线速度相同）
图3
【追问】播放录音机时磁带有时候会绞带，为什么？（生：当压轴轮、主、从动轮的速度不一致时会绞带）
【板书】四、传动装置中的点的线速度与角速度关系。
(1)与不打滑的皮带装置相连的物体线速度相同。
(2)固定在一起绕同一轴转动的物体角速度相同，线速度与半径成正比。
【讨论与交流】
(1)观察自行车的大齿轮、小齿轮、后轮三个相互关联的转动部分的结构有何特点？（生：小齿轮与大齿轮用链条相连相当于皮带装置，后轮与小齿轮是同轴转动的物体）
图4
(2)如果以自行车架为参考系，行驶时，这三个轮子上各点在做匀速圆周运动。那么，哪些点运动得更快些？也许它们运动得一样快？（生：后轮轮缘运动得最快，小齿轮与后轮转动得一样快，都比大齿轮转动得快）
五、课堂教学的反思
本节内容概念多，需要说明的问题也比较多。因此本节课教学设计以问题与问题解决为主线，渗透科学探究的方法，营造了一个师生互动的和谐氛围，突出了学生的主体地位，使课堂教学井然有序。教学设计具有可操作性。问题的设计与引出体现层次性、循序渐进的原则，充分利用学生的生活经验，使用的问题具有挑战性。教学中注重了学生提问与反思能力的培养。教学中紧扣“自行车装置”这中心，为学生提供了各种各样的“新任务”，在不同的情境中呈现“变式”。通过知识的广泛应用纠正学生原有的错误认识和片面理解，在新问题的解决过程中优化学生的认知结构，发展学生的学习策略。