【新教材精创】6.1 圆周运动 教学设计（1）-人教版高中物理必修第二册

第六章　圆周运动 第1节　圆周运动 圆周运动是高中阶段学生必须掌握的较为复杂的曲线运动，从前后联系看，它是在学生学习了平抛运动知识后接触的又一种具有鲜明个性特点的运动形式，为今后学习天体的运动、卫星的运动以及带电粒子在洛仑兹力作用下的圆周运动做好知识和方法上的准备。 物理观念：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。 科学思维：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，知道它与一般曲线运动的关系 科学探究：运用极限法理解线速度的瞬时性。 科学态度与责任：通过观察、实验及探究、交流与讨论等学习活动，培养学生尊重客观事实、实事求是的科学态度。 1、教学重点：线速度、角速度概念的建立 2、教学难点：线速度与角速度之间的区别和联系 多媒体、视频片断 【新课导入】 展示一些物体的圆周运动情景，，要求学生观察物体运动的轨迹形状以及物体运动的快慢是否变化。 【新课内容】 一、描述圆周运动快慢的物理量 如图所示，自行车的大齿轮、小齿轮、后轮是相互关联的三个转动部分，行驶时，这三个轮子上各点在做圆周运动。那么，哪些点运动得更快些？也许它们运动得一样快？ 行驶中的汽车轮子，公园里的“大转轮”，自行车上的各个转动部分。日常生活和生产实践中做圆周运动的物体可以说是“举不胜举”。同学们所列举的这些做圆周运动物体上的质点，哪些运动得较慢?哪些运动得更快？我们应该如何比较它们运动的快慢呢？下面就请同学们对自行车上的各个转动部分，围绕“思考与讨论”中提出的问题，前后每四人一组进行讨论 1、线速度 圆周运动的快慢可以用物体通过的弧长与所用时间的比值来量度。 如图所示，物体沿圆弧由M向N运动，某时刻t经过A点。为了描述物体经过A点附近时运动的快慢，可以从此时刻开始，取一段很短的时间Δt，物体在这段时间内由A运动到B，通过的弧长为Δl。比值反映了物体运动的快慢，把它称为线速度（linear velocity），用v表示。 （1）定义 做圆周运动的物体，通过的弧长与所用时间的比值，叫做圆周运动的线速度。 （2）公式 根据定义有： （1）[来源:学科网ZXXK] 线速度也有平均值与瞬时值之分。如果所取的时间间隔很小很小，这样得到的就是瞬时线速度。 还有一点应该注意。当Δt足够小时，圆弧AB几乎成了直线，AB弧的长度与AB线段的长度已经没有差别，此时，Δl也就是物体由A到B的位移。因此，这里的v实际上就是我们在直线运动中已经学过的瞬时速度，不过现在用来描述圆周运动的快慢而已。为了区别于下面将要学习的角速度，命名时在速度的前面加了一个“线”字。 （3）方向 线速度是矢量，图中物体在A点的线速度的方向就是AB位移的方向，显然，当Δt很小时，该方向是和半径OA垂直的，即和圆弧相切。前面曾讲到曲线运动的方向与轨迹相切，这里的结论是与前面一致的。 线速度的方向沿圆周上该点的切线方向。 线速度就是圆周运动的瞬时速度。用来描述做圆周运动质点的运动快慢和方向。 （4）单位 在SI制中，线速度的单位为m/s。 匀速圆周运动的线速度方向是在时刻变化的，因此它仍是一种变速运动，这里的“匀速”是指速率不变。 质点做匀速圆周运动时，在相等的时间里通过的圆弧长度相等。匀速圆周运动的平均线速度和瞬时线速度大小相等。线速度的公式为量度式。 【讨论】匀速圆周运动的线速度是恒量吗？ 匀速圆周运动是一种非匀速运动，因为线速度的方向在时刻改变，所以匀速圆周运动的线速度不是恒矢量。 2、角速度 物体做圆周运动的快慢还可以用它与圆心连线扫过角度的快慢来描述。 如图所示，物体在Δt时间内由A运动到B，半径OA在这段时间内转过的角为Δθ。它与所用时间Δt的比值，描述了物体绕圆心转动的快慢，这个比值称为角速度（angular velocity），用符号ω表示。 （1）定义 做圆周运动的物体，与圆心连线扫过角度的和所用时间的比值，叫做圆周运动的角速度。 （2）公式[来源:学科网] 根据定义有： （2） （3）角速度的单位 角速度的单位由角的单位和时间的单位决定。在国际单位制中，时间的单位是秒，而角的单位，大家自然会想到“度”，然而在国际单位制中，角的量度使用另一个单位──弧度。 如图所示，圆心角θ越大，它所对的圆弧的弧长l越长，二者成正比。因此可以用弧长与半径的比值表示角的大小。例如，图中弧长是0.12 m，半径是0.1 m，那么 ＝1.2 弧长与半径的单位都是米，在计算二者之比时要消掉。为了表达的方便，我们“给”θ一个单位：弧度（radian），用符号rad表示。这样，上面计算得到的角θ就是1.2弧度，记为θ＝1.2 rad。 对于周角，用角度量是360°，用弧度量是多少？ 弧度不是通常意义上的单位，所以，带单位计算时，不要把“rad”或“弧度”代到算