６.4生活中的圆周运动 教学设计-2024-2025学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

本文围绕人教版必修第二册“生活中的圆周运动”展开，承接圆周运动等知识背景，为万有引力与航天奠基。通过分析火车转弯等实例，强化学生运动与相互作用观念，提升科学思维、探究能力及科学态度与责任。 本设计以旅游串联各环节为亮点，采用多种教学方法，借助自制教具。既为教师提供清晰授课路径，又能提升学生批判性思维，有效增强课堂互动性，突破向心力来源等教学难点。

人教版（2019）必修第二册 第六章 圆周运动教学设计 6.4《生活中的圆周运动》 【教学内容分析】 《生活中的圆周运动》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，课程标准要求为：能用牛顿第二定律分析匀速圆周运动的向心力；了解生产和生活中的离心现象及其产生的原因。 《生活中的圆周运动》是本章的最后一节，是在学生学习了圆周运动、向心力、向心加速度之后的一节应用课，本课内容是圆周运动有关知识的生活实例应用，是牛顿第二定律的重要应用之一，本节课的学习有助于了解物理学的特点和研究方法，体会物理学在生活中的应用以及对社会发展的影响，这一节既是本章关于圆周运动的总结，同时又为下一章的万有引力与航天的知识打下基础，有着承上启下的重要作用。 本节内容丰富，教材选的例子都很有特点，很有代表性，与生活紧密联系，有学生易于观察的火车弯道，汽车过拱形桥和凹形路面的例子，还分析了航天器中的完全失重状态和离心运动现象，既有水平面内的匀速圆周运动，也有竖直面内的圆周运动；从地上的圆周运动到天上的圆周运动，既能引起学生观察和探究的浓厚兴趣，又能帮助学生感受物理规律的统一性。 本节通过对这些现象中圆周运动进行分析，逐步掌握处理圆周运动的基本方法，确立圆周运动的轨迹、半径和圆心等物理量，根据圆心位置确定向心加速度方向，根据受力分析，确定向心力来源，建立力与运动联系的方程，培养学生的物理建模能力。 【学情分析】 学生在前面的学习中，已经能用牛顿第二定律求解直线运动、恒力作用下的 曲线运动和圆周运动的一些问题，对运动与相互作用观有了初步的认识。本章前 面的学习学生已经对圆周运动有了较为清晰的认识，但对于向心力及向心加速度 的理解仍需要提高，对于生活中有关圆周运动的知识还缺乏较深的理解。同时高 中学生思维活跃，求知欲强，他们很希望参与到课堂中来，自主的解决问题。 【教学目标与核心素养】 物理观念：（1）知道如果一个力或几个力的合力的效果是使物体产生向心 加速度，它就是圆周运动的物体所受的向心力，会在具体问题中分析向心力的来 源。 （2）能理解运用匀速圆周运动的规律分析和处理生产和生活中的具体实例。 （3）知道向心力和向心加速度的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。 科学思维：（1）通过对匀速圆周运动的实例分析，渗透理论联系实际的观点， 提高学生分析和解决问题的能力。 （2）通过匀速圆周运动的规律也可以在变速圆周运动中使用，渗透特殊性 和一般性之间的辩证关系，提高学生的分析能力。 （3）通过对离心现象的实例分析，提高学生综合应用知识解决问题的能力。 科学探究：(1)通过车轮模型有助于学生理解轮缘和轨道的结构，凹凸桥实 验是在理论分析的基础上进行实验，把超失重不易显现的现象转化为容易显现的 现象。 (2)通过离心运动的应用和防止的实例分析．使学生明白事物都是一分为二 的，要学会用一分为二的观点来看待问题。 科学态度与责任：养成良好的思维表述习惯和科学的价值观，善于将所学知 识运用于解决实际问题。 【教学重难点】 重点：（1）理解向心力是一种效果力。 （2）在具体问题中能确定什么力提供向心力，并结合牛顿运动定律 求解有关问题。 难点：（1）具体问题中向心力来源的确定。 （2）圆周运动临界问题的讨论和分析。 （3）对变速圆周运动的理解和处理。 【教学方法】 教师启发引导与演示实验相结合，并辅以问题法、演示法、归纳法等多种教学方法。 【教学准备】 自制火车车轮、凹凸桥演示器、离心机械模型、手摇离心转台、多媒体课件。 【设计思路】 以旅游串联各教学环节 第一站 金寨的天堂寨 以交通工具的选择分析火车转弯和汽车转弯 第二站 霍山的佛子岭水库 以经过的路面分析汽车过凹形路面和拱形桥 第三站 六安的航天科普基地 分析航天器中的失重现象 第四站 舒城的万佛湖 以小吃中的棉花糖分析离心运动 【教学过程设计】 教学 教师活动 学生活动 设计意图 环节 展示并介绍天堂寨的优美风景，由交通工具的选 观看图片 由旅游线索串联教学 新课 择，引出火车转弯的教学。 环节，激起学生的学习 兴趣 引入 一、火车转弯 观察、思考 借助模型、图片，创设 1、通过自制模型的展示，介绍铁轨和车轮结构， 情境消除陌生抽象感， 并进行人文教育。 增强直观认识 第一站：2、分析火车的转弯问题： （1）分析圆周运动的一般思路: 分析 ①确定对象 水平 小组代表： 面内 ②找到轨道平面，确定圆心和半径 1.画出受力分析 圆周 图。 运动 ③受力分析，确定向心力的来源 2.分析向心力的通过情景分析，层层设 ④建立力与运动联系的方程 来源 问激疑，使得学生的思 维动起来，体现教师主 3、分析火车转弯内外轨一样高时向心力的来源 导，学生主体地位。 4、分析火车转弯外轨高于内轨且两轮轮缘与内 v2 mg tan m 0 r 外轨间均无作用力时向心力的来源，并求出火车 转弯的规定速度。 规定速度v0 3.思考讨论问题 gr tan 根据计算结果让学生 设火车转弯时实际速度为 v 理解为什么火车转弯 时运行速度有限制。 （1） 若v gR tan 轮缘受到外轨向内的弹力 （2） 若v gR tan 轮缘受到内轨向外的弹力 5、简单分析汽车在倾斜路面转弯时向心力的来 源。 课件展示佛子岭水库图片，简单介绍景区特点， 由沿途经过的凹形路面引出汽车过凹形路面的 最低点和凸形桥最高点的向心力来源分析。 二、汽车过凹形路面和拱形桥 逐渐渗透学会应用物 1、汽车过凹形路面最低点 理知识和规律，科学分 FN-mg=mv2/R 析问题的方法和步骤， 培养严谨的思维，提高 得到 解决问题的能力。 学生在练习本 第二站： FN=mg+mv2/R>mg 上独立画出汽 分析 由牛顿第三定律知汽车对桥的压力大于其所受 车的受力图，推 导出汽车对桥 竖直 重力，即处于超重状态。 面内 面的压力，学生 圆周 而且通过路面最低点时速度越大，车子所受的 代表发言． 运动 支持力的越大，易导致爆胎。 2、汽车过拱形桥最高点 通过分析认识到汽车 过拱形桥属于失重现 mg-FN=mv2/R 象，过凹路面属于超重 得到 现象，并通过演示实验 将抽象的物理知识转 FN=mg-mv2/R<mg 化为直观的现象，增强 由牛顿第三定律知汽车对桥的压力小于其所受 对知识的理解。 重力，即处于失重状态。 4 / 11 而且通过路面最高点时速度越大，车子所受的支 通过视频直观展示超 持力的越小。当达到v = gR时，汽车对桥面完 速行驶的危害，教育学 全没有压力，汽车“飘离”桥面。当汽车的速度 生行车安全。 大于这个速度时，就会发生汽车飞出去的现 象．用视频展示车子飞出去的情况． 用凹凸桥演示器向学生展示汽车通过拱形桥最 将抽象的概念转化为 学生观察实验具体实验现象，学生易 高点的失重现象和通过凹形桥最低点的超重现 于理解和接受 象。 现象 图片展示六安悠然南溪内的科普研学基地，基 地内可以参观和体验精彩的航天世界，提出问 题：真实环境下航天器内的航天员处于什么状 通过生活中实例延伸 态？ 引出航天器中失重现 第三站： 三、航天器中的失重现象 象的教学 思考与讨论：地球可以看做一个巨大的拱形 分析 桥，桥面的半径就是地球的半径 R=6400km,地面 学生独立分析 对车的支持力是零时，车子的速度达到多少？ 航天 以上提出的问 解答：若地面对车的支持力恰好为零，那么 器中 题，并在练习本 的失 车的重力提供向心力，即 mg＝mv2/R，所以 上画出受力分 重现 v = gR=6.4×106×9.8 m/s 通过实例分析，让学生 ＝7.9×103 m/s＝7.9 km/s. 析图，尝试解答 象 了解到航天器中的失 “思考与讨论”中描述的情景其实已经实现，不 重现象．学习知识的同 过不是在汽车上，而是在航天器中。 时激发学习物理学的 兴趣 当宇宙飞船距地面高度为 100〜200km 做匀速圆 周运动时，它的轨道半径近似等于地球半径 R， 航天员受到的地球引力近似等于他在地面受到 的重力 mg，那么航天员受到座舱对他的支持力为 多少？ 通过整体法对宇宙飞船受力分析，并运用牛顿第 引导学生间交 二定律可解得宇宙飞船的速度为 Rg ，再对宇 流、讨论 直观教学，让学生更容 航员进行分析可得．此时座椅对宇航员的支持力 易去理解完全失重现 为零．即航天员处于完全失重状态． 象，激发学习物理学的 兴趣． 游览万佛湖，不但可以欣赏自然风光，还可以品 尝当地的特色美食，由棉花糖的制作引出离心运 动的教学。 四、离心运动 培养学生观察生活的 第四站： 良好品质，培养学生发 先介绍匀速圆周运动中的“供”“需”关系， 现问题、解决问题的主 动求知的意识． “供需相等”时物体做匀速圆周运动，“供需不 分析 相等”时，物体就不再做匀速圆周运动。 离心 运动 1、离心运动：做匀速圆周运动的物体，在所受合力突然消失，或者不足以提供圆周运动所需的 通过离心运动的应用 向心力的情况下，就做逐渐远离圆心的运动，这 和防止的实例分析．使 种运动叫做离心运动。 学生在老师的学生明白事物都是一2、离心运动应用:（1）洗衣机脱水桶（2）离心 引导下列举生分为二的，要学会用一 甩干（3）棉花糖机（4）血液离心机（5）无缝 活中的离心运分为二的观点来看待 钢管 动的应用和防问题止的实例 3、离心运动的防止：①汽车拐弯时限速②高速旋 转的飞轮、砂轮的限速 直观展示，激发学习兴 用多媒体课件展示离心运动的应用和防止的图 趣 片。 观看图片 4．生活中的圆周运动 一、铁路的弯道 1．讨论火车转弯时向心力的来源 2．外轨高于内轨时火车转弯的向心力仅由重力与支持力的合力提供时的规定速度。二、拱形桥和凹形路面 课堂 小结 1．汽车过凹形路面最低点的超重分析。 2．汽车过拱形桥最高点时的失重分析。 三、航天器中的失重现象 四、离心运动 1．离心现象的分析与讨论． 2．离心运动的应用和防止． 课后 1、完成教材 P38-39“练习与应用”第 1、2、3、4、5 题； 作业 2、课后活动：制作水流星。 〖教学反思〗 作为圆周运动规律的应用课，本节课内容丰富，实例具体而又有特点，既有水平面内的 匀速圆周运动（转弯问题），也有竖直面内的圆周运动（凹凸桥问题），最后还从动力学的 角度分析了离心现象及其原因。为了增强课堂教学的趣味性，本节课以六安几大景点为主线 串联教学各环节，通过对各环节的实例和现象中圆周运动的分析，让学生逐步掌握处理圆周 运动的基本方法：确立圆周运动的轨迹、半径和圆心等物理量，根据圆心位置确定向心加速 度方向，根据受力分析，确定向心力来源，建立力与运动联系的方程。通过情境探究、问题 引导、启发互动等方式培养了学生的物理建模能力，强化了运动与相互作用观。 7 / 11 学习任务单 班级： 姓名： 课程基本信息 课 题 《生活中的圆周运动》 学习目标 学习目标：（1）能分析火车轨道转弯处外轨比内轨高的原因。 （2）能定量分析汽车过拱形桥最高点和凹形路面最低点的压力问题。 （3）知道航天器中的失重现象。 （4）观察生活中的离心现象，知道离心运动产生的原因，了解离心运动在生活中的应用及危害。 重难点：（1）具体问题中向心力来源的确定。 （2）圆周运动临界问题的讨论和分析 课前学习任务 1. 预习课本 2. 完成预习学案 课上学习任务 【学习任务一】 活动 1：火车转弯 1、通过实物模型介绍铁轨和车轮的结构 2、向心力来源 （1）内外轨一样高时，向心力是由 提供的。 （2）外轨高于内轨时，火车车轮与轮缘间无作用力时火车的规定速度 Vo= 8 / 11 若火车实际运行速度 V>Vo,则轮缘与 轨道间有作用力； 若火车实际运行速度 V<Vo,则轮缘与 轨道间有作用力。 （3）简单分析汽车在外高内低公路转弯时的向心力来源。 【学习任务二】 活动 2：汽车过凹形路面和拱形桥 （1）汽车过凹形路面最低点时 汽车受到的力有： 动力学方程： 求得压力 FN mg，说明汽车过桥最低点时处于 状态。 （2）汽车过凸形桥面最高点时 汽车受到的力有： 动力学方程： 求得压力 FN mg，说明汽车过桥最低点时处于 状态。 【学习任务三】 活动 3：航天器中的失重现象 航天器在贴近地面做匀速圆周运动时向心力由 提供，由地球半径 R 可求得航天器的速度 V= ，航天器内的航天员受到座椅的作用力 FN= ，说明航天员处于 状态. 【学习任务四】 活动 4：离心运 动 （1）匀速圆周运动的供需关系 提供物体做匀速圆周运动的力 F 由 决定； 匀速圆周运动物体需要的向心力 F 向= ， 由 决定。 若提供的力等于所需的向心力，物体将做 运动。 9 / 11 （2）离心运动的条件： 离心运动的应用： 离心运动的防止： 课后学习任务 1、完成教材 P38-39“练习与应用”第 1、2、3、4、5 题 2、课后活动：制作水流星 10 / 11 学科网（北京）股份有限公司 $$