6.1 圆周运动 教学设计-2025-2026学年高一下学期物理人教版必修第二册

一、单元学习主题分析（体现学习主题的育人价值） 单元主题 从运动描述到规律探究——圆周运动的物理本质 学科核心素养细化 一、物理观念 1. 运动与相互作用观念 （1）理解匀速圆周运动的线速度、角速度、周期、转速等物理量的物理意义及相互关系，建立描述曲线运动的基本框架。 （2）能结合牛顿第二定律，分析圆周运动中向心力的来源（如绳/杆的拉力、摩擦力、万有引力等），认识“力是改变运动状态的原因”。 （3）区分“匀速圆周运动”与“变速圆周运动”的本质差异（加速度方向是否指向圆心），理解向心加速度只改变速度方向、切向加速度改变速度大小。 2. 能量观念 能分析圆周运动中机械能的变化（如竖直平面内的圆周运动中动能与势能的转化），结合动能定理解决实际问题。 二、科学思维 1. 模型建构 （1）建立“匀速圆周运动”理想模型，忽略次要因素（如空气阻力），突出“速率不变、轨迹为圆周”的核心特征。 （2）将复杂圆周运动（如圆锥摆、汽车过拱桥）简化为“向心力由合力提供”的基本模型，提炼解题思路。 2. 科学推理与论证 （1）通过数学推导（如矢量差分析、微元法）得出向心加速度公式，体会逻辑推理在物理规律发现中的作用。 （2）对比“离心运动”与“向心运动”的条件（合力与所需向心力的大小关系），通过因果推理分析现象本质。 3. 科学论证与质疑 能对“火车弯道设计”“航天器失重现象”等实际问题进行科学解释，用物理规律反驳错误观点（如“离心力是真实存在的力”）。 三、科学探究 1. 问题提出与方案设计 针对“向心力大小与哪些因素有关”提出猜想（如质量、半径、角速度），设计实验方案（如控制变量法）。 2. 实验操作与数据处理 （1）通过实验测量，收集数据并绘制图像，归纳向心力公式 （2）分析实验误差来源，提出改进方案。 3. 合作与交流 在小组探究中分工协作，讨论实验现象与结论，能用科学语言表述探究成果。 四、科学态度与责任 1. 科学本质与好奇心 通过“圆周运动在天体运行、交通工具、体育竞技（如链球）中的应用”，体会物理规律的普适性，激发探索自然的兴趣。 2. 科学态度与责任 （1）认识“离心现象的危害与应用”（如洗衣机脱水、汽车限速），树立安全意识与科学使用技术的责任感。 （2）通过“牛顿发现万有引力与圆周运动的联系”等科学史，体会科学研究的艰辛与严谨，培养实事求是、勇于质疑的科学精神。 主题概述 一、核心概念 1. 描述圆周运动的物理量 （1）线速度（v）：表示质点沿圆周运动的快慢，矢量（方向沿切线），。 （2）角速度（）：描述质点绕圆心转动的快慢，矢量，。 （3）周期（T）、转速（n）：周期为转动一周的时间，转速为单位时间内的圈数，。 （4）向心加速度（a）：方向指向圆心，改变速度方向，大小。 2. 动力学核心规律 （1）向心力（F）：使物体做圆周运动的合力，方向指向圆心，。 （2）离心运动：当合力不足以提供所需向心力时，物体远离圆心的运动，应用与危害并存（如脱水机、汽车侧翻）。 二、内容呈现方式 1. 从生活情境引入 （1）通过实例（如旋转的雨伞、摩天轮、行星公转）激发认知冲突，引导学生思考“物体为何能做圆周运动”。 （2）实验演示：用绳拉小球做圆周运动，感受拉力与运动状态的关系。 2. 数学工具与物理模型结合 （1）用矢量运算（微元法）推导向心加速度公式，体现“数学是物理的语言”。 （2）建立匀速圆周运动模型（忽略切向加速度）和变速圆周运动模型（如竖直平面内的圆周运动，需分析切向和法向合力）。 3. 跨学科与实际应用 联系天文学（万有引力提供向心力，推导天体质量、轨道速度）、工程学（桥梁弯道设计、航天器失重），体现物理的实用性。 三、教学过程设计 1. 概念建构阶段 活动1：对比直线运动与圆周运动，讨论“如何描述圆周运动的快慢”，引入线速度、角速度。 活动2：通过齿轮传动、皮带传动模型，分析“共轴转动”与“边缘传动”的v、关系（如齿轮齿数与转速成反比）。 2. 规律探究阶段 （1）实验探究：用向心力演示器探究F与m、r、 的关系（控制变量法），归纳。 （2）理论推导：利用牛顿第二定律分析典型场景（如汽车过凸桥、圆锥摆），明确向心力的来源（重力、支持力、拉力的合力）。 3. 应用与拓展阶段 案例分析： （1）临界问题：绳/杆模型中物体通过圆周最高点的最小速度（如“水流星”实验）。 （2）离心运动：分析洗衣机脱水原理、汽车急弯侧滑的原因，强化“物理指导安全”的意识。 四、评价方法 1. 过程性评价 （1）课堂观察： 能否用物理量描述圆周运动（如区分线速度与角速度的物理意义）。 （2）实验报告：在“探究向心力因素”实验中，是否掌握控制变量法和数据处理技巧。 （3）小组讨论：能否解释生活中的圆周运动现象（如“为什么自行车转弯时要倾斜车身”）。 2. 终结性评价 （1）纸笔测试： 基础题：计算匀速圆周运动的向心加速度、向心力（如已知半径和周期）。 综合题：结合机械能守恒分析竖直面内的圆周运动（如小球摆至最低点时的拉力）。 （2）项目式学习：设计“过山车轨道最低点安全速度”方案，提交物理建模报告。 五、育人价值 1. 科学思维与方法 （1）培养模型建构能力：从实际问题中抽象出匀速圆周运动模型，体会物理简化的智慧。 （2）强化数学工具应用：通过矢量微分、公式推导，感受逻辑推理的严谨性。 2. 科学态度与责任 （1）科学与技术的关联：通过离心机械、天体运动等案例，认识物理规律对技术创新的推动作用（如离心分离技术、卫星轨道设计）。 （2）安全与社会意识：结合交通场景（如弯道限速、桥梁承重），树立“用物理知识保障安全”的社会责任感。 3. 跨学科融合与人文素养 （1） 链接历史：介绍牛顿通过圆周运动研究万有引力的历程，体会科学探索的连续性。 （2） 哲学思考：通过“运动与力的关系”深化辩证唯物主义观念，理解自然规律的统一性。 主题学情 分析 一、生活经验 学生对圆周运动现象有直观认知，如车轮转动、游乐场旋转设施等，但缺乏对物理本质（如向心力、向心加速度）的系统理解。数据显示，85%学生能列举3种以上圆周运动实例，但仅30%能初步关联“力与运动轨迹”关系。 二、知识基础 1. 已具备知识：掌握牛顿三大定律、曲线运动条件及运动合成与分解，能分析平抛运动受力与轨迹关系。 2. 衔接难点： （1）对“向心力是效果力”理解模糊，易与重力、弹力等性质力混淆（前测错误率60%）。 （2）从“直线运动加速度”过渡到“向心加速度方向变化”存在认知跨越，约45%学生初期认为“加速度大小变化导致圆周运动”。 三、活动与方法经验 1. 实验操作：熟悉用打点计时器研究直线运动，但对“匀速圆周运动线速度测量”（如光电门测转速）缺乏经验，需强化仪器使用指导。 2. 思维方法： （1）已掌握“控制变量法”（如探究加速度与力的关系），可迁移至“探究向心力与质量、半径、角速度的关系”实验。 （2）数学工具应用：能运用三角函数、矢量合成分析运动，但对“角速度ω与线速度v的微分推导”（如v = ωr）理解不足，需结合几何图形直观演示。 四、学习障碍与对策 1. 前概念干扰：部分学生认为“离心现象是因‘离心力存在’”，需通过离心实验（如旋转湿伞）对比分析，纠正错误认知。 2. 抽象思维挑战：向心加速度公式的推导，可借助“极限法”类比平抛运动瞬时速度分析，降低理解难度。 五、教学建议 1. 情境引入：结合生活案例（如汽车过弯、航天器变轨），用视频或模拟实验（如向心力演示器）激发探究兴趣。 2. 分层突破： （1）基础层：通过“圆锥摆实验”定量探究向心力表达式，强化“力-运动”因果关系。 （2）提升层：拓展“竖直面圆周运动临界问题”，联系机械能守恒综合分析，前测显示仅20%学生能独立推导绳模型临界速度，需分步拆解思路。 3. 数据驱动：利用课堂实时答题数据（如平板互动），针对性解决共性错误（如向心力方向判断错误率40%时，即时复盘受力分析流程）。 学习条件 分析 一、硬件环境 1. 实验设备器材 向心力演示器、单摆装置、圆锥摆教具、光电门传感器、力传感器、细线、小球等。 2. 教室环境 （1）桌椅摆放：可分组摆放（便于小组合作实验）。 （2）黑板/白板：需预留推导公式、绘制受力分析图区域。 （3）多媒体设备：投影仪、电子白板（用于动态演示圆周运动轨迹）。 二、数字资源与工具 1. 软件工具 （1）仿真软件：如Desmos（绘制轨迹图像）。 （2）数据处理：Excel 2. 网络平台 （1）在线学习平台：如“国家中小学智慧教育平台”（资源库）。 （2）虚拟实验室：如“牛客实验”“仿真秀”（可模拟无实物条件下的圆周运动实验）。 三、其他要求 1. 网络环境：教室需覆盖Wi-Fi。 2. 安全提示：实验器材需提前检查（如细线承重、传感器校准），避免离心实验中物体飞出。 单元知识 结构图 二、单元学习目标设计（基于标准、分析教材、结合学情、体现素养导向） 单元学习目标及素养要求 一、物理观念：建立圆周运动的基本认知 学习目标 1. 理解圆周运动的描述物理量（线速度 v、角速度ω、周期 T、转速 n、向心加速度 a）及其相互关系（如 v = ωr、）。 2. 识别匀速圆周运动与变速圆周运动的本质区别（加速度方向是否指向圆心）。 3. 能分析生活中圆周运动实例的向心力来源（如汽车转弯的静摩擦力、圆锥摆的合力、卫星绕地球的万有引力）。 素养要求 1. 能用物理语言解释圆周运动现象（如“为什么洗衣机脱水桶高速旋转能甩干衣物”）。 2. 建立“力是改变运动状态的原因”的观念，明确向心力是效果力，而非独立性质的力。 二、科学思维：模型建构与逻辑推理 学习目标 1. 掌握“匀速圆周运动”模型的建构条件（合力大小不变、方向始终指向圆心）。 2. 运用牛顿第二定律推导向心力公式（），并能结合能量守恒分析竖直平面圆周运动（如绳球模型、杆球模型）。 3. 分析临界问题（如过山车过最高点的最小速度、汽车过拱桥的失重现象）。 素养要求 1. 能通过“控制变量法”分析多变量问题（如比较不同半径、角速度下的向心加速度大小）。 2. 用“极限思维”理解圆周运动中瞬时速度方向（切线方向）和加速度方向（指向圆心）。 三、科学探究：实验设计与数据处理 学习目标 1. 设计实验测量圆周运动的周期或角速度（如用光电门测匀速圆周运动的周期、用手机秒表记录旋转物体转速）。 2. 通过实验探究向心力与质量、半径、角速度的关系（如用圆锥摆或向心力演示器进行定量分析）。 3. 能分析实验误差来源（如摩擦阻力、测量时间的误差），并提出改进方案。 素养要求 1, 经历“猜想—设计—验证—结论”的探究流程，提升动手操作和协作能力。 2，用图像法处理数据（如绘制图像，验证 ）。, 四、科学态度与责任：联系实际与科学应用 学习目标 1. 关注圆周运动在科技中的应用（如离心机械、航天器变轨、自行车转弯原理）。 2. 体会物理规律在解释自然现象中的作用（如行星绕恒星运动的轨道分析、潮汐现象与圆周运动的关联）。 3. 通过小组讨论或查阅资料，分析“过度离心运动的危害”（如车辆超速转弯易侧翻的原因）。 素养要求 1. 形成“物理服务于生活”的意识，能用科学知识评估实际问题中的风险（如旋转机械的安全转速限制）。 2. 激发对航天、机械等领域的探索兴趣，树立科学价值观。 五、分层素养进阶路径 1. 基础层：能识别圆周运动物理量，计算简单情境下的向心力（如水平圆盘上物体的受力）。 2. 进阶层：能综合牛顿定律与能量守恒，分析竖直面圆周运动的临界问题（如绳球最高点速度）。 3..拓展层：能将圆周运动规律应用于复杂情境（如卫星椭圆轨道的近地点/远地点分析）。 通过以上目标，学生不仅掌握圆周运动的知识体系，更能在建模、探究、应用中提升物理核心素养，形成用科学思维解决实际问题的能力。 叙写课时学习目标（聚焦课时内容，具体、可操作、可检测，学习符合学科要求） 学习目标解析（明确各学习目标达成之后，学生的具体表现和评价方式） 第1课时 第一节 圆周运动（1） 1. 认识圆周运动、匀速圆周运动的特点，了解描述圆周运动快慢的基本思路，了解转速和周期的意义。 2. 理解线速度和角速度的物理意义，能在具体情境中确定线速度和角速度。 学生表现： 1. 能准确说出个物理量的定义、公式及单位。 2. 理解匀速圆周运动的运动性质。 3. 通过例题训练，可以正确选择公式求解线速度、角速度及周期。 评价方式： 1. 课堂提问：随机提问概念定义，观察学生回答的准确性。 2. 例题练习：布置计算类题目，检查公式应用和单位是否正确。 3. 小组讨论：对比“匀速直线运动”与“匀速圆周运动”的异同，评价逻辑表达能力。 第2课时 第1节 圆周运动 （2） 1.掌握线速度和角速度的关系，角速度与转速、周期的关系。 2. 能在具体的情景中确定线速度和角速度与半径的关系。 学生表现： 1. 能推导线速度与角速度的关系，并解释半径对两者的影响。 2. 学生能够自主分析传动装置中各点的线速度、角速度的关系。 评价方式： 1. 案例讨论：让学生分析传动装置中主动轮、被动轮上各点的线速度、角速度的关系，评价学生对知识的理解能力。 2. 例题练习：布置计算类题目，检查学生应用能力。 第3课时 第2节 向心力 （1） 1. 理解向心力的概念，知道它的命名方式。 2. 会分析向心力的来源。 学生表现 1. 能区分“向心力”是效果力，会分析向心力的来源。 2. 通过习题训练，能用牛顿第二定律分析计算简单情境中的向心力。 评价方式： 1. 课堂提问：随机提问向心力的相关概念，检验学生掌握情况。 2. 案例分析：通过对常见模型分析，总结物体做圆周运动向心力来源的分析方法，检查学生实践能力。 第4课时 第二节 向心力（2） 1. 定性感知向心力的大小与什么因素有关。 2. 学会使用向心力演示器。探究向心力与质量、角速度、半径的定量关系。 3. 知道变速圆周运动和一般曲线运动的分析方法。 学生表现： 1. 通过一些生活情境，初步感知向心力的大小和哪些因素有关。 2. 通过实验，用控制变量法探究匀速圆周运动向心力的大小与半径、角速度、质量的关系。 3. 通过归纳，掌握变速圆周运动和一般曲线运动的分析方法。 评价方式： 1. 实验操作：分组完成“向心力演示仪”进行实验，评价物理方法的使用、数据记录和误差分析能力。 2. 小组讨论：总结向心力的大小与半径、角速度、质量的定量关系，评价实验数据处理能力。 3. 例题练习：通过例题训练，评价使用向心力公式解决实际问题的能力， 第5课时 第三节 向心角速度 1. 知道匀速圆周运动中向心加速度大小的表达式。 2. 知道向心加速度和线速度、角速度的关系式，并会根据情境选择合适的表达式来进行简单的计算。 3. 了解分析匀速圆周运动速度变化量时用到的极限思想。 学生表现： 1. 能说明向心加速度方向始终指向圆心，与速度方向垂直。 2. 通过矢量三角形推导向心加速度公式，理解极限法的思想。 3. 能分析不同情境下（如汽车过弯道、圆锥摆）向心加速度的来源。 评价方式： 1. 推导展示：请学生板演公式推导过程，评价逻辑连贯性。 2. 案例分析：给出具体情境（如“同一转盘上不同半径处的加速度”），提问学生并观察分析思路。 3. 分层作业：基础题检验公式应用，拓展题（如推导周期与加速度关系）评价高阶思维。 第6课时 第四节 生活中的圆周运动（1） 1. 理解火车转弯的原理，会分析向心力的来源。 2. 会计算火车转弯的规定速度，会分析内外轨受挤压情况。 掌握汽车水平路面转弯的向心力来源，以及高速路面转弯向心力的来源。 学生表现： 通过“火车和汽车安全过弯速度”的实例，建立物理模型并求解实际问题。 评价方式： 案例讨论：分析“火车轨道和高速公路弯道设计”，评价理论联系实际的能力。 第7课时 第四节 生活中的圆周运动（2） 1. 会分析汽车过拱形桥问题。 2. 会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。 学生表现： 1. 会使用牛顿第二定律分析汽车过拱形桥问题。 2. 能联系其他情境解决竖直平面的圆周运动问题。 评价方式： 1. 案例讨论：分析汽车通过拱形前问题，评价理论联系实际的能力。 2. 开放题解答：提出如何计算汽车通过桥面最高点或最低点的速度，鼓励多角度思考并展示解题过程。 第8课时 第四节 生活中的圆周运动（3） 1. 知道航天器中的失重现象及其本质。 2. 明确离心运动的本质是什么。 3. 会处理实际情景中的离心运动，会判断物体做离心运动和近心运动。 学生表现： 1. 分析航天器在轨道运行时的失重状态，理解向心加速度与重力加速度的关系。 2. 能解释离心运动的条件（合外力不足提供向心力），举例说明其应用与危害。 评价方式： 1. 案例讨论：通过分析“洗衣机脱水原理”，评价理论联系实际的能力。 2. 小组讨论：通过小组合作交流，总结离心运动和近心运动的本质。评价学生的归纳能力。 三、单元学业质量标准（基于标准，立足主题，结合学情，设计评价） 一、核心素养导向的评价目标 1. 物理观念 （1）理解圆周运动的核心概念（线速度、角速度、向心加速度、向心力等）及其相互关系。 （2）能识别生活中的圆周运动实例（如汽车过弯、圆锥摆、卫星环绕等），并能用物理观念解释现象。 2. 科学思维 （1）掌握“模型建构”方法（如质点、匀速/变速圆周运动模型）。 （2）能运用牛顿定律、能量守恒等推导向心力公式，分析临界问题（如绳球、杆球模型）。 3. 科学探究 （1） 能设计实验测量圆周运动的角速度或周期（如用光电门测匀速圆周运动周期）。 （2）分析数据时能识别误差来源，评估实验方案的合理性。 4. 科学态度与责任 关注圆周运动在科技中的应用（如离心机械、天体运动），体会物理与生活的联系。 二、分层次学情评价设计 1. 基础层（合格性评价） 评价重点：概念理解与公式基本应用 达标表现： （1）能写出线速度与角速度的关系式（v = ωr）、向心加速度公式（）。 （2）能分析水平圆盘上物体随盘转动时的向心力来源（静摩擦力）。 （3）能计算匀速圆周运动的周期、转速等基本物理量。 2. 进阶层（等级性评价） 评价重点：综合分析与科学思维 达标表现： （1） 能比较不同轨道卫星的线速度、周期与轨道半径的关系（，）。 （2）能解决“绳-球”模型中最高点临界速度问题（），并分析张力变化。 （3）能结合能量守恒，分析过山车过圆环轨道的机械能转化问题。 3. 拓展层（创新与实践） 评价重点：科学探究与实际应用 达标表现： （1）设计实验：用手机秒表测量旋转雨伞水滴的周期，估算边缘线速度。 （2）项目式任务：调研“离心脱水机”的工作原理，撰写原理分析报告（含受力示意图）。 四、反馈与改进 1. 针对基础薄弱学生：通过动画演示（如Flash模拟匀速圆周运动）突破“向心加速度方向始终指向圆心”的抽象理解。 2. 针对进阶学生：提供航天科技前沿案例（如嫦娥卫星变轨），引导用圆周运动规律分析轨道变化。 通过多层次评价，既落实课程标准要求，又关注学生差异，促进核心素养进阶。 四、各课时任务设计及学习活动（指向学习目标，强调学生的活动与体验） 第 1 课 时 任务1 任务：实验观察 内容： （1）展示钟表指针、摩天轮、秋千、自行车的图片，观察它们的运动有什么共同特点？有什么不同之处？ （2） 观察电扇叶片转动情况。 目的：初步认识圆周运动。 任务2 任务：小组讨论 内容： （1）讨论描述圆周运动快慢时需要引入的物理量有哪些？ （2）讨论线速度和角速度的物理意义。 目的：引入描述圆周运动的相关物理量。 任务3 任务：成果展示 内容：小组组长展示本小组讨论结果。 目的：检验学生本节知识点掌握情况。 第 2 课 时 任务1 任务：实验观察 内容：选择电扇开关的不同档位观察电扇叶片转动，思考周期和转速的关系。 目的：引入转速和周期的概念。 任务2 任务：公式推导 内容：让学生推导线速度和角速度的关系，角速度与转速、周期的关系。 目的：加深学生对物理公式的理解和应用能力。 任务3 任务：案例分析 内容：让学生分析传动装置中主动轮、被动轮上各点的线速度、角速度的关系， 目的：学会解决皮带轮传动装置的相关问题。 第 3 课 时 任务1 任务：情境讨论 内容：一个小球在细线的牵引下，绕光滑桌面上的图钉做圆周运动时，用剪刀将细线剪断，观察小球的运动。讨论使小球做圆周运动的力指向何方？ 目的：初步感知向心力。 任务2 任务：情景分析 内容：分析“绳拉小球”“圆锥摆”等情境，小组讨论向心力的施力物体和方向。 目的：认识向心力，知道它的命名方式。 任务3 任务：问题解决 内容：展示常见物理模型，分析向心力的来源。 目的：让学生掌握分析向心力来源的方法。 第 4 课 时 任务1 任务：分组实验 内容：用向心力演示器，探究向心力与质量、角速度、半径的定量关系。 目的：学会使用向心力演示器。 任务2 任务：课堂讨论 内容：通过实验得到了怎样的实验结果？根据已有知识，还能写出怎样的表达式？ 目的：使用控制变量法得出向心力的表达式。 任务3 任务：情境讨论 内容：仔细观察运动员掷链球时的动作，结合手握绳子使沙袋加速运动。 目的：总结变速圆周运动和一般曲线运动的受力特点。 任务4 任务：问题解决 内容：例题训练，学生上黑板进行演示解题过程。 目的：让学生熟练掌握使用向心力公式解决实际问题的方法。 第 5 课 时 任务1 任务：理论探究 内容：用矢量图分析速度变化量，小组讨论加速度方向（指向圆心）。 目的：初步感知向心加速度的方向。 任务2 任务：微元法推导 内容：学生观看动画演示。 目的：用微元法推导向心加速度公式，教师引导关键点。 任务3 任务：模型构建 内容：对比直线运动和圆周运动加速度差异，绘制思维导图总结。 目的：了解分析匀速圆周运动速度变化量时用到的极限思想。 第 6 课 时 任务1 任务：模型构建 内容：观看火车转弯视频，绘制受力图。 目的：推导轨道倾角与速度的关系。 任务2 任务：数据计算 内容：给定弯道半径，计算合理限速，小组展示计算过程。 目的：知道火车转弯时需要规定时速的意义。 任务3 任务：拓展思考 内容：讨论“汽车在水平路面和倾斜路面转弯”现象，用牛顿定律解释。 目的：知道汽车转弯时需要规定时速的意义。 第 7 课 时 任务1 任务：模型构建 内容：观看汽车过拱形桥视频，绘制受力图，分析在最高点和最低点时对桥面的压力情况。 目的：学会使用牛顿第二定理进行分析。 任务2 任务：拓展思考 内容：讨论“汽车过凹桥时超重”现象，用牛顿定律解释。 目的：熟练掌握汽车过拱形桥的解题方法。 任务3 任务：问题解决 内容：例题训练，学生上黑板进行演示解题过程。 目的：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。 第 8 课 时 任务1 任务：思考与讨论 内容：让学生观看航天器中失重现象的视频。 目的：总结航天器中的失重现象及其本质。 任务2 任务：视频分析 内容：观看“洗衣机脱水”“砂轮切割”“汽车打滑”等视频。 目的：解释离心运动原理。 任务3 任务：拓展讨论 内容：.讨论“高速公路弯道限速”“旋转机械防护”的原因。 目的：明确一些安全设施的物理意义。 任务4 任务：设计任务 内容：小组设计“离心分离器”方案，画出原理图并说明工作原理。 目的：认识并掌握离心运动的本质。 五、单元学习评价设计（自评、教师或同伴对学生的评价，指向学习目标的达成） （备注：方案2） 评价要素 方案2：针对单元整体描述 评价内容 1. 知识理解：圆周运动概念（线速度、角速度、周期等）、向心力公式、向心加速度推导。 2. 技能应用：分析匀速/变速圆周运动问题、临界条件判断、与牛顿定律综合建模。 3. 科学思维：物理模型建构（如圆锥摆、竖直平面圆周运动）、逻辑推理、误差分析。 4. 实验探究：测量圆周运动参数（如探究向心力大小实验）。 评价指标 1. 知识掌握：公式记忆准确性、概念辨析清晰度（如线速度与角速度关系）。 2. 问题解决：能正确受力分析、选择合适公式求解实际问题（如车辆转弯、航天器变轨）。 3. 实验操作：仪器使用规范性、数据记录完整性、实验结论合理性。 4. 科学表达：解题过程逻辑连贯性、实验报告撰写规范性。 评价方法 1. 形成性评价： （1）课堂提问、小组讨论表现（观察法）。 （2）作业完成质量（如圆周运动临界问题计算）。 （3）实验操作过程评分（如学会使用向心力演示器）。 2. 终结性评价： （1）单元测试（含选择、计算、实验题，如竖直平面圆周运动临界速度计算）。 （2）项目式任务（如设计“过山车轨道最低高度”方案并答辩）。 赋值方法 1. 分数赋值（以100分制为例） （1）知识掌握：30分（单元测试中概念题占比）。 （2）问题解决：40分（综合计算题分值）。 （3）实验探究：20分（实验操作+报告）。 （4）科学表达：10分（解题步骤完整性、报告逻辑性）。 2. 等级标准 A 能灵活运用公式解决复杂问题，实验误差<5%。 B 掌握基础公式，能解决常规问题，实验误差<10%。 C 能识别基本概念，完成简单计算，实验数据基本合理。 D 概念混淆，无法独立完成基础计算，实验操作不规范。 说明：可结合学生自评、互评（如小组实验互评表）及教师评价，采用多元化赋分，突出过程性与核心素养导向。 六、单元作业设计 第六章 圆周运动章末检测 姓名：___________ 班级：___________ 基础巩固 一、选择题 1．关于圆周运动，下列说法中正确的是（　　） A．圆周运动可能是匀速运动 B．圆周运动可能是匀变速曲线运动 C．圆周运动一定是非匀变速运动 D．圆周运动加速度可能不变 2．下面关于向心力的叙述中，错误的是（　　） A．向心力的方向始终沿着半径指向圆心，所以是一个变力 B．做匀速圆周运动的物体，除了受到别的物体对它的作用力外，还一定受到一个向心力的作用 C．向心力可以是重力、弹力、摩擦力中的某个力，也可以是这些力中某几个力的合力，或者是某一个力的分力 D．向心力只改变物体速度的方向，不改变物体速度的大小 3. 物体做匀速圆周运动的条件是( ) A. 物体有一定的初速度，且受到一个始终和初速度垂直的恒力作用 B. 物体有一定的初速度，且受到一个大小不变，方向变化的力的作用 C. 物体有一定的初速度，且受到一个方向始终指向圆心的力的作用 D. 物体有一定的初速度，且受到一个大小不变，方向始终跟速度垂直的力的作用 4．如图所示，一圆盘可绕过圆盘的中心O且垂直于盘面的竖直轴转动，在圆盘上放一小木块A，它随圆盘一起运动——做匀速圆周运动，则关于木块A的受力，下列说法中正确的是（　　） A．木块A受重力、支持力和向心力 B．木块A受重力、支持力和静摩擦力，摩擦力的方向与木块运动方向相反 C．木块A受重力、支持力和静摩擦力，摩擦力的方向指向圆心 D．木块A受重力、支持力和静摩擦力，摩擦力的方向与木块运动方向相同 5．有关圆周运动的基本模型如图所示，下列说法正确的是（　） A．图甲中火车转弯超过规定速度行驶时，内轨对轮缘会有挤压作用 B．图乙中汽车通过拱桥的最高点时处于超重状态 C．图丙中若摆球高相同，则两锥摆的角速度就相同 D．图丁中同一小球在光滑圆锥筒内的不同位置做水平匀速圆周运动时角速度相同 6．如图所示，铁路在弯道处的内外轨道高低是不同的，已知内外轨组成的轨道平面与水平面的夹角为θ，弯道处的圆弧半径为R，若质量为m的火车以速度v通过某弯道时，内外轨道均不受侧压力作用，下面分析正确的是（　　） A． B．若火车速度小于v时，外轨将受到侧压力作用，其方向平行轨道平面向内 C．若火车速度大于v时，外轨将受到侧压力作用，其方向平行轨道平面向外 D．无论火车以何种速度行驶，对内侧轨道都有压力 二、实验题 .7. 用如图所示的装置可以探究做匀速圆周运动的物体需要的向心力的大小与哪些因素有关。 (1)本实验采用的科学方法是_______ A.控制变量法　B.累积法 C.微元法 D.放大法 (2)图示情境正在探究的是_______ A.向心力的大小与半径的关系 B.向心力的大小与线速度大小的关系 C.向心力的大小与角速度大小的关系 D.向心力的大小与物体质量的关系 (3)通过本实验可以得到的结论是_____ A.在质量和半径一定的情况下，向心力的大小与角速度成正比 B.在质量和半径一定的情况下，向心力的大小与线速度的大小成正比 C.在半径和角速度一定的情况下，向心力的大小与质量成正比 D.在质量和角速度一定的情况下，向心力的大小与半径成反比 三、解答题 8. 如图所示的传动装置中，B、C两轮固定在一起绕同一轴转动，A、B两轮用皮带传动，三轮半径关系是rA＝rC＝2rB.若皮带不打滑，求A、B、C轮边缘的a、b、c三点的角速度之比和线速度之比. 9. 质量为25kg的小孩坐在秋千上，小孩离系绳子的横梁2.5m。如果秋千板摆到最低点时，小孩运动的速度大小是5m/s，求此时她对秋千板的压力是多大？ 10. 长为L的细线，下端拴一质量为m的小球，上端固定，让小球在水平面内做匀速圆周运动，如图所示，细线与竖直方向成θ角时，求：(重力加速度为g) (1)细线上的拉力大小； (2)小球运动的线速度的大小． 能力提升 1、 选择题 1. 如图所示，一球体绕轴O1O2以角速度ω匀速旋转，A、B为球体表面上两点，下列说法正确的是(　　) A．A、B两点具有相同的角速度 B．A、B两点具有相同的线速度 C．A、B两点的向心加速度的方向都指向球心 D．A、B两点的向心加速度大小之比为2∶1 2. “天宫二号”空间站绕地球做匀速圆周运动,下列说法正确的是(　　)。 A.可以用天平测量物体的质量 B.可以用水银气压计测舱内的气压 C.可以用弹簧测力计测拉力 D.在空间站内将物体挂于弹簧测力计上,弹簧测力计示数为零,但物体仍受地球的引力作用 3．如图所示，两根长度相同的细线分别系有两个完全相同的小球，细线的上端都系于O点。设法让两个小球均在水平面上做匀速圆周运动。已知跟竖直方向的夹角为60° ，跟竖直方向的夹角为30°，下列说法正确的是（　　） A．细线和细线所受的拉力大小之比为 B．小球和的角速度大小之比为3：1 C．小球和的向心力大小之比为1：3 D．小球和的线速度大小之比为3：l 4．一个内壁光滑的圆锥筒的轴线垂直于水平面，圆锥筒固定不动，有两个质量相同的小球A和B紧贴着内壁分别在图中所示的水平面内做匀速圆周运动，则(　　) A．球A的线速度必定等于球B的线速度 B．球A的角速度必定小于球B的角速度 C．球A的运动周期必定小于球B的运动周期 D．球A对筒壁的压力必定大于球B对筒壁的压力 5．如图一辆试验车过拱桥，车的质量为800kg，桥的半径为20m。下列说法正确的是（　　） A．汽车以20m/s的速度过桥顶时恰好对桥没有压力而腾空 B．随着车速的增加车对桥的压力逐渐减小 C．对于同样的车速，拱桥圆弧的半径越大越安全 D．在过桥过程中有经验的司机可以控制汽车做匀速运动 6. 如图所示,光滑水平面上,小球m在拉力F作用下做匀速圆周运动。若小球运动到P点时,拉力F突然消失,关于小球运动情况的说法正确的是(　　)。 A.小球在离心力的作用下将沿轨迹Pa做离心运动 B.小球在离心力的作用下将沿轨迹Pb做离心运动 C.小球在离心力的作用下将沿轨迹Pc做离心运动 D.小球将沿轨迹Pa做离心运动,但并不受离心力的作用 二、实验题 7．(1)某同学用图示装置研究平抛运动及其特点，他的实验操作是：在小球A、B处于同一高度时，用小锤轻击弹性金属片，使A球水平飞出，同时B球被松开。他观察到的现象是：小球A、B______（填“同时”或“不同时”）落地；让A、B球恢复初始状态，用较大的力敲击弹性金属片，A球在空中运动的时间将______（填“变长”、“不变”或“变短”）； (2).探究向心力大小F与小球质量m、角速度ω和半径r之间关系的实验装置如图所示，转动手柄，可使变速塔轮、长槽和短槽随之匀速转动。皮带分别套在塔轮的圆盘上，可使两个槽内的小球分别以不同角速度做匀速圆周运动。小球做圆周运动的向心力由横臂的挡板提供，同时，小球对挡板的弹力使弹簧测力筒下降，从而露出测力筒内的标尺，标尺上露出的红白相间的等分格数之比即为两个小球所受向心力的比值。已知小球在挡板A、B、C处做圆周运动的轨迹半径之比为1：2：1。 （a）在这个实验中，利用了_______（选填“理想实验法”“等效替代法”或“控制变量法”）来探究向心力的大小与小球质量m、角速度ω和半径r之间的关系； （b）探究向心力的大小与圆周运动半径的关系时，应选择两个质量_______（选填“相同”或“不同”）的小球，分别放在挡板C与______（选填“挡板A”或“挡板B”）处，同时选择半径______（选填“相同”或“不同”）的两个塔轮； （c）当用两个质量相等的小球做实验，调整长槽中小球的轨道半径是短槽中小球半径的2倍，转动时发现左、右标尺上露出的红白相间的等分格数之比为1：2，则左、右两边塔轮的半径之比为________。 三、解答题 8. 如图所示，长L=0.4m、质量可忽略的硬杆，其一端固定于O点，另一端连有质量m=1kg的小球，它绕O点做竖直平面内的圆周运动， （1）若小球通过最高点时，杆对小球的作用力为零。求小球在最高点时速度大小； （2）若小球以速度v=4m/s通过最高点时，求杆对小球的作用力的大小和方向。 9. 一个大轮通过皮带拉着小轮转动，皮带和两轮之间无滑动，大轮的半径是小轮的2倍，大轮上的一点S与转动轴的距离是半径的，当大轮边上P点的向心加速度是12 cm/s2时，大轮上的S点和小轮边缘上的Q点的向心加速度分别为多大？ 10. 一细绳与水桶相连，水桶中装有水，水桶与细绳一起在竖直平面内做圆周运动，如图所示，水的质量m＝0.5 kg，水的重心到转轴的距离l＝50 cm.(g取10 m/s2) (1)若在最高点水不流出来，求桶的最小速率；(结果保留三位有效数字) (2)若在最高点水桶的速率v＝3 m/s，求水对桶底的压力大小． 拓展训练 1、 选择题 1. 竖直固定的锥形漏斗内壁是光滑的，内壁上有两个质量相等的小球A和B，在各自不同的水平面内做匀速圆周运动．以下关于A、B两球做圆周运动时的线速度(vA、vB)、角速度(ωA、ωB)、加速度(aA、aB)和对内壁的压力(FNA、FNB)的关系式正确的是(　　) A．vA>vB B．ωA>ωB C．aA>aB D．FNA>FNB 2．如图所示，用长为L的细绳拴着质量为m的小球在竖直平面内做完整的圆周运动，重力加速度为g。则下列说法正确的是（ ） A．小球在圆周最高点时所受向心力一定为小球重力 B．小球在最高点时绳子的拉力不可能为零 C．小球在最低点时绳子的拉力一定大于小球重力 D．小球在最高点的速率至少为 3. 如图所示，长为L的悬线固定在O点，在O正下方处有一钉子C，把悬线另一端的小球m拉到跟悬点同一水平面上无初速度释放，小球到最低点悬线碰到钉子的瞬间，则小球的（　　） A．线速度突然增大 B．角速度突然增大 C．向心加速度突然增大 D．向心力突然增大 4. 如图所示，自行车的大齿轮与小齿轮通过链条连接，而后轮与小齿轮绕共同轴转动。设大齿轮、小齿轮和后轮的半径分别为r1、r2、r3，在它们的边缘分别取一点A、B、C，设A点的线速度大小为v，则下列关系正确的是（　　） A． B点的线速度大小为v B． C点的线速度大小为v C． B点的角速度大小为 D. C点的角速度大小为 5. 无缝钢管的制作原理如图所示,竖直平面内,管状模型置于两个支承轮上,支承轮转动时通过摩擦力带动管状模型转动,铁水注入管状模型后,由于离心作用,紧紧地覆盖在模型的内壁上,冷却后就得到无缝钢管。已知管状模型内壁半径R,则下列说法正确的是(　　)。 A.铁水是受到离心力的作用才覆盖在模型内壁上的 B.模型各个方向上受到的铁水的作用力相同 C.管状模型转动的角速度ω最大为 D.若顶部的铁水恰好不离开模型内壁,此时仅由重力提供向心力 6．如图，半径R=0.45m圆形管道固定在水平面上，管口直径很小。在内管壁的最低点连接着一个斜面，斜面倾角为=。直径略小于管口直径的小球A，以一定的水平速度进入管道，从管道的最高点飞出后做平抛运动，经过0.2s后刚好垂直落在斜面上。已知小球质量为m=1kg，重力加速度g取10m/s2，不计空气阻力，下列说法正确的是（　　） A．小球从管道最高点飞出时的速度为1.5m/s B．小球在管道最高点受到的弹力大小为5N，方向竖直向上 C．小球在斜面上的落点与圆心等高 D．小球做平抛运动的竖直位移与水平位移之比为2：3 二、实验题 7.．如图所示为某课题小组设计的探究圆周运动向心力的实验装置。有机玻璃支架上固定一个直流电动机，电动机转轴上固定一个半径为的塑料圆盘，圆盘中心正下方用细线连接一个重锤，圆盘边缘连接细绳，细绳另一端连接一个小球。实验操作如下： ①利用天平测量小球的质量，记录当地的重力加速度的大小； ②闭合电源开关，让小球做如图所示的匀速圆周运动，调节激光笔2的高度和激光笔1的位置，使激光笔1射出的激光束竖直、激光笔2射出的激光束水平，并让激光都恰好照射到小球的中心，水平激光束与竖直细线的交点为； ③当小球第一次到达点看到反射光时开始计时，并记录为1次，最后记录小球次到达点的时间； ④切断电源，待小球停止转动，设法用刻度尺测量点到竖直激光束的距离和点到塑料圆盘的距离； ⑤改变质量、转速、绳长或半径等物理量，重启电源，如上所述反复多次实验，并记录相关数据。全部结束后，整理器材。 请回答下列问题： (1)下列说法正确的是___________ A． 小球运动的周期为 B． 小球运动的线速度大小为 C． 小球运动的向心力大小为 D． 若电动机转速增加，激光笔1、2应分别左移、升高 (2)该小组换用较长的细绳连接同一个小球做第二次实验，调整转动的角速度，但使小球转动的半径保持不变。第二次实验跟第一次实验相比，角速度___________，小球做圆周运动所受的向心力___________（均选填“变大”、“变小”或“不变”）。 (3)某次实验中，若已测出、，，，，取3.14，通过计算可知当地重力加速度大小应为________（结果保留3位有效数字）。 三、解答题 8．长为L=0.2m的细线，拴一质量为m=1kg的小球（看作质点），一端固定于O点，让其在水平面内做匀速圆周运动（这种运动通常称为圆锥摆运动），如图所示，当摆线L与竖直方向的夹角为θ=时，g取10m/s2；求： (1)线的拉力F； (2)小球运动的线速度的大小； (3)小球运动的角速度。 9．如图甲所示，长为L=3m的传送带以速v0=6m/s顺时针匀速转动，其左端A点与一个四分之一光滑圆轨道连接，轨道半径R=0.8m；右端B与一个倾角为30°的斜面连接，B点到地面的高度为H=1.8m。小滑块从光滑圆轨道高h处静止释放，到达A点时的速率v与下落高度h的关系如图乙所示。已知小滑块质量为m=2kg，与传送带之间的动摩擦因数为，重力加速度g取10m/s2，求： （1）若滑块从h=0.5m处静止释放，则物块到达A点时对轨道的压力； （2）若物块从B点水平飞出后恰好到达斜面底端C点，则滑块从B点飞出的速度多大？ （3）滑块从不同高度h静止释放时，滑块在空中做平抛运动的时间。 10．如图所示，一个竖直放置的圆锥筒可绕其中心轴'转动，筒内壁粗糙，筒口半径和筒高分别为和，筒内壁点的高度为筒高的一半，内壁上能静止放置着一个质量为的小物块，，求： (1)当筒不转动时，物块静止在筒壁点受到的摩擦力和支持力的大小； (2)当物块在点随筒做匀速转动，且其所受到的摩擦力为零时，筒转动的角速度； (3)若圆锥筒以第(2)问求得的角速度的两倍做匀速圆周运动，且物块在点与圆锥筒仍相对静止，此时物块所受的摩擦力。 学科网（北京）股份有限公司 $