6.1 圆周运动 实验教学设计 2025-2026学年高一物理人教版必修第二册

该高中物理教学设计聚焦圆周运动的线速度和角速度概念，通过自制实验装置导入，先观察同一转动物体上不同点的轨迹，建立线速度概念，再连接皮带对比不同物体转角，建立角速度概念，为后续学习提供认知支架。 该资料亮点在于自制装置创新，用减速电机和平衡原理解决观察难、稳定性问题，结合控制变量法（科学思维）和实验探究（科学探究），通过彩笔轨迹和钢尺转角实例，帮助学生建立物理观念，培养科学态度，为教师提供可操作的创新实验方案，提升教学效果。

圆周运动创新实验教学设计 一、使用教材 本节选自人民教育出版社 2019 版物理必修第二册，第六章圆周运动，第一节 圆周运动。二、实验器材 自制实验装置所用器材：低压直流电源（5-8V），导线，开关，减速电机，皮带轮（2个），皮带，木条，薄木板，小钢尺（25cm），螺丝。 三、实验创新要点 （一）研究方法创新：控制变量法 1. 对比同一物体上不同点的运动快慢，建立线速度概念。 2. 对比不同物体上转动的快慢，建立角速度概念。 （二）实验仪器创新：自制仪器 3. 减速电机运用解决了小电机转速快不易观察，扭矩小等问题。 4. 转轴上安装尺子作为研究对象，聚焦圆周运动的局部，有利于学生的观察。 5. 平衡原理的运用解决了竖直面内圆周运动不稳定的问题。四、实验设计思路 圆周运动是比较复杂的运动形式，需要从线速度，角速度，周期和转速等多角度进行描述，而线速度、角速度、周期和转速之间又是相互联系的，讨论其相互关系是需要用到具体模型，采用控制变量法进行分析。对于线速度，角速度概念的建立也可以用控制变量法，用具体情景模型进行研究，学生基于观察和实验的数据建立概念，这样可降低学生对线速度角速度概念理解的难度。 五、实验教学核心素养目标 1. 物理观念：学生通过感性观察与实验所记录数据的理性分析，建立相同时间内转动弧长大小、相同时间内转过角的大小描述圆周运动的观念，建立线速度、角速度概念。 2. 科学思维：从同一物体到不同物体快慢的比较，学生体会和运用了控制变量法研究复杂问题的科学方法。 3. 实验探究：学生基于实验记录数据，建立线速度，角速度概念。 4. 科学态度与责任：基于数据建立概念的过程，培养了学生客观，实事求是，严谨的科学态度。 六、实验教学内容 1. 线速度概念的建立 通过实验装置观察同一物体转动时，比较距离转轴不同的点的运动快慢，通过实验记录的轨迹大小与快慢关系，让学生建立相同时间内转过弧长比较快慢的方法，建立线速度概念。2.角速度概念的建立 通过实验观察比较不同物体转动的快慢，通过实验记录的数据比较快慢关系，建立相同时间转过角的大小比较快慢的方法，建立角速度概念。 七、实验教学过程 师:同学们，圆周运动是生活中常见的运动形式，圆周运动的快慢又怎样描述呢？通过老师自制的这个实验装置，我们来一探究竟。 图一 实验装置图 师：皮带不连接，在主动轮一边的钢尺片的小孔中插彩笔笔头，调整笔头长度，确保两个笔头都与圆盘表面接触。 生：启动电机，观察两个笔头运动的快慢，观察两个笔头画出的轨迹。 图二 实验绘制的轨迹 师：同学们，实验中，你观察到的现象是什么？哪点运动快？ 生甲：离转轴较远的点转动快。 师：实验记录了那些信息？ 生乙：两个笔头相同时间运动的轨迹，外面运动轨迹大，里面轨迹短。师：同学们，据此，我们可以怎样描述圆周运动的快慢呢？ 生丙：通过相同时间内转过的弧长比较快慢。 师：这就是线速度。 s 师：线速度即极短时间内转过的弧长与所用时间的比值即v t 也是矢量，也有方向，为什么？ ，根据定义，线速度其实 师：极短时间内弧长和位移重合，故线速度其实就是瞬时速度。线速度的方向是怎样的？大家在观察。 图三 多数火星沿切线飞出 火星飞出的方向是怎样的？说明什么问题？ 生：火星沿接触点的切线飞出，说明线速度方向沿该处切线方向。 师：线速度是描述圆周运动快慢重要的参数之一，线速度大小不变的圆周运动又叫匀速圆周运动。 师：圆周运动是复杂的运动形式，除了线速度，还可以怎样描述圆周运动的快慢呢？ 师：连接上皮带，调整皮带，确保两片刻度尺都沿水平向右方向，与零刻度对齐。 图四 启动前状态 生：启动电机，观察一小段时间（约 2 秒），观察两刻度尺的转动快慢。 图五 启动一段后状态 师：同学们，实验中你们观察到了什么？哪边转动快？ 生甲：左边转动快，右边转动慢。 师：实验还记录了什么信息？ 生乙：在相同时间内左边转过的角较大，转动快；右边转过的角小，转动慢。师：据此，我们又可以怎样描述圆周运动的快慢呢？ 生丙：比较相同时间内转过角的大小比较转动的快慢。 师：这就是角速度。同学们在教材上找到角速度的定义及其表达式： 国际上，角的单位有弧度（rad）表示，故角速度单位是弧度每秒（rad/s） 匀速圆周运动其实就是角速度不变的运动。 师：同学们，线速度、角速度概念我们建立了，我们在观察我们的实验装置，两个物体的旋转是平稳的，故两个物体做的是匀速圆周运动。 师：同一物体上，哪个物理量相同？哪个物理量不同？ 生：角速度相同，随半径增大而增大。 师：实验中，我们先研究同一物体的研究方法就用到了什么科学方法？ 生：控制变量法。 师：控制变量是研究复杂问题的科学方法。在后续研究学习中我们时常要运用这样的科学方法。 八、实验效果评价 实验能直观呈现：同一物体转动时，不同点在任意相同时间内转过的轨迹大小，对比相同时间内轨迹大小比较快慢，建立线速度概念。 实验能直观呈现不同物体转动时，在任意相同时间内转过角的大小，对比相同时转过角的大小比较快慢，建立角速度概念。 实验效果良好，还能继续优化。参考文献 [1] 鲁斌.圆周运动教学的实验设计探讨.物理之友.2020-04-10.期刊 [2] 辜金星.圆周运动系列实验的设计与演示.中学物理教学参考.2019-10-10.期刊 [3] 刘进宝.匀速圆周运动演示实验的设计和仪器的制作.教学仪器与实验.1992-03-01.期刊 [4] 胡媛君; 曹玉宝; 曹骢.自制竖直平面内圆周运动定量演示仪. 中学物理教学参考 2021-04-10.期刊 学科网（北京）股份有限公司 $