2020-2021学年4.圆周运动教学设计

匀速圆周运动

　　一、素质教育目标

　　（一）知识教学点

　　1．知道什么是匀速圆周运动，理解匀速圆周运动是变速运动．

　　2．理解和掌握线速度、角速度、周期等概念，以及它们之间的关系．

　　（二）能力训练点

　　进一步理解物理概念的学习方法，学会学习．

　　（三）德育渗透点

　　线速度、角速度、周期和频率都是从不同的角度来描述匀速圆周运动快慢的物理量，它们既有区别又有联系．要辨证、全面地来认识、树立正确的认识观．

　　（四）美育渗透点

　　通过对周围运动的研究使学生体会到物理图像的形式美．

　　二、学法引导

　　通过教师的带有启发性的讲解，使学生在与教师的共同讨论中归纳和总结规律．

　　三、重点·难点·疑点及解决办法

　　1．重点

　　理解和掌握描述匀速圆周运动快慢的物理量以及它们的关系．

　　2．难点

　　理解在具体问题中用线速度，角速度等概念进行解释说明．

　　3．疑点

　　皮带传动，齿轮传动中什么量相同，什么量不同．

　　4．解决办法

　　由于涉及的物理量较多，教学中要注意围绕一个目的：如何描述匀速圆周运动快慢，从不同的角度来讨论．

　　四、课时安排

　　1课时

　　五、教具学具准备

　　课件：地球自转皮带传动、齿轮传动．

　　多媒体设备

　　六、师生互动活动设计

　　1．教师通过具有启发性的教学引导学生去寻找规律性的东西．

　　2．学生通过观察、思考来总结．

　　七、教学步骤

　　（一）明确目标

　　（略）

　　（二）整体感知

　　这节课是着重从运动学的角度来研究匀速圆周运动．围绕着如何描述匀速圆周运动的快慢展开的、是一堂概念课，要求讲清各个物理量、理清各个物理量的相互关系，并会在具体的问题中加以应用．

　　（三）重点、难点的学习与目标完成过程

　　1．匀速圆周运动

　　提问：在圆周运动中，最简单的是怎样的运动？

　　分析讨论，引出匀速圆周运动．

　　质点沿圆周运动，如果在相等时间里通过的圆弧长度相等，这种运动叫做匀速圆周运动．

　　匀速圆周运动是最简单的圆周运动．

　　2．描述匀速圆周运动快慢的物理量

　　（1）线速度

　　引入：质点单位时间通过的弧长越长，表明运动得越快．

　　定义：质点通过的弧长s与所用时间t的比值．

　　公式：v＝

　　单位：m／s

　　矢量：线速度的方向在圆周该点的切线方向上．

　　注意：匀速圆周运动的速度方向不断改变，因此是变速运动；所谓“匀速”是指速率不变，即速度的大小不变．

　　（2）角速度

　　引入：运动质点和圆心半径的连线在单位时间内转动的角度越大，表明质点运动得越快．

定义：圆周半径转过的角度与所用时间t的比值．

公式：

　　单位：rad／s

　　注意：弧度的概念，等于弧长与半径的比值，π弧度等于180°．

　　（3）周期和频率

　　匀速圆周运动是一种周期性的运动．

　　周期：做匀速圆周运动的物体运动一周所用的时间

　　频率：物体ls由完成匀速圆周运动的圈数，单位是赫兹，记作“Hz”．周期和频率互为倒数．

　　3．线速度、角速度、周期间的关系

　　（1）定性关系

　　三个物理量都是描述匀速圆周运动的快慢，匀速圆周运动得越快，线速度越大、角速度越大、周期越小．

　　（2）定量关系

　　设想物体沿半径为r的圆周做匀速圆周运动，则在一个周期内转过的弧长为2πr，转过的角度为2π，因此有

　　，

　　比较可知：v＝ωr

　　进一步说明三者的关系（可提问学生）

　　例题分析

　　【例1】  地球自转的问题

　　课件演示：地球自转

　　讨论1：比较在北京和在赤道两处物体随地球做自转的角速度．

　　观看演示，共同分析，得出结论．

　　进一步说明：地球表面上的物体随地球做匀速圆周运动的角速度都相同．由于地球自转周期为T＝24h，故可求得地球自转角速度＝7.3×rad／s

　　讨论2：比较在北京和在赤道两处物体随地球自转的线速度．

　　现看演示，共同分析，得出结论．

　　进一步说明，当角速度一定时，赤道处转动半径最大，故线速度最大，随着纬度增大，转动半径减小，线速度减小，设地球半径为R，则在纬度为θ时的线速度为

　　v＝ωr＝ωRcosθ

　　【例2】  传动装置的问题．

　　课件演示：皮带传动；轮传动．

　　讨论1：如图5－9所示，比较A、B、C三点的线速度、角速度．

图5－9

　　观看演示，共同分析，得出结论．

　　进一步说明：皮带上各点的线速度大小相等，如果皮带与齿轮不打滑，则轮缘上各个线速度大小相等，同一个轮上各点角速度相等；

　　如果，＝2＝2 ，则∶∶＝2∶2∶1

　　∶∶＝1∶2∶1

　　讨论2：如图5－10所示，比较A、B、C三点的线速度角速度．

图5－10

　　观看演示，共同分析，得出结论．

　　进一步说明：齿轮传动时，接触点处速度大小、方向都相同，因此轮缘上各个线速度大小相等，同一个轮上各点的角速度相等．

　　比较二者的关系．（学生总结）

　　（四）总结、扩展

　　这一节课是从三个侧面来研究匀速圆周运动快慢的，再找到三个物理量的三个关系，在具体问题中要分清不变量，找出变化量之间的关系．

　　八、布置作业

　　作业题：练习四（1）（2）（3）（4）（5）

　　九、析书设计

匀速圆周运动

　　1．匀速圆周运动

　　（1）定义

　　（2）特点

　　2．描述匀速周运动快慢的物理量

　　（1）线速度

　　（2）角速度

　　（3）周期

　　3．线速度、角速度、周期间的关系

　　（1）定性关系

　　（2）定量关系

　　十、背景知识与课外阅读

铅球出手的角度应该是多少？

　　在学习物理时讨论过斜抛运动的问题，将物体以一定的速率斜向上抛出，如果空气阻力可以忽略，则仰角为多大时抛出的距离最远？

　　上述问题的答案为45°，但是推铅球的情况有所不同，铅球的抛掷点不是在地面上，而是离地面有一定的高度．所以，以同一出手速率作45°及40°仰角抛掷，当落回抛掷点同一水平面时，水平距离以45°者较大，但是落到地面时，水平距离却可能是40°者较大．

　　通过复杂的计算，可以得到以下结论：推铅球获得最大的距离，其出手的仰角应小于45°，这个角度随出手的速度的增大而增大，而随出手的高度增加而减小，对出手高度为1.7m～2m，而出手速度为8m／s～14m／s的人来说，出手仰角应为38°～42°．

　　至于其他投掷类，受空气的作用力影响较大，各有不同的最佳仰角，例如掷铁饼为30°～35°；标枪为28°～33°；链球为42°～44°．

　　十一、随堂练习

　　1．下列说法正确的是    （    ）

　　A．匀速圆周运动是一种匀速运动

　　B．匀速圆周运动是一种匀变速运动

　　C．匀速圆周运动是一种变加速运动

　　D．因为物体做圆周运动才产生向心力

　　2．原点做匀速圆周运动时，哪些是不变    （    ）

　　A．速率    B．速度    C．角速度    D．加速度

　　3．如图5－11所示的皮带传动装置中，右边的两轮沾在一起且同轴，半径＝＝2，皮速不打滑，则

　　（1）  ∶∶＝________；  （2）  ∶∶＝_______．

　　答案：1．C  2．AC  3．1∶1∶2，1∶2∶2

图5－11