圆周运动画圆体验式教学案例

“圆周运动”画圆体验式教学案例一、“圆周运动”教学的困惑圆周运动课是选自高中物理必修2第五章第五节内容，本节内容作为该部分的起始章节，而且作为曲线运动的一个特殊运动模型而安排的，它是典型性强，且可向多方面拓展，是电学学习的基础，因此本节内容有承前启后的作用。本节内容概念多，需要说明的问题也比较多。教材首先定义什么是圆周运动，接着列举日常生活中的圆周运动，让学生去体会和感悟圆周运动；通过观察自行车大齿轮、小齿轮、后轮的关联转动，提出了描述圆周运动快慢的问题，让学生讨论与交流给出线速度、角速度以及周期、转速等概念，对于匀速圆周运动的定义，教科书是在讲述线速度概念后给出的，这样安排会显的比较严谨；最后推导出线速度、角速度、周期间的关系。各个知识点的形成过程有机地联系在一起，因此，这节课编排的目的是：让学生通过生活实例和课堂演示实验，增加感性认识，改变想当然的错误观念，这要求在课堂教学中必须精心设计实验，用事实战胜假象，帮助学生建立正确的物理概念和模型。但是，高一的学生学习了直线运动，是用速度来描述运动快慢，而圆周运动是由线速度、角速度、转速和周期来描述运动的快慢，如何纠正学生原有的错误认识和片面理解，让学生在认识事物时，要用辩证的全面的观点，从多角度去认识，存在一定的困难，严重影响高二物理的学习。物理被称为高中最难学的科目，怎样降低难度一直是高中物理教学的一重要的课题。可能是正是这个缘故，各种新教材都把难度稍低的平抛运动放在圆周运动的前面，这样处理有利于学生逐步适应高中物理学习，但这并没有降低学生学习圆周运动的难度，因为平抛运动处理方法还是把它分解为直线运动，而圆周运动是从直线运动到曲线运动跨度还很大，难度并没有降低，学生学到这部分内容时依然感到困难。在教学的过程中，最后老师只好“谆谆善诱”地提醒，引导学生得出线速度、角速度、转速和周期的概念。因此，要圆满完成任务，如何降低难度，让学生亲身体验就成了关键。二、我的处理方案让学生（教师自制的圆规）画圆比一比，体验和观察笔尖圆周运动，再通过学生举生活中的实例，让学生去体会和感悟圆周运动；2 / 10通过一段月球和地球的情景对话，让学生切实感受到做圆周运动的物体有运动慢快与转动快慢及周期之别，有必要引入相关的物理量加以描述。学习线速度的概念，让学生在相同时间内，画一段圆弧比快慢，引导学生认识弧长与时间比值来描述圆周运动的快慢，进而引出线速度的大小与方向。同时应向学生指出，在时间是够小的情景下（极限法），理解线速度就是物体圆周运动的瞬时速度。学习角速度的概念时，让同桌两位同学，在不同半径合作画一段圆弧比快慢，让学生体会到除线速度来描述圆周运动快慢，还可以比较转过一定圆心角来比圆周运动的快慢，由此引入角速度的概念。再让学生在一定时间内画圆的个数，来体验圆周运动的快慢，从而引出转速和周期的概念。在讲述概念的同时，要让学生自己体会匀速圆周运动的特点：线速度大小、角速度、周期和转速保持不变。1画圆体验引入一一位同学用自制圆规画一个圆，另一位同学仔细观察笔尖运动轨迹。讨论与交流同学们还见过或经历过哪些圆周运动？你对圆周运动有什么认识？这些物体的运动有哪些特征？（生：钟表指针的运动，转动的电风扇上各点的运动和车轮的运动，游乐场里的摩天轮，月球绕地球的运动，地球绕太阳的运动等。运动轨迹是一个圆，（补充说明：火车转弯）也可以是一段圆弧）。过渡 那么要了解它，就要了解怎样去描述它及它为什么做圆周运动，这节课，我们先来学习如何描述圆周运动的快慢呢？月一地“对话”月球绕地球运动，地球绕太阳运动，这两个运动都可看作是圆周运动，请看下面地球和月球的“对话”，地球说：你怎么走得这么慢？我绕太阳1s要走29.79km，你运动1s才走1.02km，但月亮说：不能这样说吧？你一年才绕一圈，我27.3天绕一圈，到底谁转得慢呢？提出问题地球是从什么角度说它比月亮快？月亮是从什么角度说它比地球快？它们的说法是“错了”还是“不完整”？观察与思考请同学们仔细观察（自制圆周运动演示仪）轻杆转动时红色小球的运动，并思考下列问题：（1）该小球在经过一段时间后，它在圆周轨道上的位置如何确定？（2）如何判断该小球在圆周轨道上的运动快慢？（3）根据你的观察，能不能找出圆周运动区别于直线运动的最显著的运动特征？学生猜想后回答：（1）时间t内通过的路程、位移、半径转过的角度。（2）比较单位时间内，通过的圆弧长度；单位时间内半径转过的角度；单位时间内转动的圈数；转过一周所用的时间等。（3）重复性和周期性。2画圆体验二前后桌四个同学为一组，两人画圆，一个裁判，一个临督。在相同时间画弧比快慢。讨论与交流请裁判判决谁画的快？你判断的依据是什么？在直线运动中我们是如何来比较物体运动的快慢？（生：相同的时间，比弧长长短。用来比较物理运动的快慢）师生归纳、总结类比于直线运动，圆周运动的快慢可以用单位时间内通过的圆弧长度来描述。 板书 一、线速度：质点经过的圆弧长度与所用时间的比值，叫做圆周运动的线速度（简称速度），公式为。3画圆体验三在自己所画圆弧取几点，如图所示，分别画出弦长和弧长。引导分析在时间足够小的情况下（极限法），线速度就是圆周运动的瞬时速度，线速度的方向为沿圆弧的切线方向，分别画出各点速度的方向。归纳总结线速度方向：沿圆弧的切线方向。线速度表示圆周运动的瞬时速度，它是矢量即圆周运动的线速度方向是不断改变的。反思提问地球为什么说它是绕太阳运动比月亮绕地球快呢？（生：地球的线速度比月亮大）板书线速度是描述圆周运动的运动快慢的物理量。提出问题地球绕太阳运动在相等时间内转过的弧长有什么特点？（生：相等）月亮绕地球运动呢？（生：相等）生活中还有哪些物体的圆周运动与它们具有相同的特点？（生：匀速行驶的车轮的边缘的各点风扇的转动等）板书质点在任何相等时间内，所通过的弧长都相等的圆周运动叫匀速圆周运动。提出问题匀速圆周运动中的“匀速”是指速度不变吗？（生：线速度方向）板书匀速圆周运动是线速度的大小不变，但方向时刻改变。4画圆体验四同桌两位在不同半径，同心协力画一段圆弧比快慢。思考与讨论谁画的快？（生：半径大的画的快）如何体现你们同心协力？（生：在相同的时间内，转过的圆心角相同） 教师明示同一根辐条上不同的点，其线速度大小不一样，但它们在相同时间内转动的角度却相同，就此认为半径大快是不完整的，这就需要我们去思考：描述圆周运动的快慢，除了用线速度外还有其他的方法。板书二、圆周运动物体转动快慢的描述1角速度（）：质点所在半径转过的角度与所用时间的比值，叫做圆周运动的角速度，公式，单位（弧度/秒）。5画圆体验五给学生10秒钟，一个同学画圆，一个同学数圆的个数比快慢。板书：2转速：单位时间内转过的圈数，单位，。画圆引伸体验画一个圆需要多少时间？板书3周期（T）：物体运动一周所用的时间叫周期，单位S。提出问题用弧度来表示圆心角，圆心角及对应的圆弧，圆的半径的有何关系？（生：）由线速度、角速度的公式如何推导线速度、角速度的关系？板书三、线速度与角速度的关系，由，可得即。6画圆引伸体验我们在同心协力画圆的体验中，你能说出其中的道理吗？（生：角速度一定时，半径越大的点的线速度越大）演示提出问题（演示自制转动装置）同学们注意观察大轮和小轮的转动，观察大轮绕过的皮带与小轮绕过的皮带长度的关系。能说明什么问题？（生：长度相同、线速度相同）讨论与交流（1）观察自行车的大齿轮、小齿轮、后轮三个相互关联的转动部分的结构特点？（生：小齿轮与大齿轮用链条相当于皮带装置，后轮与小齿轮是同轴转动的物体）（2）如果以自行车架为参考系，行驶时，这三个轮子上各点做匀速圆周运动。哪些点运动得更快些？也许它们运动得一样快？（生：后轮轮缘运动得最快，小齿轮与后轮转动得一样快，都比大齿轮转动得快）板书四、传动装置中的点线速度与角速度关系。（1）与不打滑的皮带装置相连的物体线速度相同。（2）固定在一起绕同一轴转动的物体角速度相同，线速度与半径成正比。课堂小结这节课，我们了解了描述圆周运动快慢的四个物理量：线速度、角速度、周期、转速。 认识了一种最简单的圆周运动-匀速圆周运动，我们重新去认识一下：匀速圆周运动的这四个物理量还有什么特点和联系？思考与练习：（1） 匀速圆周运动的角速度、周期、转速有什么特点？（2） 匀速圆周运动的线速度、角速度、周期有什么关系？（3）匀速圆周运动的角速度大，周期一定小吗？线速度 V大，W一定大大吗？ 课后探究：自行车的大齿轮、小齿轮、 轮上各类的角速度，线连交关系，并想想如何测量自行车前进速度；了解三轮的大小设计的原理；探究变速自行车变速的原理。三、该方案的优点（1）本节内容概念多，需要说明的问题也比较多。因此本节课教学以画圆体验为主线，渗透科学探究的方法，营造了一个师生互动的和谐氛围，突出了学生的主体地位，充分调动学生的学习主动性和积极性，把蕴藏于学生中的巨大学习潜能开放出来，提高物理课堂教学效率和教学质量。（2）使课堂教学井然有序，教学设计具有可操作性。画圆体验与引出体现层次性、循序渐进的原则，充分利用学生的生活经验和数学知识。教学中注重了学生体验圆周运动的特点及描述运动的快慢，这种独创性思维为学生的自主学习提供动力。（3）教学中紧扣“画圆体验”这中心，为学生提供了各种各样的“新任务”，在不同的情境中呈现“变式”。通过画圆体验的广泛应用纠正学生原有的错误认识和片面理解，让学生在认识事物时，要用辩证的全面的观点，从多角度去认识，不要片面地肯定某一方面，而否定其他方面。在新问题的解决过程中优化学生的认知结构，发展学生的学习策略。四、教学实践及教学后记在近期县里教学评比中，我听六节后进行对比。从课反应来看，按照本方案教学的班级上课更顺畅，学生感觉没有那么突兀，更容易接受。尤其是同心协力画圆和10秒中画圆的体验时，学生体验后发现圆周运动的快慢，除了线速度来描述运动的快慢，却实可以从角速度、转速和周期来描述圆周运动的快慢。这时教学气氛及其热烈，达到高潮！而其他教师按课本的教学思路上课的班级，学生感觉难度大，没有体验圆周运动的快慢，很难想到线速度来描述运动的快慢，还可以从角速度、转速和周期来描述圆周运动的快慢，接受起来也有些困难。通过教学对比发现，按照这个思路进行教学是可行的。后来进行归纳、总结后，本年级其他老师也部分采用了这种教学思路，他们认为：由于创设了合理的教学情境，充分让学生体验圆周运动的快慢，降低了教学的难度，从直线的速度描述运动的快慢，过渡到圆周运动的线速度角速度、转速和周期来描述圆周运动的快慢，学生更容易接受和理解圆周运动，更有利于学生今后进一步的学习。