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《曲线运动》探究性教学设计

编辑:宁喆 发布时间:2013-11-24 11:32:46点击次数:

《曲线运动》探究性教学设计

 

黄梅一中    蒋丰

教学内容人教版新大纲高中物理第一册(必修)第五章第一节

 

教学目标

   一、知识与技能

     1、知道什么是曲线运动。

2、理解曲线运动中速度的方向是怎样确定的。

     3、理解并掌握物体做曲线运动的条件。

   二、过程与方法

1、通过设计实验验证猜想的过程,培养学生初步的实验设计能力。

2、通过对实验现象的分析、归纳,培养学生的分析和概括能力,对实验结果的逻辑推理能力。

3、通过实验探究,让学生经历科学探究过程,体验科学探究的思维方法。

   三、情感态度与价值观

l、通过领略曲线运动的奇妙与和谐,增强对科学的好奇心与探究欲。

2、通过鼓励学生参与教学活动,激发学生参与科学探究的热情,培养学生善于将物理知识应用于生活和生产实践中的良好习惯。

3、通过探究性学习过程,培养学生学习科学、热爱科学的兴趣和热情,引导学生树立崇尚科学、献身科学的远大志向。

 

教学重点

    1、分析与理解物体做曲线运动时速度的方向沿曲线的切线方向;

    2、探究与理解物体做曲线运动的条件是合外力跟初速度方向不在一条直线上。

 

教学难点

    分析与理解物体做曲线运动时速度的方向沿曲线的切线方向。

 

教学方法

    引导自主探究与实验探究相结合

 

教学用具

   多媒体、 投影仪、课件、红印泥、透明杯子、带孔的小钢球、细线、光滑木板、斜槽、小钢球、条形磁铁、自制实验装置、乒乓球、

 

教学过程

 

教学环节

教学内容

设计思路

 

 

 

 

 

 

 

 

师:同学们,首先让我们一起欣赏几个精彩的视频片段:

(用多媒体展示神五飞船的升空、摩托艇的表演、五星红旗的升起、麦迪投出的蓝球)

师:大家发现视频中这些物体的运动轨迹有什么不同吗?

学生可能的回答(以下简称生):神五飞船的升空和五星红旗的升起,它们的轨迹是直线的,摩托艇的水上运动、蓝球的进栏运动,其轨迹是曲线的。

   师:我们把轨迹为曲线的运动叫曲线运动,这就是我们今天要学习与探究的内容。

【板书】曲线运动

师:神五飞船升空做直线运动,它的速度方向是竖直向上的;麦迪投出的蓝球做曲线运动,那么,这种曲线运动的速度方向又该怎样确定呢?这就是我们要探究的主题一。

 

 

利用多媒体播放精彩的视频片段,吸引学生的注意力,激发学生探究曲线运动的热情和兴趣,明确学习目的。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

主题一:曲线运动的速度方向指向哪里?

【板书】主题一:曲线运动的速度方向指向哪里?

师:联想到刚才的篮球运动,大家猜想一下,在曲线运动中速度的方向可能指向哪里?

1、学生猜想

【板书】猜想一:可能沿轨迹的曲线方向。

再看一段视频(砂轮切割钢材时,火星沿轮缘的切线方向飞出)

师:从砂轮边缘飞出的火星做什么运动?

生:直线运动。

师:从这个现象中,你会猜想到曲线运动的速度方向可能指向哪里呢?

【板书】猜想二:可能沿轨迹曲线的切线方向。

师:再看一个小实验(小雨伞转动时,水滴从雨伞边缘的切线飞出)

师:为什么溅出的火星和甩出的水滴都会沿着边缘的切线方向飞出呢?请一位同学分析一下其中的原因。

   师:(火星是砂轮切割钢材时,粘附在砂轮边缘上的高温铁屑和砂粒,被高速旋转的砂轮甩出而形成的)。为了方便起见,我们以雨伞甩出的水滴为例进行分析。

生:水滴离开雨伞前,在雨伞边缘随雨伞一起做圆周运动,也就是做曲线运动。

师:对,雨滴在离开雨伞前是做曲线运动。

生:离开雨伞以后,雨滴作直线运动。这个直线的方向就是雨滴离开雨伞时的速度方向。

师:对,这个速度方向也就是雨滴在雨伞上作曲线运动时该点的速度方向。因为离开雨伞后,雨滴由于惯性要保持离开的速度运动。经过这样的分析,你认为曲线运动的速度方向指向哪里呢?

生:曲线运动中某点的速度方向沿着该点的切线方向。

师:大家的分析结论是否正确呢?我们来做一个小实验。(师生合作做实验)

如图,用泡沫拼接成一个弯曲的挡板,实验时,在水平桌面上铺一张白纸,将弯曲挡板压在白纸上,让粘有红印油的小铁球从斜槽上滚下,记下小球沿弯曲的挡板运动的轨迹,依次把挡板ABCD拿走,在白纸上就留下了小球从不同位置离开档板后的径迹。

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3、大屏幕上投影小球的轨迹,引导学生分析得出结论。

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师:小球从轨道的不同位置滚出时,沿不同的直线运动。这些直线刚好都跟曲线在该点的切线方向一致,这说明什么问题?

生:说明曲线运动的速度方向,就是沿着曲线在该点的切线方向。

【板书】质点在某一点(或某一时刻)的速度方向是在曲线的这一点的切线方向。

 

  

 

 

 

 

 

 

通过观察生活中砂轮切割钢材产生的火花,引导学生猜想曲线运动的速度方向的可能指向,通过观察转动的小雨伞甩出的水滴方向,引导学生分析日常物理现象中的物理规律,促进学生在日常生活中养成勤于观察的良好习惯,形成善于观察、发现和提出问题的良好习品质,以及培养学生对实际问题的分析概括能力。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

通过实验探究验证猜想的过程,培养学生初步的实验设计能力,以及严谨的科学思维和创新的探究思路。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

师:为了检验大家对曲线运动中速度方向的理解程度,我们来做一个小游戏。

学生上台表演:如何才能更好地接住甩出的小球?

甲同学手拿细线使小球在桌面上作圆周运动,某一时刻突然松手,小球被甩出,乙同学拿着空杯子在桌边接住小球。

师:怎样才能更准确地接住小球呢?

生:我让他告诉我,他将在何处松手甩出小球,我只要在该处的切线方向接球即可。

师:是的,只要知道小球的甩出方向就可以接住小球。其实要更准确地接住小球,还要知道甩出小球的力度有多大?也就是要知道小球速度的大小。

师:在这个游戏中,小球在甩出之前的运动和从桌面落向地面的运动都是曲线运动,那么,为什么在这两个阶段小球会做曲线运动呢?这就是我们要探究的第二个主题。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

主题二、物体在什么条件下做曲线运动?

【板书】主题二、物体在什么条件下做曲线运动?

1、演示实验,提出问题。

出示乒乓球,让乒乓球自由下落。

师:乒乓球下落时做直线运动,那位同学能让小球做曲线运动吗?(学生上台演示:对下落的乒乓球侧向吹气)

2、初步探究,定性感知。

师:为什么侧向吹气可以使乒乓球做曲线运动呢的?

生:气流的冲击力使乒乓球做了曲线运动。

师:我把乒乓球用手水平托着,然后对着乒乓球吹气,飞出的乒乓球也作了曲线运动,这时又是什么力使乒乓球作了曲线运动呢?

生:是重力的作用使乒乓球做了曲线运动。

师:重力既可以使物体做直线运动,也可以使物体做曲线运动,那么,施加怎样的力才能使物体做曲线运动呢?让我们用实验来探究这问题。

 

3、实验探究,总结规律(突出学生实验设计思想)

师:为了使实验有序地进行,我们每6人一个小组,全班共分10个小组。实验的器材有:磁铁、小钢球、实验板和印泥。

下面请大家按大屏幕上的要求,设计并进行实验,把观察到的现象记录在你设计的表格中:

1)如何使小球做加速直线运动?

2)如何使小球做减速直线运动?

3)怎样才能使小球做曲线运动?

教师巡回指导,了解学生的实验过程,指导学生解决可能遇到的问题。

4、交流评估

   师:请第一小组交流你们的实验情况,首先说实验结论,然后说怎么操作。

生:(1)当力的方向与速度方向在一条直线上,且方向相同时,小球作加速直线运动。

2)直线减速:当力的方向与速度方向在一条直线上,而方向相反时,小球作减速直线运动。

3)当力的方向与速度方向不在一条直线上(即成一定夹角)时,小球作曲线运动。

师:很好!这也是我们看到的实验现象。

【板书】实验现象:

师:第三小组,你们的实验情况又是怎样的?

生:我们的结论跟第一小组是一样的,我们是这样操作的:先将条形磁铁放在斜槽底端的正前方,让小球从斜槽上滚下,结果,看到小球沿直线运动过来。这说明力的方向跟速度方向相同时,小球作加速直线运动。

师:那么,你们是怎样使小球作曲线运动的呢?

生:我们把条形磁铁放在斜槽底端的侧面,当小球从斜槽上滚下来时,小球在桌面上的运动轨迹变成了曲线,说明力的方向跟速度方向不在一条直线上时,小球作曲线运动。

师:说得非常到位。在这个实验中,大家是通过条形磁铁对小钢球施加作用力的。其他小组还有没有补充?那么,请一个小组的同学总结一下刚才大家交流的结果。

生:当物体所受的合力的方向与它的速度方向在同一直线时,物体做直线运动;当物体所受合力的方向与它的速度方向不在同一直线上时,物体就做曲线运动。

师:这就是物体做曲线运动的条件。

【板书】结论:当物体所受合外力的方向跟它的速度方向不在同一直线上时,物体就做曲线运动。

师:回过头来,我们能不能解释一下,小游戏中小球在桌面上松手前的运动和从桌面落向地面的运动为什么会是曲线运动?

生:小球在桌面上松手前受到绳子的拉力,它的方向跟小球运动方向不在一条直线上,因而小球作曲线运动;落向地面时,小球的初速方向水平,但它受到的重力方向竖直向下,这两个方向也不在一条直线上,因而,小球作曲线运动。

师:解释得很透彻。接着,我们再看一段视频。

 

 

 

通过对演示实验的观察,引导学生初步分析物体做曲线运动的原因——力的作用。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

让学生利用给出的器材设计实验,进一步探究物体做曲线运动的原因。学生在亲历探究的过程中,养成动手动脑的习惯,体验探究的乐趣,增强了探索新知的欲望。

 

 

通过交流评估,使学生在思维碰撞中产生新的思维火花和创新灵感,逐步形成科学的思维习惯和思维方法。

 

1.播放链球视频。

师:要使运动员把链球准确地抛向正前方,运动员应在什么时候让链球出手?

生:运动员必须使出手时,链球运动轨迹的切线方向指向正前方。

师:很好,当链球轨迹的切线方向指向正前方时,也就是链球的速度方向指向正前方,这样,链球出手后就会飞向正前方。运动员能不能在旋转到正前方时出手呢?显然不能,因为这时链球的速度方向不是指向正前方的。

2.展示一个玩具摩托车。

师:这是一个玩具摩托车,大家看一看这个演示玩具摩托车的运动有什么特点?

生:它可以作曲线运动。

师:为什么会作曲线运动呢?

(让一位同学上台探究玩具摩托车能做曲线运动的原因)

生:摩托车下面有一个小转轮,当摩托车运动时,小转轮也在转动,通过它可以对摩托车施加一个侧向的摩擦力,正是这个侧向的摩擦力使摩托车改变了运动方向,而作曲线运动。

 

引导学生学以致用,加强物理与信息技术的有机整合,体现从物理走向社会的课程新理念。

 

 

 

 

 

 

师:这节课要学习与探究的内容到此为止,我们都学到了什么呢?下面通过一个具体问题,来小结本节课的内容。

图为空间探测器的示意图,P1P2P3P4是四 个喷气发动机,每台发动机开动时,都能向探测器提供与喷气方向相反的推动力,但不会使探测器转动。若每次只开动一个喷气发动机,开始时,探测器在P3发动机作用下以恒定的速率向正x方向平动到A位置,要使探测器运动到如图所示的B位置,应开动那个喷气发动机?如果要使探测器与某一空间站在B点对接(对接时要求探测器与空间站保持相对静止,此时空间站的速度方向如图所示),则空间探究器运动到B位置时的轨迹应满足什么要求?(要保证探测器能到达B位置,必须使探测器的运动轨迹向x负方向弯曲,也就需要施加一个指向x负方向的推动力,因而应开动P4发动机;要使探测器到达B位置时与空间站保持相对静止,首先必须使探测器到达B位置时的速度方向跟空间站一致,这就要求轨迹在B点的切线与空间站的速度方向一致,然后再考虑速度大小相同)

利用现代航天素材创设问题情境,有利于促进物理教学与STS的有机融合。

利用任务驱动进行课堂小结,打破了传统的课堂小结方式,既保证了对知识的梳理,又提高了学生用物理知识解决科学技术中相关问题的能力,进一步增强了学生对物理学习的兴趣。

 

请同学们通过相互交流,分析一下使水上摩托艇作曲线运动的力是些什么力?请按大屏幕上的要求,课外制作一个水上摩托艇模型,我们安排一个专门的时间进行展示,看谁的制作最科学、最精美。

 

分析实际情境中的物理问题,开展小制作活动,既是物理课堂的有益延伸,又有利于促进创新意识和思维能力的形成。

 


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