高中曲線運(yùn)動教材介紹.doc

普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書物理教材介紹必修2（第五章 曲線運(yùn)動）課程標(biāo)準(zhǔn)的要求1會用運(yùn)動合成與分解的方法分析拋體運(yùn)動。2會描述勻速圓周運(yùn)動。知道向心加速度。3能用牛頓第二定律分析勻速圓周運(yùn)動的向心力。分析生活和生產(chǎn)中的離心現(xiàn)象。4關(guān)注拋體運(yùn)動和圓周運(yùn)動的規(guī)律與日常生活的聯(lián)系。一、本章教材概述本章是共同必修模塊的第五章。在第一、二章中，學(xué)生學(xué)習(xí)了運(yùn)動的描述和勻變速直線運(yùn)動的規(guī)律，對運(yùn)動學(xué)的知識有了一定的了解；在第三、四章中，學(xué)生學(xué)習(xí)了關(guān)于力的基本知識和牛頓運(yùn)動定律，對動力學(xué)的知識也有了一定了解。本章所學(xué)的曲線運(yùn)動，不僅要討論曲線運(yùn)動的運(yùn)動規(guī)律，同時要用牛頓第二定律對有關(guān)曲線運(yùn)動進(jìn)行分析。因此可以說，本章實(shí)際上是運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)知識在曲線運(yùn)動上的具體應(yīng)用，是學(xué)生所學(xué)運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)知識的進(jìn)一步拓展和延伸，其拓展和延伸的具體內(nèi)容可以用以下方框圖來表示：本章教材大體繼承了傳統(tǒng)教材“曲線運(yùn)動運(yùn)動的合成和分解拋體運(yùn)動勻速圓周運(yùn)動”的整體結(jié)構(gòu)，但編寫時，更注重分析思路和方法的滲透，而且在行文線索上也做了一些調(diào)整，例如，本章教材是根據(jù)運(yùn)動學(xué)的知識先學(xué)習(xí)向心加速度，然后再根據(jù)牛頓第二定律學(xué)習(xí)向心力的知識，這樣做，有利于形成合理的知識結(jié)構(gòu)，而且更符合認(rèn)知規(guī)律。具體來說，本章在編寫時有如下思考：1重視對物理結(jié)論形成的過程進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)為得到曲線運(yùn)動速度方向是沿曲線某點(diǎn)的切線方向這一結(jié)論，教科書設(shè)計(jì)了以下過程：教科書沒有在過程1之后就匆匆形成結(jié)論，因?yàn)檫^程1列舉的是圓周運(yùn)動的情況，圓周運(yùn)動僅僅是曲線運(yùn)動的一種特例，通過一個特例來概括出普遍結(jié)論，這不利于形成學(xué)生的科學(xué)思維。只有把客觀事實(shí)和理性分析結(jié)合起來形成結(jié)論，才是更科學(xué)的研究方法，過程2和過程3就是基于這種考慮而設(shè)計(jì)的。因此，對于這段教科書，過程1可以看成是根據(jù)部分事實(shí)得到的猜想，過程2和過程3可以看成是對該猜想所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)和理論上的證明。過程2除了其任意曲線的軌道具有普遍意義外，讓學(xué)生體驗(yàn)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)過程也是編寫意圖之一。因?yàn)檫^程2要記錄小球運(yùn)動的軌跡，用直尺判斷出小球脫離軌道后的運(yùn)動軌跡是在脫離點(diǎn)的曲線切線上。這就存在著一個如何收集信息和分析、處理信息的問題，它使學(xué)生感覺到，一個實(shí)驗(yàn)結(jié)論的形成是應(yīng)該尊重客觀事實(shí)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?。過程3隱含著極限的思想。AB割線的長度跟質(zhì)點(diǎn)由A至B的運(yùn)動時間之比，等于AB過程的平均速度大小，其平均速度的方向由A指向B。當(dāng)B非常非常接近A時，AB割線變成了過A點(diǎn)的切線，同時AB間的平均速度近似等于A點(diǎn)的瞬時速度，因此質(zhì)點(diǎn)在A點(diǎn)的瞬時速度方向就是過A點(diǎn)的切線方向。教科書用了一系列的幾跟虛線逐漸逼近切線的方法來展現(xiàn)這種極限的思想。2重視學(xué)生的體驗(yàn)本教科書重視學(xué)生對物理現(xiàn)象的深入觀察和對物理規(guī)律的親身體驗(yàn)。學(xué)生經(jīng)過了深入觀察和親身體驗(yàn)后，物理知識不僅容易領(lǐng)悟而且印象深刻。學(xué)生學(xué)習(xí)了曲線運(yùn)動的方向后，教科書讓學(xué)生做一個“飛鏢”，觀察飛鏢在空中做斜拋運(yùn)動時指向不斷改變的情景，觀察飛鏢落至地面插入泥土的指向，聯(lián)系飛鏢在空中做曲線運(yùn)動的軌跡，體會曲線運(yùn)動的速度方向與軌跡曲線相切的關(guān)系。在學(xué)習(xí)了向心力公式后，學(xué)生容易產(chǎn)生“半徑比較大的時候向心力是比較大還是比較小”的問題，教科書設(shè)計(jì)了一個“做一做”的體驗(yàn)性實(shí)驗(yàn)。學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)，體驗(yàn)“勻速圓周運(yùn)動的物體在線速度不變時半徑越大的向心力越小”的感覺，體會實(shí)踐中的“半徑大、線速度不變”是怎么一回事，體驗(yàn)“勻速圓周運(yùn)動的物體在角速度不變時半徑越大的向心力越大”的感覺，體會“半徑大、角速度不變”的實(shí)踐意義。一般來說，“半徑大向心力是大還是小”的問題，只要通過對向心力公式進(jìn)行討論就可以得到結(jié)論，但通過實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)性后，學(xué)生能把物理公式中的常量、變量和實(shí)驗(yàn)的具體條件聯(lián)系起來，其認(rèn)知的水平會比較深刻。3練習(xí)題的設(shè)計(jì)重視“情感、態(tài)度與價值觀”目標(biāo)各節(jié)后的練習(xí)題，除了體現(xiàn)課文中的主干知識之外，設(shè)計(jì)時，還慎重地考慮了“情感、態(tài)度與價值觀”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。首先，練習(xí)題難度的水平，既要有利于學(xué)生積極思考、又要使學(xué)生在獨(dú)立思考的情況下體驗(yàn)到解決問題的愉悅。同時，練習(xí)題的內(nèi)容盡量貼近學(xué)生的生活，對物理學(xué)產(chǎn)生親近感。例如，在曲線運(yùn)動的練習(xí)題中，編寫了一個以跳水運(yùn)動員“反身翻騰二周半”為實(shí)踐背景的曲線運(yùn)動方向分析問題；在學(xué)習(xí)角速度的概念之后，編寫了一個跟電腦軟磁盤知識有關(guān)的角速度計(jì)算題；自行車是學(xué)生熟悉的交通工具，教材中的練習(xí)題要求學(xué)生根據(jù)自行車的傳動結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一個測量自行車前進(jìn)速度的方案和計(jì)算式，它將引發(fā)學(xué)生對很多意想不到的問題進(jìn)行探討；又例如，在學(xué)習(xí)了平拋運(yùn)動的規(guī)律之后，練習(xí)題中設(shè)計(jì)了一個以汽車司機(jī)超速行駛而肇事為背景的平拋運(yùn)動問題，盡管從物理學(xué)的角度看，這是一個已知平拋運(yùn)動的拋出高度和水平位移求平拋初速度的常規(guī)問題，但是由于賦予了實(shí)踐的背景，物理知識被活化了。可以想像，如果在教學(xué)中讓一名學(xué)生扮演檢察官，陳述汽車行駛時超速的物理學(xué)根據(jù)，另一名學(xué)生扮演肇事司機(jī)的律師，從物理學(xué)的角度對檢察官的陳述提出質(zhì)疑，讓學(xué)生自告奮勇地選擇角色上臺辯論，場面將是熱烈的，這時候，學(xué)生跟物理學(xué)的距離便一下子拉近了許多。第1節(jié) 曲線運(yùn)動1教學(xué)目標(biāo)(1)知道什么叫曲線運(yùn)動；(2)知道曲線運(yùn)動是一種變速運(yùn)動，知道曲線運(yùn)動中瞬時速度的方向，能在曲線的軌跡圖上畫出各點(diǎn)的速度方向；(3)知道物體做曲線運(yùn)動的條件。能運(yùn)用牛頓第二定律分析曲線運(yùn)動的條件，掌握速度與合外力方向與曲線彎曲情況之間的關(guān)系；(4)通過實(shí)驗(yàn)歸納做曲線運(yùn)動的條件，體驗(yàn)學(xué)習(xí)物理的興趣。2教材分析與教學(xué)建議這一節(jié)是整章教學(xué)的知識基礎(chǔ)，學(xué)生以前學(xué)習(xí)的是直線運(yùn)動，曲線運(yùn)動與直線運(yùn)動的一個顯著區(qū)別是速度的方向在變化，要研究曲線運(yùn)動，首先必須解決曲線運(yùn)動速度方向的確定問題，并認(rèn)識曲線運(yùn)動的性質(zhì)和物體做曲線運(yùn)動的條件。教科書的敘述順序是通過觀察和實(shí)驗(yàn)，知道確定速度方向的方法，得出曲線運(yùn)動是變速運(yùn)動的結(jié)論，理解物體做曲線運(yùn)動的條件。第2節(jié) 質(zhì)點(diǎn)在平面中的運(yùn)動1教學(xué)目標(biāo)(1)知道物體的運(yùn)動軌跡不是直線時，需要建立平面直角坐標(biāo)系進(jìn)行研究；(2)經(jīng)歷蠟塊運(yùn)動位置、軌跡的研究過程，體會其中所用的數(shù)學(xué)方法；(3)經(jīng)歷蠟塊速度的研究過程，體會運(yùn)動合成所用的方法；(4)初步認(rèn)識運(yùn)動的合成與分解遵循平行四邊形定則；(5)能夠定性分析運(yùn)動的合成與分解問題；(6)能夠用圖示方法表示合速度與分速度。2教材分析與教學(xué)建議本節(jié)內(nèi)容原來教科書的標(biāo)題是“運(yùn)動的合成與分解”，現(xiàn)在的標(biāo)題改為“質(zhì)點(diǎn)在平面中的運(yùn)動”，這一變化所蘊(yùn)涵的思想是：我們關(guān)注的問題仍然是物體的運(yùn)動問題，也就是運(yùn)動物體的位置、位移及速度等。教科書先提出在平面坐標(biāo)系中通過觀察蠟塊的二維運(yùn)動，探究其位置、軌跡和速度問題。 教科書雖然沒有明確提出運(yùn)動的合成與分解和合運(yùn)動、分運(yùn)動等概念，但隱含了這種方法，例如教科書指出：“在本節(jié)的實(shí)驗(yàn)和例題中，物體沿著相互垂直的兩個方向的分速度都不隨時間變化，但以上思想和方法對其他運(yùn)動也是適用的?！苯ㄗh教師在完成研究蠟塊位置、軌跡和速度問題后，可以讓學(xué)生體會這種方法，并把它與力的合成與分解進(jìn)行對比。對基礎(chǔ)比較好的學(xué)生，也可以明確提出這里所用的方法就是運(yùn)動合成與分解的方法。教科書在實(shí)例選擇時沒有選用輪船渡河的現(xiàn)象來研究，主要是考慮有的學(xué)生對這一現(xiàn)象生活體驗(yàn)不足，缺乏感性認(rèn)識，且演示困難；而蠟塊演示方便，操作簡單，直接能夠在課堂里觀察。第3節(jié) 拋體運(yùn)動的規(guī)律1教學(xué)目標(biāo)(1)知道什么是拋體運(yùn)動，知道拋體運(yùn)動是勻變速曲線運(yùn)動，知道什么是平拋運(yùn)動；(2)知道拋體運(yùn)動的受力特點(diǎn)，會用運(yùn)動的合成與分解的方法分析平拋運(yùn)動；(3)理解平拋運(yùn)動的規(guī)律，知道平拋運(yùn)動的軌跡是一條拋物線；(4)知道分析一般拋體運(yùn)動的方法運(yùn)動的合成與分解；(5)會確定平拋運(yùn)動的速度。2教材分析與教學(xué)建議 拋體運(yùn)動是自然界常見的運(yùn)動形式，本節(jié)先提出拋體運(yùn)動及平拋運(yùn)動的概念，這兩個概念并不是并列的，而是上、下位的關(guān)系，拋體運(yùn)動是上位概念，平拋運(yùn)動是下位概念，建立了拋體運(yùn)動概念后，平拋運(yùn)動概念并不需要從大量例子中歸納、抽象，只需說明平拋運(yùn)動特點(diǎn)的條件即可。在拋體的位置、拋體的軌跡和拋體的速度等問題討論時。教科書以平拋物體的運(yùn)動作為一個典型案例，應(yīng)用運(yùn)動的合成與分解方法和牛頓第二定律確定拋體運(yùn)動的位置和速度，并用數(shù)學(xué)方法得到軌跡方程，這是一種重視理論分析與演繹思維的方式，有利于培養(yǎng)學(xué)生用所學(xué)知識和方法解決實(shí)際問題的能力。第4節(jié) 實(shí)驗(yàn)：研究平拋運(yùn)動1教學(xué)目標(biāo)(1)知道平拋運(yùn)動的條件及相應(yīng)控制方法；(2)知道用實(shí)驗(yàn)獲得平拋運(yùn)動軌跡的方法；(3)知道判斷運(yùn)動軌跡是否是拋物線的方法；(4)知道測量初速度時需要測量的物理量；(5)會推導(dǎo)平拋初速度的表達(dá)式，會計(jì)算平拋運(yùn)動的初速度。2教材分析與教學(xué)建議 教科書提供了三個參考方案，研究平拋運(yùn)動，教學(xué)中各學(xué)校要根據(jù)自己的實(shí)際，選用其中一個參考方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。有條件的學(xué)校，可將參考方案1與3結(jié)合起來，參考方案1要求學(xué)生動手做，參考方案3教師可事先拍好照片或錄像，在學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)后展示，并讓學(xué)生比較兩者的聯(lián)系與區(qū)別。第5節(jié) 圓周運(yùn)動1教學(xué)目標(biāo)(1)知道什么是圓周運(yùn)動，什么是勻速圓周運(yùn)動；(2)知道線速度的物理意義、定義式、矢量性，知道勻速圓周運(yùn)動線速度的特點(diǎn)；(3)知道角速度的物理意義、定義式及單位，了解轉(zhuǎn)速和周期的意義；(4)掌握線速度和角速度的關(guān)系，掌握角速度與轉(zhuǎn)速、周期的關(guān)系；(5)能在具體的情景中確定線速度和角速度與半徑的關(guān)系。 2教材分析與教學(xué)建議 本節(jié)內(nèi)容主要敘述了勻速圓周運(yùn)動，以及描述勻速圓周運(yùn)動的線速度、角速度、周期等概念和線速度與角速度的關(guān)系。對于勻速圓周運(yùn)動的定義，教科書是在講述了線速度概念后給出的，“如果物體沿著圓周運(yùn)動，并且線速度的大小處處相等，這種運(yùn)動叫做勻速圓周運(yùn)動”這樣表述比較嚴(yán)格。對于勻速圓周運(yùn)動模型的理解，從教科書的敘述和給出的定義中，可以看出高中物理中的勻速圓周運(yùn)動是質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動模型，不是物體（剛體）的轉(zhuǎn)動模型。本節(jié)內(nèi)容概念多，需要說明的問題也比較多，可以與描述直線運(yùn)動的概念進(jìn)行比較，教科書雖然只給出了線速度和角速度的定義式，建議教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步推導(dǎo)勻速圓周運(yùn)動情景下角速度、線速度與周期的關(guān)系。建議教師整理好教學(xué)目標(biāo)，明確需要講清的概念、關(guān)系和說明的問題，便于教學(xué)時有清晰的結(jié)構(gòu)。對于勻速圓周運(yùn)動來說，用角速度、線速度與周期加以描述已經(jīng)足夠了，教師不要再引入其他概念，避免加深學(xué)生的負(fù)擔(dān)。第6節(jié) 向心加速度1教學(xué)目標(biāo)(1)知道勻速圓周運(yùn)動是變速運(yùn)動，具有指向圓心的加速度向心加速度；(2)知道向心加速度的表達(dá)式，能根據(jù)問題情景選擇合適的向心加速度的表達(dá)式并會用來進(jìn)行簡單的計(jì)算；(3)會用矢量圖表示速度變化量與速度之間的關(guān)系，理解加速度與速度、速度變化量的區(qū)別；(4)體會勻速圓周運(yùn)動向心加速度方向的分析方法；(5)知道變速圓周運(yùn)動的向心加速度的方向和加速度的公式。2教材分析與教學(xué)建議教科書對向心加速度的引入是從運(yùn)動和力關(guān)系的討論開始的。其基本思路是：如果物體不受力，它將做勻速直線運(yùn)動圓周運(yùn)動不是直線運(yùn)動，沿圓周運(yùn)動的物體一定受力勻速圓周運(yùn)動的物體，受的力是什么方向？考慮實(shí)例：地球繞太陽，地球受到力的方向；細(xì)繩拉著小球在光滑水平面上作圓周運(yùn)動，小球所受合力的方向勻速圓周運(yùn)動物體所受的合力指向圓心物體的加速度也指向圓心直接給出向心加速度的兩種表達(dá)式。教科書的敘述是運(yùn)用牛頓第二定律，“從力推知加速度”的思路。這種敘述的好處是降低了教學(xué)的難度，用“迂回”的方法避開難點(diǎn)，使所有學(xué)生可以掌握向心加速的大小和方向。對學(xué)有余力，并且對物理量之間的關(guān)系及推理的嚴(yán)謹(jǐn)特別關(guān)注的同學(xué)，“做一做”中的“探究向心加速度大小的表達(dá)式”為滿足他們的需求開了“窗口”，這個“窗口”有利于學(xué)生了解在矢量狀態(tài)下速度變化量與加速度之間的聯(lián)系，有利于學(xué)生更透徹地理解圓周運(yùn)動的加速度概念。第7節(jié) 向心力1教學(xué)目標(biāo)(1)了解向心力概念，知道向心力是根據(jù)力的效果命名的；(2)體驗(yàn)向心力的存在，會分析向心力的來源；(3)掌握向心力的表達(dá)式，計(jì)算簡單情景中的向心力；(4)從牛頓第二定律角度理解向心力表達(dá)式；(5)初步了解“用圓錐擺粗略驗(yàn)證向心力的表達(dá)式”的原理；(6)會測量、分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)論。2教材分析與教學(xué)建議本節(jié)首先根據(jù)牛頓第二定律和向心加速度表達(dá)式得到向心力的表達(dá)式，定義向心力概念，討論向心力性質(zhì)和特點(diǎn)。對推出的向心力表達(dá)式用圓錐擺實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證，最后分析變速圓周運(yùn)動和一般的曲線運(yùn)動中的物體的受力情況和處理辦法。第8節(jié) 生活中的圓周運(yùn)動1教學(xué)目標(biāo) (1)能定性分析火車外軌比內(nèi)軌高的原因；(2)能定量分析汽車過拱形橋最高點(diǎn)和凹形橋最低點(diǎn)的壓力問題；(3)知道航天器中的失重現(xiàn)象的本質(zhì)；(4)知道離心運(yùn)動及其產(chǎn)生條件，了解離心運(yùn)動的應(yīng)用和防止；(5)會用牛頓第二定律分析圓周運(yùn)動；(6)進(jìn)一步領(lǐng)會力與慣性對物體運(yùn)動狀態(tài)變化所起的作用。2教材分析與教學(xué)建議本節(jié)是圓周運(yùn)動的應(yīng)用課，內(nèi)容豐富，教科書中每個例子的選擇都各有特點(diǎn)，很有代表性，鐵路的彎道是分析水平面上的勻速圓周運(yùn)動；拱形橋是分析豎直面