《探究曲線運動的條件》教學設計一、設計思想

在舊教材中，《曲線運動》關于曲線運動的速度方向的教學，通常通過演示圓周運動的小球離心現象，演示砂輪火星痕跡實驗，采取告知的方式，讓學生知道曲線運動的速度方向為該位置的切線方向，由于軌跡是瞬間性，實驗有效性差。在新教材中，通過曲線軌道實驗演示曲線運動的方向，再告知速度方向是曲線的切線方向，與舊教材相比，能獲得具體的軌跡和末速度的“方向”，但是無法證明速度方向是切線方向。

筆者通過簡易自制器材，讓學生通過探究過程獲得曲線運動的速度方向，并自己獲得如何畫曲線運動的速度方向的方法，強調科學探究的過程。筆者還通過當堂設計自行車擋泥板，以便學生把自己獲得的知識應用于實踐，體驗學以致用、知識有價的感受。還要求學生觀察自行車的擋泥板驗證自己的設計作為課外作業，提高科學素養。

二、教材分析

教學基本要求：知道什么叫曲線運動，知道曲線運動中速度的方向，能在軌跡圖中畫出速度的（大致）方向，知道曲線運動是一種變速運動，知道物體做曲線運動的條件。

發展要求：掌握速度和合外力方向與曲線彎曲情況之間的關系。

本課是整章教學的基礎，但不是重點內容，通過實驗和討論，讓學生體會到曲線運動的物體的速度是時刻改變的，曲線運動是變速運動，速度的方向是曲線的切線方向。

模塊的知識內容有三點：1、什么是曲線運動（章引）；2、曲線運動是變速運動；3、物體做曲線運動的條件。

三、學情分析

在初中，已經學過什么是直線運動，什么是曲線運動，也知道曲線運動是常見的運動，但是不知道曲線運動的特點和原因。由于初中的速度概念的影響，雖然學生在第一模塊學過速度的矢量性，但是在實際學習中常常忽略了速度的方向，也就是說學生對“曲線運動是變速運動”的掌握有困難。

學生分組實驗時，容易滾跑小鋼珠，要求學生小心配合。幾何作圖可能難以下手，教師可以適當提示。學生主要的學習行為是觀察、回答、實驗。

四、教學目標

1、知識與技能：

（1）知道什么叫曲線運動；（2）知道曲線運動中速度的方向；

（3）能在軌跡圖中畫出速度的大致方向，能在圓周運動軌跡中規范地畫出速度方向；

（4）知道曲線運動是一種變速運動；

（5）知道物體做曲線運動的條件；

（6）會判斷軌跡彎曲方向（發展要求）。

2、過程與方法

（1）經歷發現問題──猜想──探究──驗證──結論──交流的探究過程；

（2）經歷并體會研究問題要先從粗略到精細，由定性到定量，由特殊到一般再到特殊的過程；

（3）嘗試用數學幾何原理在物理研究中應用。

3、情感態度與價值觀（1）主動細心觀察，注意關注身邊的科學，積極參與學習活動。

（2）感受到科學研究問題源于生活實踐，獲得的結論服務于生活實踐，體會學以致用的感受。

（3）初步感受下結論不能主觀而要有科學依據的嚴謹的科學態度。

（4）初步養成小心翼翼做實驗的習慣。

五、重點難點

重點：體驗獲得“曲線運動的速度方向是切線方向”的實驗過程。會標出曲線運動的速度方向。

難點：如何獲得曲線運動的速度方向是切線方向。

六、教學策略與手段

在教學活動上：體現學生的主體性，體現教師的指導性和服務性。在教學媒體設計上：強調以試驗教學為主，以多媒體為輔助（投影問題與習題）。在教學程序上基本上按照加涅信息加工模型。引起注意──告知學生學習目標──刺激回憶先決性的學習──呈現刺激材料──提供學習幫助──引出作業──提供作業──提供反饋──評價作業──促進保持和遷移，通過問題鏈把教、學、練、評有機整合。在學習過程上：突出學生發現問題──猜想──探究──驗證──結論──應用。在探究方法上：突出整合數學知識解決物理問題。認知過程上：突出人類的學習規律和認知規律，即，由粗略研究到精細研究，由特殊到一般再到特殊的過程。在理念上：突出科學的研究源于生活實踐，服務于生活實踐；認識到“下結論必須要有科學依據”。

七、課前準備

學生無需預習課本，否則像已知謎底的猜謎活動那樣，那些探究的活動和問答沒有意義。

教師要做好教學用具準備工作。車速計數碼照片；細線和擺球；礦泉水和小雨傘；水果（桔子）、白紙，方形磁鐵。調試多媒體設備。

八、教學過程

曲線運動

問題一：什么樣的運動叫曲線運動？[投影]

師：人走路，駕車騎車、分吹雨打河流彎彎，籃球足球跑步等，飛機導彈衛星宇航行星，運動按照運動軌跡分為直線運動和曲線運動，物體運動的軌跡為曲線的運動叫曲線運動。請大家列舉曲線運動現象。

生：舉例曲線運動

師：曲線運動是很常見的運動。圓周運動是曲線運動的一種特殊現象。

（教學安排，簡單扼要，節約時間）

問題二：做曲線運動的物體的速度有什么特點？[投影]

師：要研究物體的運動，我們必須研究物體的位移、速度、加速度等物理量，本堂課我們先研究曲線運動的速度的大小和方向有什么特點。

1、做曲線運動的物體的速度大小？[投影]

師：汽車里面有一個車速計（多媒體呈現數碼照片），若果汽車拐彎時保持這個讀數不變，那么，汽車做直線運動還是曲線運動？它的速度大小有無變化？師：通常情況下，汽車拐彎要減速慢行，那么，汽車的慢行拐彎時，車上的車速計的讀數如何變化？車還是做曲線運動嗎？

師：這些事實說明，作曲線運動的物體的速度大小可以變化也可以不變（板書）。

2、做曲線運動的物體的速度方向？[投影]

汽車的拐彎時，速度方向有無變化？速度是一個矢量，它有方向性，那么做曲線運動物體的速度方向如何？

粗略研究（猜想）：

演示1：教師演示擺球圓周運動時（先要求學生觀察小球的運動方向），突然放手，小球飛出去。

演示2：教師把礦泉水到在一把小雨傘上（先要求學生觀察水滴的運動方向），快速旋轉小雨傘，雨滴從轉動的小雨傘邊緣飛出。

演示3：演示砂輪火星（要求砂輪圓面朝學生，以便學生觀測大致切線方向）。

師：你們畫出的方向是精確方向還是大致方向。如何畫出精確的方向？

精細研究（探究、驗證、結論）（重點難點）：物體做勻速直線運動，它的速度方向和運動軌跡方向一致。如果曲線運動的物體突然開始做勻速直線運動，那么直線運動的方向和曲線運動的末速度方向一致。（采取板畫形式，師生共同回憶得出這個結論）

1、教師先演示投影：把小鋼珠放在黑墨水瓶蓋里轉一下（內有一點點墨水），再放在半圓形有機玻璃軌道上運動并飛出，讓鋼珠在白紙上留下痕跡，同樣在3/5半圓周，4/5半圓周上運動飛出，讓學生猜測飛出方向由什么特點？（有機玻璃板說明：厚約5毫米，略小于小鋼珠直徑，圓弧半徑15厘米，MN邊稍長些，以便過MN做直線，根據半徑大小確定圓心O位置。）

學生猜想：切線方向

2、再分組實驗，提醒同桌配合，小心鋼珠滾跑。實驗完畢，要求作圖驗證，并互相討論交流。

3、交流和結論：

師：要引導學生得出正確的科學結論：“圓周運動的物體的速度方向為該點的切線方向”，而不能直接得出“曲線運動的的物體速度方向為該點的切線方向”。

4、如何在圓周運動的軌跡上標注速度方向

請在圓周上任取兩點，作出該位置的物體速度方向。并研究圓周運動的速度方向有什么特點？

學生：找出圓心，做圓心和某點連線，再做連線的垂線，標出箭頭（精確畫法）。

學生：不同位置，速度方向不一樣。“圓周運動是變速運動”

（特別強調：剛才的實驗是圓周運動，不能得出“曲線運動是變速運動”“曲線運動的速度方向是切線方向”的結論）

5、一般曲線運動的速度情況和圓周運動一樣嗎？（由特殊到一般）

師邊畫邊講：圓周是特殊的曲線，一般的曲線可以看成很多很多的圓弧構成，每一個圓弧都是圓周的一部分。所以，曲線運動可以看成無數個圓周運動構成，曲線上每一個位置的速度方向就是該點所在的圓周的切線方向，速度方向時刻在變化。

所以：“曲線運動的物體速度方向為該點的切線方向”“曲線運動是變速運動”[投影]。6、如何畫一般曲線運動的速度方向？

要求學生閱讀課文33頁關于切線的三個自然段。教師再作示范。讓學生學會粗略畫一般曲線運動的速度方向。

第一次課堂練習（及時反饋、鞏固、評價、遷移）

1、作業本37頁第3題。“和平”號空間站環繞地球運行的軌跡是直線還是曲線？運行速度保持不變還是時刻改變。

2、作業本37頁第7題。要求在在汽車波浪形路徑上三個位置標注速度的方向。

問題三：如何使物體做曲線運動？[投影]

演示投影：在投影儀上鋪上白紙，放上一個高度1厘米左右自制的有機玻璃玻璃斜坡，中間刻一條直槽。把小鋼珠放在墨水瓶蓋里轉一下，把小鋼珠放在槽中滾下，先不用磁鐵，軌跡是一條直線。（效果很好，軌跡很清晰）

師：如何使小鋼珠拐彎？

生：用磁鐵吸引。

教師演示并投影：磁鐵用電機模型里的方形磁鐵（效果很好）。

師：要使小鋼珠會彎向右側，磁體放在哪一側？

生：右側。教師演示結果。師：要使小鋼珠會彎向左側，磁體放在哪一側？

生：把磁鐵放在左側。教師演示結果。

師：如果放在正下方，小鋼珠會作什么運動？

師：如果放在正上方，小鋼珠會作什么運動？

師：你認為物體做曲線運動的條件是什么？

生：運動物體在一個外力作用下。

師：對這個外力有什么要求？

生：外力方向與運動方向有個夾角？

師：外力方向和運動方向有什么要求嗎？

生：不能相同也不能相反，也就是不能在同一條直線。

師；如果在兩側各放一個磁鐵，小鋼珠運動軌跡會彎向哪邊？生：那邊磁力大，彎向哪邊。

引導學生得出結論（板書）：

物體做曲線運動的條件：物體受到的合力的方向跟它的速度方向不在同一直線上。

鞏固練習

學生演示并分析：

師：怎么樣使粉筆頭作曲線運動？怎么使粉筆頭作直線運動？原因分析。

第二次課堂練習（及時反饋、復習、鞏固、評價、遷移）

1、作業本38頁第6題：已知物體初速度方向和恒定的合外力方向，判斷物體運動的大致軌跡。

課堂小結：[以問答題形式進行]

2、（投影）下面說法正確的？A．曲線運動的速度大小一定是變化的

B．曲線運動的速度方向一定是變化的

C．曲線運動一定是變速運動

D．變速運動一定是曲線運E．做曲線運動的物體所受合力一定不為零。

F．合外力不為零的運動一定是曲線運動。

G．曲線運動的加速度一定不為零。

H．曲線運動的加速度一定為零。

九、作業設計

教師要求學生到自行車棚觀察自行車的擋泥板。對照自己的設計，做比較分析。推測設計師為什么要這樣設計。

十、知識結構或板書設計曲線運動

1、曲線運動：物體運動的軌跡為曲線的運動。

2、曲線運動的特點：是變速運動

速度大小可以變化也可以不變

速度方向為切線方向，時刻在變化

3、做曲線運動的條件：

物體受到的合力的方向跟它的速度方向不在同一直線上

【問題研討】

1、鋼珠的軌跡分析：

小鋼珠滾出的軌跡和有機玻璃的圓周不是重合的，如圖所示，相差一個鋼珠的半徑值，但是圓心和飛出點的連線與半徑還是是垂直。由于小鋼珠的半徑遠遠小于圓弧的半徑，這點相差可以忽略。如果學生能力較強，可以略作說明。

2、作業分析；

課堂上，學生對擋泥板的設計很感興趣，但是由于教師對學生設計不做肯定或否定，而是說“你們都有自行車、或者天天看到自行車，有無注意觀察，你們看到的自行車擋泥板是這么樣的？讓事實說話吧，請大家到停車場看看”。學生心理求知欲更強烈，課后許多學生立即去觀察。結果晚自修時就有很多學生把觀察到情形告訴我。我組織大家討論，取得意想不到的效果。這個作業很有物理味道，體現STS教育，學生參與度強，觀察細致，分析有理。學情分析在初中的學習中對于直線運動的特點和規律已經理解透徹，曲線運動在知識結構上對于高一學生是比較新的內容，又涉及到對矢量的理解，學生掌握這部分知識就具有一定的難度。但在教學中，首先讓學生要建立物體做曲線運動的圖景。教材中所示的曲線運動的圖景，生活中有很多，讓學生們去觀察，去體驗。例如讓學生抬起自行車的后輪，旋轉腳踏板使后輪轉動，觀察輪上的泥點脫離車輪前的運動。然后提高車輪的轉速，泥點將脫離車輪，觀察泥點脫離車輪時的速度方向以及泥點脫離車輪后的運動。自行車是學生們最常用的交通工具，利用上述圖景，可以縮短物理知識與學生之間的距離，建立學生對物理、對科學的親近感。還可以讓學生去觀察公園內的各種游藝項目，數數在哪些項目中參與者的運動是曲線運動，相信學生會得出“生活中曲線運動比直線運動更普遍”的結論。效果分析本節課，首先通過視頻，圖片，引入新課，學生在視覺等觀感上對曲線運動有了了解，在授課過程中，通過學生的動手，以及一些視頻，提高了學生的學習興趣，能讓學生在愉快中，學到新的知識，并且通過學生的探究自己就能掌握好知識，效果較好，另外，布置的課后作業，也引起了學生的學習興趣，對學生探究生活中的物理知識起到了很大的推動作用！在課堂上，通過學生的動手，特別是學生把桔子扔出去的行動，不僅讓學生感動快樂，更重要的是讓學生直觀的感受到了，曲線運動的實際情況！教材分析

教材先安排曲線運動的方向，然后安排物體做曲線運動的條件。從知識結構上看，曲線運動的方向在軌跡上某點的切線方向是反映曲線運動的運動學特征，而曲線運動的條件則是動力學特征，完全符合牛頓力學的研究思路。從對學生認知建構的過程來看，知道曲線運動的方向只是知道一個事物的結果，掌握了曲線運動發生的條件才能理解出現該結果的原因，這樣才能在邏輯上有利于學生深刻理解本節的兩個重點內容。本節是整章教學的知識基礎。教材中選取了兩個實際情景的圖片和一個演示實驗。這樣的安排充分體現了重視教學中知識與技能目標達成的同時更加突出過程和方法的形成。本來在通過觀察砂輪打磨刀具和投擲鏈球兩個視頻后學生得出感性的、最表面的結論，學生還需要深入問題的本質。教材中又安排了一個看似簡單的實驗，這個實驗和上述兩個材料有本質的不同，它不是一看就了事，而是要通過收集信息和分析、處理信息，然后得到物理結論，這是科學研究過程的必然。這樣能使學生感覺到，一個結論的形成并不是草率的。到此似乎研究的過程就可以畫上完美的句號，但是通過上述實驗只能得出做圓周運動時質點的速度方向，這不能代表一般的曲線運動，所以結論不具有普遍性。因此教材中又安排了采用極限思想的一段理論證明，從理論上證明了任何曲線運動的物體在某點的速度方向在曲線上該點的切線方向。通過實驗和討論，讓學生體會到做曲線運動的物體的速度是時刻改變的，曲線運動是變速運動；速度的方向沿軌跡的切線方向；理解物體做曲線運動的條件。評測練習【課堂練習1】：1、關于曲線運動，下列說法正確的是()A.曲線運動一定是變速運動B.曲線運動速度的方向不斷地變化。但速度的大小可以不變C.曲線運動的速度方向可能不變D.曲線運動的速度大小和方向一定同時改變2、下列對曲線運動中的速度的方向說法正確的是()A.在曲線運動中，質點在任一位置的速度方向總是與這點的切線方向相同B.在曲線運動中，質點的速度方向有時也不一定是沿著軌跡的切線方向C.旋轉雨傘時．傘面上的水滴由內向外做螺旋運動，故水滴速度方向不是沿其切線方向的D.旋轉雨傘時，傘面上的水滴由內向外做螺旋運動，水滴速度方向總是沿其軌道的切線方向【課堂練習2：】1、請同學們畫出下面物體由A到C做曲線運動中物體分別在A、B、C點時的速度方向。2、小球在水平桌面上做勻速直線運動，當它受到如圖所示方向的力的作用時，小球可能運動的方向是()A、OaB、ObC、OcD、Od3、以下說法正確的是:A．物體在恒力作用下不可能做曲線運動B．物體在變力的作用下不可能做直線運動C．物體在恒力作用下可能做曲線運動D．物體在變力的作用下可能做直線運動4、如圖所示,物體在恒力的作用下沿從A曲線運動到B,此時突然使力反向,物體的運動情況是(