高中物理-竖直面内圆周运动的两个模型教学设计学情分析教材分析课后反思

《竖直面内圆周运动的两个模型》教学设计【教学目标】1.轻杆、轻绳物理模型的运动性质、受力情况和临界速度2.体会物理模型在物理学习中的重要性，培养建立物理模型的能力，增强处理实际问题的能力【教材分析】课标分析：能用牛顿第二定律分析匀速圆周运动的向心力。教材地位：向心力一节是普通高中课程标准试验教科书必修2第六章曲线运动的重点、难点，具有承前启后的作用。它既是本章知识的一个拐点，又是本章内容拓展的重要基础；通过学习，既能使学生从对圆周运动的表面认识上升到理论分析，又能让学生从生活中的圆周运动分析提高到对天体运动及带电粒子在电磁场中的运动的分析及推演。同时，向心力一节能够充分体现力和运动的在物理学中的重要性，是运动与力关系学习的好素材。本节是向心力的应用习题课，通过本节课的学习，能让学生更好的掌握向心力问题的分析方法。【学情分析】学生通过前面的学习，掌握了向心力的公式，以及圆周运动动力学问题的分析方法，本节课将要在此基础上学习竖直面内圆周运动的两个模型。【设计思想】模型教学的关键是让学生经历模型的建立过程，这样学生才会理解和应用。这节课我本着“以学生熟悉的情景为铺垫、以质疑引导为主线、以体验探究为载体、以多媒体材料为辅助、以培养学生的探究思维为主旨”的设计思路，从视频切入两个模型，利用上一节的向心力等已有知识，引导学生掌握两个模型的特点，并学会应用。【教学重点】模型的建立和理解；应用模型解决一些实际问题。【教学难点】最高点的分析【教学用具】小球、绳子、轻杆【教学过程】【温故知新】匀速圆周运动和变速圆周运动的向心力的来源解决匀速圆周运动动力学问题的一般步骤生活中常见的圆周运动：水平面内的圆周运动学习了哪种运动？竖直面内的圆周运动学习了哪种运动？【情景引入】播放水流星、过山车视频【问题导学】类型一轻绳模型（用绳拉小球在竖直面内做圆周运动）1.运动性质：小球从最高点到最低点速度大小如何变化？能否解释一下？因此绳模型中小球做什么运动？2.小球在最低点受哪些力？谁充当向心力？力和运动速度V的关系式？3.小球在最高点受哪些力？力和此时在最高点的速度V关系式？4．最高点的临界速度：在最高点何时速度最小？最小为多少？若最高点的速度，球的运动情况如何？用手边的器材实际做一做。思考：绳模型中，若小球恰好过最高点，意思是什么？5.拓展：轻绳模型的其它情况最高点无支撑，必须有最小速度，还有哪些情境也属于绳模型？【合作探究】例1.绳系着装有水的水桶，在竖直平面内做圆周运动，水的质量m=0.5kg，绳长L=50cm，求：（g=10m/s2）

（1）在最高点水不流出的最小速率？

（2）水在最高点速率v=3m/s时，水对桶底的压力？【变式练习】1.在图示光滑轨道上，小球滑下经平直部分冲上圆弧部分的最高点A时，对圆弧的压力为mg，已知圆弧半径为R，则A．在最高点A，小球受重力和向心力B．在最高点A，小球受重力、圆弧的压力和向心力C．在最高点A，小球的速度为D．在最高点A，小球的向心加速度为g【问题导学】类型二轻杆模型轻杆栓小球在竖直面内作圆周运动1.运动性质：2.小球在最低点受哪些力？谁充当向心力？力和运动速度V的关系式？3.小球在最高点受哪些力？力和此时在最高点的速度V关系式？4．最高点的临界速度：小球恰好过最高点的临界速度是多少？为什么？5.拓展：轻杆模型的其它情况最高点有支撑，还有哪些情境也属于杆模型？【合作探究】例2．轻杆长L=1．5m，以一端为圆心，在竖直面内做圆周运动，杆另一端固定一个质量m=1．8kg小球，小球通过最高点时速率v=3m/s，求此时小球对杆的作用力大小及方向（重力加速度g=10m/s2）。【变式练习】2.如图所示，质量为m的小球沿竖直平面内的圆管轨道运动，小球的直径略小于圆管的直径．已知小球以速度v通过最高点时对圆管的外壁的压力恰好为mg，则小球以速度为通过圆管的最高点时：其中正确的是（）①小球对圆管的内壁有压力②小球对圆管的外壁有压力③小球对圆管压力大小等于④小球对圆管的压力大小等于． A．①③ B．①④ C．②③ D．②④【课堂总结】1.绳模型与杆模型的相同点有哪些？2.绳模型与杆模型的不同点有哪些？3.解题注意点：【当堂检测】1．如图所示，在光滑的轨道上，小球滑下经过圆孤部分的最高点Ａ时，恰好不脱离轨道，此时小球受到的作用力有（）重力、弹力、和向心力B．重力和弹力C．重力和向心力D．重力2.如图所示，用长为L的细绳拴着质量为m的小球在竖直平面内做完整的圆周运动，则下列说法中正确的是：（）A．小球运动到最高点时所受的向心力不一定等于重力B．小球在最高点时绳子的拉力不可能为零C．小球运动到最高点的速率一定大于D．小球经过最低点时绳子的拉力不一定大于小球重力3．如下图所示，长为l的细绳一端固定在O点，另一端拴住一个小球，在O点的正下方与O点相距eq\f(l,2)的地方有一枚与竖直平面垂直的钉子；把小球拉起使细绳在水平方向伸直，由静止开始释放，当细绳碰到钉子的瞬间，下列说法不正确的是（）A．小球的线速度不发生突变B．小球的角速度突然增大到原来的2倍C．小球的向心加速度突然增大到原来的2倍D．绳子对小球的拉力突然增大到原来的2倍4．轻杆一端固定在光滑水平轴O上，另一端固定一质量为m的小球，如图所示．给小球一初速度，使其在竖直平面内做圆周运动，且刚好能通过最高点P，下列说法正确的是：（）A．小球在最高点时对杆的作用力为零B．小球在最高点时对杆的作用力大于mgC．若增大小球的初速度，则在最高点时球对杆的力一定增大D．若增大小球的初速度，则在最高点时球对杆的力可能为零5．一轻杆一端固定一质量为m的小球，以另一端O为圆心，使小球在竖直平面内做半径为R的圆周运动，以下说法正确的是（）A．小球过最高点时，杆所受的弹力不可以为零

B．小球过最高点时最小速度为C．小球过最高点时，杆对球的作用力方向可以与球所受重力方向相反。D．小球过最高点时，杆对球的作用力一定与小球所受重力方向相同。6．如果表演“水流星”节目时（一个杯子可视为质点），拴杯子的绳长为L，绳子能承受的最大拉力是杯子和杯内水重力的8倍，要使绳子不断裂，节目成功，则杯子通过最高点的速度最小为____________，通过最低点的速度最大为___________。（本题重力加速度为g）7.如图所示，质量m=0.2kg的小球固定在长为Ｌ＝0.9m的轻杆的一端，杆可绕Ｏ点的水平轴在竖直平面内转动，g=10m/s2，求：（１）当小球在最高点的速度为多大时，小球对杆的作用力为零？（２）当小球在最高点的速度分别为６m/s和1.5m/s时，杆对小球的作用力的大小和方向（３）小球在最高点的速度能否等于零？【我的收获】学情分析学生通过前面的学习，掌握了向心力的公式，以及圆周运动动力学问题的分析方法，本节课将要在此基础上学习竖直面内圆周运动的两个模型。并且学生已经经历了同学之间相互协作、相互讨论、相互交流及最后的成果展示的学习过程，具备了处理问题的一般思路方法：提出问题—分析问题—解决问题。效果分析从教学效果看，通过本节课的学习，学生能较好的理解竖直面内的圆周运动两个模型，知道这两种运动都是变速圆周运动，所以在分析时要注意区分最高点和最低点，会分析小球在最高点的受力，从而理解最高点的临界状态。并会在实际问题中准确建立物理模型，再应用相关知识分析。教材分析向心力一节是普通高中课程标准试验教科书必修2第六章曲线运动的重点、难点，具有承前启后的作用。它既是本章知识的一个拐点，又是本章内容拓展的重要基础；通过学习，既能使学生从对圆周运动的表面认识上升到理论分析，又能让学生从生活中的圆周运动分析提高到对天体运动及带电粒子在电磁场中的运动的分析及推演。同时，向心力一节能够充分体现力和运动的在物理学中的重要性，是运动与力关系学习的好素材。本节是向心力的应用习题课，通过本节课的学习，能让学生更好的掌握向心力问题的分析方法。评测练习1．如图所示，在光滑的轨道上，小球滑下经过圆孤部分的最高点Ａ时，恰好不脱离轨道，此时小球受到的作用力有（）重力、弹力、和向心力B．重力和弹力C．重力和向心力D．重力2.如图所示，用长为L的细绳拴着质量为m的小球在竖直平面内做完整的圆周运动，则下列说法中正确的是：（）A．小球运动到最高点时所受的向心力不一定等于重力B．小球在最高点时绳子的拉力不可能为零C．小球运动到最高点的速率一定大于D．小球经过最低点时绳子的拉力不一定大于小球重力3．如下图所示，长为l的细绳一端固定在O点，另一端拴住一个小球，在O点的正下方与O点相距eq\f(l,2)的地方有一枚与竖直平面垂直的钉子；把小球拉起使细绳在水平方向伸直，由静止开始释放，当细绳碰到钉子的瞬间，下列说法不正确的是（）A．小球的线速度不发生突变B．小球的角速度突然增大到原来的2倍C．小球的向心加速度突然增大到原来的2倍D．绳子对小球的拉力突然增大到原来的2倍4．轻杆一端固定在光滑水平轴O上，另一端固定一质量为m的小球，如图所示．给小球一初速度，使其在竖直平面内做圆周运动，且刚好能通过最高点P，下列说法正确的是：（）A．小球在最高点时对杆的作用力为零B．小球在最高点时对杆的作用力大于mgC．若增大小球的初速度，则在最高点时球对杆的力一定增大D．若增大小球的初速度，则在最高点时球对杆的力可能为零5．一轻杆一端固定一质量为m的小球，以另一端O为圆心，使小球在竖直平面内做半径为R的圆周运动，以下说法正确的是（）A．小球过最高点时，杆所受的弹力不可以为零

B．小球过最高点时最小速度为C．小球过最高点时，杆对球的作用力方向可以与球所受重力方向相反。D．小球过最高点时，杆对球的作用力一定与小球所受重力方向相同。6．如果表演“水流星”节目时（一个杯子可视为质点），拴杯子的绳长为L，绳子能承受的最大拉力是杯子和杯内水重力的8倍，要使绳子不断裂，节目成功，则杯子通过最高点的速度最小为____________，通过最低点的速度最大为___________。（本题重力加速度为g）7.如图所示，质量m=0.2kg的小球固定在长为Ｌ＝0.9m的轻杆的一端，杆可绕Ｏ点的水平轴在竖直平面内转动，g=10m/s2，求：（１）当小球在最高点的速度为多大时，小球对杆的作用力为零？（２）当小球在最高点的速度分别为６m/s和1.5m/s时，杆对小球的作用力的大小和方向（３）小球在最高点的速度能否等于零？课后反思本节课的想法是让学生通过问题探究，理解和建立物理模型，掌握模型的特点，并能在实际问题中建立模型进行分析，从本节课的教学来看，学生掌握基本可以，但也存在一些问题。一是教师要进一步解放思想，相信学生，留给学生更充分的时间进行探究，这样对学生的能力培养将会更加到位。二是进一步精简教学环节，突出重点，在课堂上做到详略得当，收放自如。课标分析课程标准：能用牛顿第二定律