2024-2025学年高中物理 第五章 曲线运动 5 向心加速度（3）教案 新人教版必修2

2024-2025学年高中物理第五章曲线运动5向心加速度（3）教案新人教版必修2授课内容授课时数授课班级授课人数授课地点授课时间教材分析《2024-2025学年高中物理第五章曲线运动5向心加速度（3）教案新人教版必修2》旨在让学生深入理解向心加速度的概念及其在曲线运动中的应用。本教案紧密联系教材，以第五章曲线运动为基础，重点探讨圆周运动中的向心加速度。通过分析圆周运动的实例，使学生掌握向心加速度的公式推导，并能运用向心加速度解释实际物理现象。教学内容与教材同步，注重培养学生的物理思维和解决问题的能力。核心素养目标二、核心素养目标：通过本节课的学习，培养学生以下核心素养：掌握圆周运动的基本概念，形成对向心加速度的直观理解，提高学生的科学思维能力；运用物理公式和数学工具进行定量分析，增强学生的科学探究能力；结合实际情境，运用物理知识解释生活中的曲线运动现象，提升学生的问题解决能力；通过小组合作与讨论，培养学生的团队合作意识和交流表达能力，全面提高学生的物理学科核心素养。教学难点与重点1.教学重点：

-理解并掌握向心加速度的定义及表达式；

-学会运用向心加速度解释圆周运动现象；

-掌握向心力与向心加速度的关系，并能运用此关系分析问题。

举例：通过公式\(a_c=\frac{v^2}{r}\)让学生理解向心加速度与线速度和半径的关系，强调在圆周运动中，向心加速度始终指向圆心。

2.教学难点：

-对向心加速度方向的识别，即向心加速度始终垂直于运动轨迹；

-向心加速度与切向加速度的区分，理解它们在圆周运动中的作用；

-在复杂曲线运动中，如何将向心加速度从合加速度中分离出来。

举例：解释在水平面上的圆周运动中，向心加速度只影响速度方向而不改变速度大小，而切向加速度则影响速度大小；在非匀速圆周运动中，如何从合加速度中分离出向心加速度，理解其物理意义。教学方法与手段1.教学方法：

-采用讲授法，系统地讲解向心加速度的概念、公式及物理意义，确保学生对基础知识的掌握；

-通过讨论法，组织学生就圆周运动实例进行分析，引导学生主动探索向心加速度的特点及影响因素；

-应用实验法，设计简单的圆周运动实验，让学生亲身体验向心加速度，提高实践操作能力。

2.教学手段：

-利用多媒体设备，展示动态的圆周运动图像，帮助学生形象理解向心加速度；

-使用教学软件，模拟圆周运动过程，让学生直观地观察向心加速度的变化；

-引入实物教具，如玩具汽车、圆形轨道等，让学生在操作中感受向心加速度的实际存在。教学过程首先，让我们一起来回顾一下上一节课的内容。我们讨论了圆周运动的基本概念，特别是线速度和角速度。今天，我们将深入探讨一个全新的概念——向心加速度。这个概念对于我们理解曲线运动，尤其是圆周运动至关重要。

1.导入新课

（1）提问：“同学们，当你们坐在旋转木马上或者开车转弯时，有没有感觉到身体被某种力量推向内侧？这种力量是什么？”（学生回答）

（2）总结：“这种力量就是我们今天要学习的向心加速度。它始终指向圆心，并且在圆周运动中起着关键作用。”

2.基本概念与公式

（1）讲解向心加速度的定义：“向心加速度是指在圆周运动中，物体受到的指向圆心的加速度。”

（2）板书向心加速度的公式：\(a_c=\frac{v^2}{r}\)，并解释：“这里的\(v\)是线速度，\(r\)是圆的半径。从公式可以看出，线速度越大，半径越小，向心加速度就越大。”

（3）提问：“同学们，你们能从这个公式中得出什么结论？”（学生回答）

（4）讲解向心加速度的方向：“向心加速度始终垂直于运动轨迹，指向圆心。”

3.实践探究

（1）实验演示：使用一个细线悬挂的小球，使其做圆周运动。观察小球的运动轨迹，并分析向心加速度的方向。

（2）学生分组讨论：请同学们分成小组，讨论以下问题：

-在实验中，如何确定向心加速度的方向？

-向心加速度与线速度、半径之间的关系是什么？

（3）小组代表发言，分享讨论成果。

4.知识拓展

（1）讲解向心力与向心加速度的关系：“在圆周运动中，向心力是产生向心加速度的原因。向心力越大，向心加速度也越大。”

（2）拓展知识点：向心加速度与切向加速度的区分。切向加速度是改变线速度大小的加速度，而向心加速度是改变线速度方向的加速度。

5.应用举例

（1）举例1：解释赛车在转弯时的向心加速度，以及如何通过调整车速和转弯半径来减小向心加速度，提高行驶安全性。

（2）举例2：分析洗衣机脱水过程中，向心加速度对衣物水分子的作用，解释为什么脱水效果与转速有关。

6.课堂小结

（1）提问：“通过今天的学习，我们了解了向心加速度的概念、公式和方向，那么同学们能总结一下向心加速度在圆周运动中的作用吗？”（学生回答）

（2）总结：“向心加速度是圆周运动中非常重要的概念，它决定了物体在圆周运动中的轨迹和稳定性。了解向心加速度，有助于我们更好地理解生活中的曲线运动现象。”

7.课后作业

（1）请同学们完成教材第5章第3节后的练习题。

（2）思考题：在生活中，还有哪些现象可以用向心加速度来解释？如何运用所学的物理知识来解决这些问题？知识点梳理1.向心加速度的定义与表达式

-向心加速度：在圆周运动中，物体受到的指向圆心的加速度。

-表达式：\(a_c=\frac{v^2}{r}\)，其中\(v\)是线速度，\(r\)是圆的半径。

2.向心加速度的方向

-向心加速度的方向始终指向圆心，与物体的运动轨迹垂直。

3.向心加速度与线速度、半径的关系

-向心加速度与线速度成正比，与半径成反比。

-在给定半径的情况下，线速度越大，向心加速度越大；在给定线速度的情况下，半径越小，向心加速度越大。

4.向心力与向心加速度的关系

-向心力是产生向心加速度的原因。

-向心力的大小等于物体质量与向心加速度的乘积。

5.向心加速度与切向加速度的区分

-向心加速度：改变速度方向，不改变速度大小。

-切向加速度：改变速度大小，不改变速度方向。

6.向心加速度的实际应用

-赛车转弯时，通过降低速度和增大转弯半径来减小向心加速度，提高安全性。

-洗衣机脱水过程中，高转速产生较大的向心加速度，有助于水分子的脱离。

7.圆周运动的稳定性

-向心加速度决定了物体在圆周运动中的稳定性。

-当向心加速度过大时，物体可能无法保持圆周运动，会发生离心现象。

8.向心加速度的测量与计算

-实验方法：通过观察物体在圆周运动中的运动状态，测量线速度和半径，计算向心加速度。

-计算方法：应用向心加速度的公式，结合物体的线速度和半径进行计算。

9.复杂曲线运动中的向心加速度分析

-在非匀速圆周运动中，向心加速度可能随时间变化。

-通过微分方程和向量分析等方法，可以研究复杂曲线运动中的向心加速度。板书设计1.标题：

-向心加速度

2.定义与公式：

-向心加速度：指向圆心的加速度

-\(a_c=\frac{v^2}{r}\)

-\(v\)：线速度

-\(r\)：圆的半径

3.特点与方向：

-方向：始终指向圆心，垂直于运动轨迹

4.关系：

-向心力\(F_c=m\cdota_c\)

-\(m\)：物体质量

5.与切向加速度区分：

-向心加速度：改变速度方向

-切向加速度：改变速度大小

6.应用实例：

-赛车转弯

-洗衣机脱水

7.稳定性与离心现象：

-向心加速度过大：可能导致离心现象

8.测量与计算：

-线速度与半径测量

-向心加速度计算

9.复杂曲线运动分析：

-非匀速圆周运动

-微分方程与向量分析

板书设计以清晰的结构，简洁明了地呈现向心加速度的核心知识点，突出重点内容，同时以图示和实例增加趣味性和艺术性，激发学生的学习兴趣。课后作业1.解释题：请用自己的话简要解释向心加速度的概念及其在圆周运动中的作用。

答案示例：向心加速度是指在圆周运动中，物体受到的指向圆心的加速度。它决定了物体在圆周运动中的速度方向不断改变，使物体维持圆周运动。

2.计算题：一辆汽车在半径为100米的弯道上以20米/秒的速度行驶，求汽车的向心加速度。

答案：\(a_c=\frac{v^2}{r}=\frac{20^2}{100}=4\text{m/s}^2\)

3.分析题：在一辆匀速圆周运动的过山车上，乘客在最高点时为何会感到轻飘飘？

答案示例：因为在最高点，向心加速度与重力加速度方向相反，减小了乘客所受的有效重力，从而让乘客感到轻飘飘。

4.应用题：解释为什么在洗衣机脱水过程中，提高转速可以更好地脱水？

答案示例：提高转速会增加衣物的向心加速度，使得水分子的离心力增大，从而更容易被甩出衣物。

5.探究题：设计一个实验，验证向心加速度与线速度和半径的关系。

答案示例：

-实验材料：小车、绳子、滑轮、尺子、计时器。

-实验步骤：

1.将小车固定在绳子上，通过滑轮使小车做匀速圆周运动。

2.分别测量不同半径和线速度下小车的运动情况。

3.使用计时器记录小车通过固定点的时间，计算线速度。

4.根据向心加速度公式\(a_c=\frac{v^2}{r}\)计算不同条件下的向心加速度。

-结论：实验结果表明，向心加速度与线速度成正比，与半径成反比。

6.拓展题：讨论在非匀速圆周运动中，向心加速度如何变化？

答案示例：在非匀速圆周运动中，向心加速度会随着线速度的变化而变化。当线速度增大时，向心加速度增大；当线速度减小时，向心加速度减小。

7.思考题：在生活中，还能举出哪些应用向心加速度的例子？如何运用所学的物理知识来解释这些现象？

答案示例：例如，飞机在转弯时，通过调整机翼的角度来控制向心加速度，保持稳定的飞行；在自行车比赛中，车手在弯道处通过降低速度和增大转弯半径来减小向心加速度，提高安全性。运用物理知识可以解释这些现象背后的原理，帮助人们更好地理解和应用向心加速度。反思改进措施一、教学特色创新

1.采用讲授法、讨论法、实验法等多种教学方法，激发学生学习兴趣，提高课堂参与度。

2.利用多媒体设备和教学软件，展示动态的圆周运动图像和模拟实验，增强学生对向心加速度的直观理解。

3.设计实践探究环节，让学生通过实验和小组讨论，深入理解向心加速度的概念和特点。

二、存在主要问题

1.在教学管理方面，课堂纪律需要进一步加强，部分学生在讨论环节中过于活跃，影响教学效果。

2.在教学方法上，部分学生对公式推导和计算过程理解不够深入，需要更多实例和练习来巩固。

3.在教学评价方面，对学生的学习效果评估不够全面，需要更多形式的测试和反馈来了解学生的学习情况。

三、改进措施

1.针对课堂纪律问题，将加强对学生的课堂行为管理，明确课堂规则，并采取相应的激励措施，鼓励学生积极参与的同时保持秩序。

2.针对学生对公式推导和计算过程理解不够深入的问题，将增加实例分析和练习题，让学生在实际应用中加深对知识点的理解。

3.针对教学评价不够全面的问题，将采取多种形式的测试和反馈，包括课堂提问、小测验和作业批改，以及与学生的个别交流，以更全面地了解学生的学习情况，并针对性地提供帮助和指导。同时，将鼓励学生积极参与课堂讨论和实验活动，提高他们的实践能力和团队合作能力。课堂在课堂教学中，通过提问、观察和测试等方式，及时了解学生的学习情况，发现并解决问题。针对学生在讨论环节中过于活跃的问题，将加强对学生的课堂行为管理，明确课堂规则，并采取相应的激励措施，鼓励学生积极参与的同时保持秩序。同时，通过观察学生的课堂表现，了解他们对向心加速度概念和特点的理解程度，及时调整教学方法和节奏，确保学生对知识点的深入理解。此外，通过课堂测试，评估学生对向心加速度公式的掌握程度，及时发现并解决他们在计算和理解上的困难。

二、作业评价

对学生的作业进行认真批改和点评，及时反馈学生的学习效果。在批改作业时，注意检查学生对向心加速度公式的应用是否准确，对计算过程的理解是否深入。对作业中的错误和不理解之处，给予详细的批注和解释，帮助学生纠正错误，并加深对知识点的理解。同时，对学生的作业进行积极评价，鼓励他们继续努力，提高学习效果。通过作业评价，了解学生的学习进展和困难，为下一步的教学