2024-2025学年高中物理 第五章 曲线运动 5 向心加速度（3）教学实录 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）教学实录新人教版必修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课程基本信息1.课程名称：高中物理

2.教学年级和班级：高一（1）班

3.授课时间：2024年9月15日星期一第2节

4.教学时数：1课时核心素养目标分析培养学生运用数学工具解决物理问题的能力，提高学生分析曲线运动中向心加速度的物理意义和应用。通过实验探究，提升学生的科学探究精神和实践能力。强化学生的物理观念，使学生理解向心加速度与圆周运动的关系，培养学生的科学思维和科学态度。学习者分析1.学生已经掌握了哪些相关知识：

学生在进入本节课之前，已经学习了基本的运动学知识，包括速度、加速度等概念，以及牛顿运动定律。此外，他们应该对圆周运动有一定的了解，包括匀速圆周运动的基本特性。

2.学生的学习兴趣、能力和学习风格：

高中生对物理学科通常表现出浓厚的兴趣，尤其对运动学这一部分。他们具备一定的抽象思维能力，能够理解物理概念和公式。学习风格上，部分学生偏好通过实验和直观演示来理解物理现象，而另一些学生则更倾向于通过数学推导和逻辑分析来掌握知识。

3.学生可能遇到的困难和挑战：

学生在理解向心加速度的概念时可能会遇到困难，因为这一概念涉及到矢量的概念和圆周运动的几何特性。此外，将向心加速度与切向加速度结合分析物体在曲线运动中的运动状态时，学生可能会在处理矢量和分量的运算上感到挑战。此外，对于曲线运动中速度和加速度的方向变化，学生可能需要时间来建立正确的物理图像。教学资源-软硬件资源：多媒体教学设备（电脑、投影仪）、物理实验器材（圆周运动装置、速度传感器、加速度计）、电子白板。

-课程平台：学校内部网络教学平台。

-信息化资源：高中物理课程标准、教学大纲、电子教案、相关视频资料。

-教学手段：实物演示、动画模拟、课堂讨论、小组合作学习。教学过程1.导入新课

（老师）同学们，我们上一节课学习了曲线运动的基本概念，了解了曲线运动的性质。今天我们将继续探讨曲线运动中的向心加速度，这是曲线运动中的一个重要概念。请大家回忆一下，曲线运动的特点是什么？

（学生）曲线运动的特点是速度方向不断变化。

（老师）很好，速度方向的变化意味着物体在曲线运动中存在加速度。今天我们要深入探讨的就是这种加速度——向心加速度。那么，什么是向心加速度呢？它是如何产生的？我们如何计算它？

2.探究向心加速度的概念

（老师）为了理解向心加速度，我们先来做一个实验。请大家观察一下这个圆周运动装置，它由一个轻质球和一根固定在水平面上的细杆组成。现在，我们让球沿着细杆做匀速圆周运动。

（学生）老师，我们看到了球在运动过程中，它的速度方向一直在改变。

（老师）是的，这正是曲线运动的特点。接下来，我们使用加速度计来测量球在运动过程中的加速度。请大家观察加速度计的示数。

（学生）老师，加速度计的示数不为零，这说明球在运动过程中存在加速度。

（老师）很好，那么这个加速度是什么加速度呢？它是如何产生的？这就是我们要探究的问题。

3.分析向心加速度的产生原因

（老师）我们知道，物体在曲线运动中，速度方向的变化是由合外力引起的。那么，这个合外力是什么？它是如何产生向心加速度的？

（学生）老师，根据牛顿第二定律，合外力等于质量乘以加速度。那么，在圆周运动中，合外力应该指向圆心。

（老师）非常正确！在圆周运动中，合外力是指向圆心的，这个力就是向心力。向心力是产生向心加速度的原因。

4.计算向心加速度

（老师）既然我们已经知道了向心加速度的产生原因，那么我们如何计算向心加速度呢？

（学生）老师，根据向心力的定义，向心力等于质量乘以向心加速度。所以，我们可以通过测量向心力来计算向心加速度。

（老师）很好，那么我们如何测量向心力呢？我们可以使用弹簧测力计来测量球在圆周运动中受到的向心力。

（学生）老师，我们还需要知道球的质量和圆周运动的半径，才能计算向心加速度。

（老师）对，我们需要知道球的质量和圆周运动的半径。现在，我们就可以根据向心力的定义和测量结果来计算向心加速度了。

5.应用向心加速度

（老师）同学们，我们已经学习了向心加速度的概念、产生原因和计算方法。现在，让我们来应用一下这个知识。

（学生）老师，我们可以在实际生活中找到很多应用向心加速度的例子，比如汽车在弯道行驶、地球绕太阳公转等。

（老师）非常正确！向心加速度在我们的生活中有着广泛的应用。通过学习向心加速度，我们可以更好地理解这些现象。

6.总结与反思

（老师）同学们，今天我们学习了向心加速度的概念、产生原因和计算方法。通过实验和讨论，我们明白了向心加速度在曲线运动中的重要性。希望大家能够将所学知识应用到实际生活中，进一步拓展我们的物理视野。

（学生）老师，我们今天学到了很多新知识，对曲线运动有了更深入的理解。谢谢老师！

（老师）不客气，同学们。希望大家能够继续努力学习，不断提高自己的物理素养。好了，今天的课就上到这里，下课！教学资源拓展1.拓展资源：

-物理实验：除了本节课中使用的圆周运动装置，还可以引入其他实验，如使用电磁感应法测量向心加速度，或者通过改变圆周运动半径和速度来观察向心加速度的变化。

-数学工具：利用三角函数和微积分工具来推导圆周运动中的向心加速度公式，加深学生对数学在物理中的应用理解。

-物理史实：介绍历史上关于圆周运动和向心加速度的研究，如开普勒定律和牛顿的万有引力定律，以及它们对现代物理学的贡献。

2.拓展建议：

-实验探究：鼓励学生设计实验来验证向心加速度与速度、半径之间的关系，通过实际操作加深对概念的理解。

-数学应用：引导学生尝试使用微积分中的导数概念来分析圆周运动中速度和加速度的变化率。

-课外阅读：推荐学生阅读相关的科普书籍或在线文章，了解向心加速度在航天、汽车工程等领域的应用。

-课题研究：指导学生选择一个与向心加速度相关的课题进行深入研究，如分析不同类型车辆在转弯时的向心加速度，或者探讨不同材料的圆周运动特性。

-小组讨论：组织学生进行小组讨论，分享他们对向心加速度的理解和应用，促进知识的交流和深化。

-家庭作业：布置一些与向心加速度相关的家庭作业，如计算不同运动情况下的向心加速度，或者设计一个简单的物理模型来展示向心加速度的作用。

-科技展览：鼓励学生参观科技展览，了解最新的科技发展，特别是那些与物理学原理相关的展览，如航天科技展览。教学反思与总结教学反思：

今天的课程，我带领同学们一起探讨了曲线运动中的向心加速度，这是一个既有趣又富有挑战性的话题。在准备这节课的时候，我尝试了多种教学方法，比如通过实验演示、动画模拟和课堂讨论，希望能够激发学生的学习兴趣，帮助他们更好地理解这一概念。

在教学过程中，我发现了一些值得反思的地方。首先，我在引入新课时，可能没有花足够的时间让学生回顾相关的背景知识，这导致一些学生对于向心加速度的理解不够深入。其次，我在讲解向心加速度的计算方法时，可能过于依赖公式推导，而没有充分解释公式背后的物理意义，这可能会让学生觉得学习内容枯燥乏味。

在课堂管理方面，我注意到有些学生对于实验操作不够专注，这可能是因为他们对实验本身缺乏兴趣或者对实验的预期效果不够明确。此外，我在组织小组讨论时，发现部分学生参与度不高，这可能是因为我没有充分调动他们的积极性，或者讨论的问题过于复杂，超出了他们的理解范围。

教学总结：

回顾整节课，我认为学生在知识、技能和情感态度等方面都有所收获和进步。首先，在知识方面，学生们对向心加速度的概念有了更深入的理解，能够运用所学知识解释和分析简单的物理现象。其次，在技能方面，学生们通过实验和计算练习，提高了自己的实验操作能力和数学运算能力。最后，在情感态度方面，学生们对于物理学科的兴趣和学习的积极性得到了提升。

然而，也存在一些问题和不足。例如，部分学生对向心加速度的理解还不够透彻，对于公式背后的物理意义缺乏深入思考。此外，课堂讨论的参与度不高，一些学生对于物理实验的热情不够。针对这些问题，我提出以下改进措施和建议：

-在引入新课时，我会更加注重复习和巩固相关的背景知识，确保学生能够建立起对向心加速度的初步认识。

-在讲解公式时，我会更加注重解释公式的物理意义，通过实际例子来帮助学生理解公式背后的原理。

-在课堂管理方面，我会尝试采用更多的互动式教学方法，如小组竞赛、角色扮演等，以提高学生的参与度和学习兴趣。

-对于实验操作，我会提供更多的指导和支持，确保每个学生都能参与到实验中来，并通过实验加深对物理概念的理解。重点题型整理1.题型一：计算向心加速度

题目：一个物体以10m/s的速度在半径为5m的圆周上做匀速圆周运动，求物体的向心加速度。

解答：向心加速度公式为\(a_c=\frac{v^2}{r}\)，其中\(v\)是速度，\(r\)是半径。

\[

a_c=\frac{10^2}{5}=\frac{100}{5}=20\text{m/s}^2

\]

所以，物体的向心加速度是20m/s²。

2.题型二：计算向心力

题目：一个质量为2kg的物体在半径为2m的圆周上以20m/s的速度做匀速圆周运动，求物体所受的向心力。

解答：向心力公式为\(F_c=m\cdota_c\)，其中\(m\)是质量，\(a_c\)是向心加速度。

\[

a_c=\frac{20^2}{2}=\frac{400}{2}=200\text{m/s}^2

\]

\[

F_c=2\cdot200=400\text{N}

\]

所以，物体所受的向心力是400N。

3.题型三：分析速度和加速度的关系

题目：一个物体在半径为3m的圆周上以30m/s的速度做匀速圆周运动，如果突然将半径减小到1.5m，物体的速度需要增加多少才能保持相同的向心加速度？

解答：保持向心加速度不变，即\(a_c\)不变，使用公式\(a_c=\frac{v^2}{r}\)。

\[

\frac{v_1^2}{r_1}=\frac{v_2^2}{r_2}

\]

\[

\frac{30^2}{3}=\frac{v_2^2}{1.5}

\]

\[

v_2^2=\frac{30^2}{3}\cdot1.5=\frac{900}{3}\cdot1.5=450\cdot1.5=675

\]

\[

v_2=\sqrt{675}\approx25.98\text{m/s}

\]

物体的速度需要从30m/s增加到约26m/s。

4.题型四：计算物体在特定角度的向心加速度

题目：一个物体在半径为4m的圆周上以40m/s的速度做匀速圆周运动，当物体移动了90°时，它的向心加速度是多少？

解答：向心加速度与路径长度和速度有关，但由于物体移动了90°，即\(\frac{\pi}{2}\)弧度，我们可以使用路径长度来计算。

\[

\text{路径长度}=r\cdot\theta=4\cdot\frac{\pi}{2}=2\pi\text{m}

\]

\[

a_c=\frac{v^2}{\text{路径长度}}=\frac{40^2}{2\pi}\approx\frac{1600}{6.28}\approx255.4\text{m/s}^2

\]

所以，物体在移动了90°时的向心加速度大约是255.4m/s²。

5.题型五：应用向心加速度解