2024-2025学年高中物理 第5章 习题课3 竖直面内的圆周运动问题教学实录 新人教版必修2

2024-2025学年高中物理第5章习题课3竖直面内的圆周运动问题教学实录新人教版必修2主备人备课成员教材分析2024-2025学年高中物理第5章习题课3竖直面内的圆周运动问题教学实录新人教版必修2。本节课以竖直面内的圆周运动问题为切入点，结合课本相关理论，通过典型习题的讲解与练习，帮助学生掌握竖直面内圆周运动的基本规律和解决方法，提高学生分析问题和解决问题的能力。核心素养目标分析培养学生运用物理知识解释自然现象的能力，提升学生分析复杂问题的能力，强化学生运用数学工具解决物理问题的技能。通过本节课的学习，学生能够理解竖直面内圆周运动的动力学原理，提高科学探究和创新思维，同时增强科学态度与责任意识。学习者分析1.学生已经掌握了哪些相关知识：学生在此前已经学习了匀速圆周运动的基本概念，包括向心力、角速度、线速度等基本物理量，以及牛顿第二定律在圆周运动中的应用。此外，学生还具备一定的数学知识，能够处理与圆周运动相关的基本三角函数和运动学公式。

2.学生的学习兴趣、能力和学习风格：学生对物理学科普遍具有好奇心和探索欲，尤其是对与日常生活相关的物理现象。学生的能力水平参差不齐，部分学生能够熟练运用物理公式解决简单问题，而部分学生则可能在理解物理概念和运用公式时遇到困难。学习风格上，学生中既有偏好直观理解的，也有擅长逻辑推理的。

3.学生可能遇到的困难和挑战：学生在学习竖直面内的圆周运动问题时，可能对向心力的动态变化和力的分解理解不足，导致无法准确分析物体的受力情况。此外，学生在处理与重力、支持力等力相关的复杂问题时，可能会因为数学运算的复杂性而感到困惑。因此，需要通过针对性的教学策略帮助学生克服这些困难。学具准备多媒体课型新授课教法学法讲授法课时第一课时师生互动设计二次备课教学方法与策略1.采用讲授法结合案例分析，系统讲解竖直面内圆周运动的基本原理和计算方法，确保学生对概念有深刻理解。

2.通过小组讨论，引导学生分析典型习题，培养合作学习和问题解决能力。

3.利用多媒体教学，展示动画和视频，直观展示圆周运动的动态过程，帮助学生建立直观形象。

4.设计实验活动，让学生亲自操作，验证理论，加深对圆周运动规律的理解。教学过程一、导入新课

同学们，我们之前学习了匀速圆周运动的相关知识，知道了向心力、角速度、线速度等概念。今天，我们将进一步探讨竖直面内的圆周运动，这是一种特殊的圆周运动，它在日常生活中有广泛的应用。请大家思考一下，竖直面内的圆周运动有哪些特点呢？

二、新课讲授

1.竖直面内圆周运动的基本概念

同学们，首先我们来回顾一下竖直面内圆周运动的基本概念。竖直面内的圆周运动是指物体在竖直平面内沿圆周轨迹运动的过程。这种运动的特点是物体所受的合力始终指向圆心，即向心力。

2.向心力的计算

3.重力对竖直面内圆周运动的影响

在竖直面内，重力对物体的运动有重要影响。当物体在竖直面内做圆周运动时，重力可以分解为两个分力：一个沿圆周切线方向，一个垂直于圆周切线方向。沿圆周切线方向的分力会改变物体的线速度，而垂直于圆周切线方向的分力则提供向心力。

4.竖直面内圆周运动的临界速度

当物体在竖直面内做圆周运动时，如果线速度小于一定值，物体将会离开圆周轨迹。这个速度被称为临界速度。临界速度可以通过以下公式计算：\(v_c=\sqrt{gr}\)，其中\(g\)是重力加速度，\(r\)是圆的半径。

5.实例分析

为了更好地理解竖直面内圆周运动，我们来看一个实例。假设一个物体在竖直平面内做圆周运动，半径为\(r\)，质量为\(m\)，求物体在最低点和最高点的向心力。

三、课堂练习

同学们，下面我们来做一些练习题，巩固今天所学的知识。

1.一个物体在竖直平面内做圆周运动，半径为\(2m\)，质量为\(1kg\)，求物体在最高点和最低点的向心力。

2.一个物体在竖直平面内做圆周运动，半径为\(5m\)，质量为\(3kg\)，求物体在临界速度时的向心力。

3.一个物体在竖直平面内做圆周运动，半径为\(3m\)，质量为\(2kg\)，求物体在最高点的速度，使其能完成整个圆周运动。

四、讨论与总结

同学们，通过今天的讲解和练习，我们学习了竖直面内圆周运动的相关知识。这种运动在物理学和工程学中都有重要的应用。希望大家能够通过今天的课程，对竖直面内圆周运动有更深入的理解。

五、课后作业

为了巩固今天所学的内容，请大家完成以下作业。

1.查阅资料，了解竖直面内圆周运动在日常生活和工业中的应用。

2.分析一道与竖直面内圆周运动相关的实际案例，如卫星轨道、自行车转弯等。

3.撰写一篇短文，总结竖直面内圆周运动的基本原理和特点。

六、课堂评价

同学们，今天的课程我们学习了竖直面内圆周运动的相关知识，希望大家能够通过课堂练习和课后作业，更好地掌握这一概念。下面我们来评价一下今天的课堂表现。

七、下节课预告

同学们，下节课我们将学习竖直面内圆周运动的能量分析，希望大家提前预习，做好准备工作。学生学习效果学生学习效果

1.知识掌握：学生在学习完竖直面内圆周运动后，能够准确地理解和应用向心力、角速度、线速度等基本概念。他们能够计算向心力的大小，并能够根据物体的运动状态判断是否满足竖直面内圆周运动的条件。

2.问题解决能力：通过课堂练习和课后作业，学生能够运用所学知识解决实际问题。他们能够分析物体在不同位置时的受力情况，计算出临界速度、向心力等关键参数，并能将这些计算应用于具体的物理情境中。

3.思维能力：学生在学习竖直面内圆周运动的过程中，锻炼了逻辑思维和抽象思维能力。他们能够从复杂的物理现象中抽象出向心力的概念，并能够将牛顿第二定律应用于圆周运动的分析中。

4.数学应用能力：学生通过学习竖直面内圆周运动，提高了运用数学工具解决物理问题的能力。他们能够熟练运用三角函数、微积分等数学知识，解决与圆周运动相关的数学问题。

5.实验操作能力：在实验环节，学生通过实际操作，加深了对竖直面内圆周运动的理解。他们能够根据实验数据，分析物体的运动轨迹，验证理论，并能够解释实验现象。

6.团队合作能力：在小组讨论和合作学习中，学生学会了与他人沟通、交流和合作。他们能够共同分析问题，分享观点，并能够从他人的思路中汲取灵感，提高解决问题的效率。

7.学习兴趣和动力：通过本节课的学习，学生对物理学科产生了更浓厚的兴趣。他们认识到物理知识在日常生活和科学研究中的重要性，从而增强了学习的动力。

8.知识迁移能力：学生在学习竖直面内圆周运动后，能够将所学知识迁移到其他相关领域。例如，他们能够将圆周运动的原理应用于理解卫星轨道、汽车转弯等现象。

9.科学探究能力：学生在实验和探究活动中，培养了科学探究的能力。他们能够提出假设、设计实验、收集数据、分析结果，并能够根据实验结果得出结论。

10.自我评价和反思能力：在学习过程中，学生能够对自己的学习过程进行自我评价和反思。他们能够认识到自己的不足，并能够制定相应的改进措施，提高自己的学习效果。教学反思同学们，今天我们的课程结束了，我想和大家一起回顾一下这节课的教学过程，同时也进行一些反思。

首先，我觉得今天的教学效果还是不错的。通过讲解竖直面内圆周运动的基本概念和原理，学生们对这一部分内容有了更深入的理解。我看到大家在做练习题时，能够积极地运用所学知识，这让我感到很欣慰。

不过，在教学中我也发现了一些问题。比如说，在讲解向心力时，我发现有些学生对于向心力的方向理解不够清晰。在圆周运动中，向心力始终指向圆心，但有些学生可能会在分析问题时忽略这一点。因此，我决定在接下来的教学中，加强对向心力方向的强调，并通过一些具体的例子来帮助学生更好地理解。

另外，我在课堂上也注意到，有些学生在面对复杂问题时，可能会显得有些迷茫。这是因为竖直面内圆周运动涉及到力的分解和合成，以及能量的转换，这些内容对于一些学生来说可能比较抽象。为了解决这个问题，我打算在接下来的教学中，增加一些实际生活中的案例，让学生能够通过具体的事例来理解这些抽象的概念。

在教学方法上，我发现小组讨论的方式对学生来说效果不错。大家能够在一起交流想法，互相启发，这样不仅能够提高课堂的互动性，还能帮助学生更好地掌握知识。但是，我也注意到，在讨论过程中，有些学生可能因为害羞或者不自信而不愿意发言。为了解决这个问题，我会在未来的教学中，鼓励更多的学生参与到讨论中来，创造一个更加开放和包容的课堂氛围。

此外，我在课后反思中还发现，部分学生的基础相对薄弱，对于一些基本的概念和公式掌握得不够牢固。为了帮助这些学生，我计划在课后提供一些额外的辅导，比如布置一些针对性的练习题，或者通过个别辅导来帮助他们巩固知识。

最后，我想对大家说，学习是一个持续的过程，希望你们能够保持对知识的渴望，不断探索，不断进步。我相信，只要你们努力，就一定能够取得更好的成绩。让我们一起加油吧！课后作业1.习题：一个质量为0.5kg的物体在竖直面内做圆周运动，圆周半径为0.5m，当物体在最高点时速度为5m/s，求此时物体所受的向心力大小。

解答：向心力\(F_c=\frac{mv^2}{r}\)

\(F_c=\frac{0.5\times5^2}{0.5}=\frac{0.5\times25}{0.5}=25\)N

2.习题：一个物体在竖直面内做圆周运动，半径为1m，质量为2kg，当物体在最低点的速度为10m/s，求物体在最高点的速度，使其能完成整个圆周运动。

解答：在最高点，物体所受的向心力由重力提供，即\(mg=\frac{mv^2}{r}\)

\(v=\sqrt{gr}=\sqrt{9.8\times1}\approx3.13\)m/s

3.习题：一个物体在竖直面内做圆周运动，半径为2m，质量为3kg，当物体在最低点的速度为15m/s，求物体在最高点的向心力。

解答：在最低点，向心力\(F_c=\frac{mv^2}{r}-mg\)

\(F_c=\frac{3\times15^2}{2}-3\times9.8=\frac{3\times225}{2}-29.4=337.5-29.4=308.1\)N

4.习题：一个物体在竖直面内做圆周运动，半径为1.5m，质量为1kg，当物体在最高点的速度为4m/s，求物体在最低点的向心力。

解答：在最高点，向心力\(F_c=mg\)

\(F_c=1\times9.8=9.8\)N

在最低点，向心力\(F_c=\frac{mv^2}{r}+mg\)

\(F_c=\frac{1\times4^2}{1.5}+9.8=\frac{16}{1.5}+9.8\approx10.67+9.8=20.47\)N

5.习题：一个物体在竖直面内做圆周运动，半径为2m，质量为4kg，当物体在最低点的速度为20m/s，求物体在最高点的速度，使其能完成整个圆周运动。

解答：在最低点，向心力\(F_c=\frac{mv^2}{r}-mg\)

\(F_c=\frac{4\times20^2}{2}-4\times9.8=\frac{4\times400}{2}-39.2=800-39.2=760.8\)N

在最高点，向心力由重力提供，即\(mg=\frac{mv^2}{r}\)

\(v=\sqrt{gr}=\sqrt{9.8\times2}\approx4.43\)m/s教学评价与反馈1.课堂表现：

同学们在今天的课堂表现总体上非常积极。大部分同学能够认真听讲，对于竖直面内圆周运动的概念和原理有了较好的掌握。在提问环节，同学们也踊跃发言，能够清晰地表达自己的理解和思考，展现了良好的课堂互动性。

2.小组讨论成果展示：

在小组讨论环节，学生们展现出了很好的合作精神和解决问题的能力。各个小组在讨论过程中，能够积极交流，共同分析问题，提出了许多有创意的解决方案。特别是在讨论如何将圆周运动的知识应用到实际问题中时，学生们展现出了较强的创新思维。

3.随堂测试：

随堂测试的结果表明，学生对竖直面内圆周运动的基本概念和计算方法掌握得比较好。大部分同学能够独立完成测试题，对于向心力的计算、临界速度的求解等题目能够准确无误地解答。但也有一部分同学在力的分解和合成方面还存在一些困难，需要进一步加强练习。

4.学生自评与互评：

课后，同学们进行了自评和互评。在自评中，学生们能够客观地认识到自己的优点和不足，比如有些同学能够熟练运用公式，但有些同学在理解概念方面还需要加强。在互评中，同学们能够尊重他人，提出建设性的意见，体现了良好的学习氛围。

5.教师评价与反馈：

针对今天的课堂教学，我认为有以下几点需要反馈：

-对于向心力的