高一物理必修2教案

高一物理必修2教案一、教材分析1.教材地位与作用高一物理必修2是高中物理课程的重要组成部分。它在必修1的基础上，进一步深化对力学的学习。通过对曲线运动、万有引力等知识的学习，使学生对物体运动的认识更加全面和深入。曲线运动是运动学和动力学知识的综合应用，它为后续学习天体运动等内容奠定了基础。万有引力定律揭示了自然界中一种基本的相互作用规律，对于学生理解宇宙的奥秘、认识宏观世界具有重要意义。2.教学目标知识与技能目标理解曲线运动的概念，知道什么是曲线运动。知道曲线运动中速度的方向是不断变化的，且曲线运动是变速运动。理解物体做曲线运动的条件，并能根据条件判断物体是否能做曲线运动。掌握平抛运动的规律，包括平抛运动的速度、位移公式，并能运用这些规律解决相关问题。理解匀速圆周运动的概念，知道什么是线速度、角速度、周期，掌握它们之间的关系。理解向心加速度的概念，知道向心加速度的方向和表达式，能运用向心加速度公式解决相关问题。理解向心力的概念，知道向心力是按效果命名的力，掌握向心力的表达式，能分析向心力的来源。知道万有引力定律的内容，理解万有引力定律的适用条件。会用万有引力定律计算天体的质量和密度，了解人造卫星的相关知识，知道三个宇宙速度的含义。过程与方法目标通过观察实验和分析现象，培养学生的观察能力和逻辑推理能力。在探究物体做曲线运动条件的过程中，让学生体会科学探究的方法，培养学生的探究能力。通过平抛运动和圆周运动规律的推导，培养学生运用数学知识解决物理问题的能力。情感态度与价值观目标通过对曲线运动和万有引力等知识的学习，培养学生对科学的好奇心和求知欲，激发学生学习物理的兴趣。体会物理知识在生活和科技中的广泛应用，培养学生将物理知识应用于实际的意识。3.教学重难点教学重点物体做曲线运动的条件。平抛运动的规律及应用。匀速圆周运动的线速度、角速度、周期的概念及关系。向心加速度和向心力的概念及计算。万有引力定律的内容及应用。教学难点对曲线运动是变速运动的理解。平抛运动规律的应用，特别是多体平抛问题的分析。匀速圆周运动中各物理量之间的关系及向心加速度、向心力的理解。万有引力定律在天体运动中的应用，如卫星的变轨问题等。二、教学方法1.讲授法：讲解曲线运动、平抛运动、圆周运动、万有引力等重要概念和规律，使学生系统地掌握知识。2.实验法：通过演示实验，如平抛运动演示仪、向心力演示器等，让学生直观地观察现象，加深对知识的理解。3.探究法：在探究物体做曲线运动的条件等内容时，引导学生自主探究，培养学生的探究能力和科学思维。4.讨论法：组织学生讨论一些物理问题，如平抛运动中的落点问题、圆周运动中的临界问题等，激发学生的思维，促进学生之间的交流与合作。三、教学过程（一）曲线运动1.引入新课通过展示生活中的曲线运动实例，如抛出的篮球、旋转的摩天轮、斜向上抛出的物体等，引起学生的兴趣，从而引入曲线运动的课题。2.曲线运动的概念讲解曲线运动的定义：物体运动轨迹是曲线的运动叫做曲线运动。让学生列举生活中更多曲线运动的例子，进一步加深对曲线运动概念的理解。3.曲线运动中速度的方向演示实验：在水平桌面上，用手水平抛出一个小钢珠，观察小钢珠离开桌面后的运动轨迹，并在轨迹上某点用小旗标记。同时，用频闪照相的方法记录小钢珠的位置。引导学生分析：从频闪照片上可以看出，小钢珠在某点的速度方向是该点的切线方向。总结：曲线运动中速度的方向是不断变化的。4.曲线运动是变速运动回顾速度的概念：速度是矢量，既有大小又有方向。分析：由于曲线运动中速度的方向不断变化，所以曲线运动是变速运动，必然有加速度。5.物体做曲线运动的条件提出问题：物体在什么情况下会做曲线运动呢？实验探究：实验装置：将带有斜槽的木板放在水平桌面上，让小球从斜槽上滚下，在水平桌面上运动。在木板一侧分别放磁铁和白纸等不同物体，观察小球的运动轨迹。实验步骤：让小球从斜槽上某一高度滚下，观察小球在水平桌面上没有受到其他力时的运动轨迹（直线）。在小球运动路径一侧放一块磁铁，观察小球的运动轨迹（曲线）。拿走磁铁，在小球运动路径一侧放一张白纸，再让小球从斜槽上同一高度滚下，观察小球的运动轨迹（直线）。分析实验现象：当小球受到与速度方向不在同一条直线上的力的作用时，小球做曲线运动。总结：物体做曲线运动的条件是合力的方向与速度方向不在同一条直线上。（二）平抛运动1.平抛运动的概念讲解平抛运动的定义：将物体以一定的初速度沿水平方向抛出，不考虑空气阻力，物体只在重力作用下所做的运动叫做平抛运动。分析平抛运动的特点：平抛运动是匀变速曲线运动，其加速度为重力加速度g。2.平抛运动的规律水平方向：做匀速直线运动，速度\(v_x=v_0\)，位移\(x=v_0t\)。竖直方向：做自由落体运动，速度\(v_y=gt\)，位移\(y=\frac{1}{2}gt^2\)。合速度：\(v=\sqrt{v_x^2+v_y^2}=\sqrt{v_0^2+(gt)^2}\)，合速度方向与水平方向夹角\(\theta\)的正切值\(\tan\theta=\frac{v_y}{v_x}=\frac{gt}{v_0}\)。合位移：\(s=\sqrt{x^2+y^2}=\sqrt{(v_0t)^2+(\frac{1}{2}gt^2)^2}\)，合位移方向与水平方向夹角\(\alpha\)的正切值\(\tan\alpha=\frac{y}{x}=\frac{gt}{2v_0}\)。通过实例讲解平抛运动规律的应用，如平抛物体的水平射程问题、落地时间问题等。例题：以\(10m/s\)的速度水平抛出一个物体，经过一段时间后落地，落地时速度方向与水平方向夹角为\(45^{\circ}\)，求物体抛出时的高度和水平射程。分析：已知\(v_0=10m/s\)，\(\tan45^{\circ}=1=\frac{gt}{v_0}\)，可求出运动时间\(t=1s\)。再根据\(y=\frac{1}{2}gt^2\)可求出高度\(y=5m\)，根据\(x=v_0t\)可求出水平射程\(x=10m\)。（三）圆周运动1.圆周运动的概念讲解圆周运动的定义：物体沿着圆周运动，并且线速度的大小处处相等，这种运动叫做匀速圆周运动。强调匀速圆周运动是一种变速运动，因为线速度的方向在不断变化。2.描述圆周运动的物理量线速度定义：物体做圆周运动通过的弧长\(\Deltas\)与所用时间\(\Deltat\)的比值叫做线速度，\(v=\frac{\Deltas}{\Deltat}\)。方向：线速度的方向是圆周上该点的切线方向。单位：\(m/s\)。角速度定义：连接物体与圆心的半径转过的角度\(\Delta\theta\)与所用时间\(\Deltat\)的比值叫做角速度，\(\omega=\frac{\Delta\theta}{\Deltat}\)。单位：\(rad/s\)。周期定义：物体做匀速圆周运动一周所用的时间叫做周期，用\(T\)表示。单位：\(s\)。线速度、角速度、周期的关系\(v=\omegar\)，\(\omega=\frac{2\pi}{T}\)，\(v=\frac{2\pir}{T}\)。通过实例讲解这些物理量的应用，如皮带传动问题、同轴转动问题等。例题：如图所示，两个用皮带连在一起的轮子，大轮半径\(R=0.5m\)，小轮半径\(r=0.1m\)，大轮上一点\(S\)离转轴\(O_1\)的距离\(R_1=0.2m\)。当大轮边缘上一点\(P\)的线速度\(v=10m/s\)时，求：小轮边缘上一点\(Q\)的线速度大小。大轮上\(S\)点的角速度大小。小轮的周期。分析：因为皮带传动，\(P\)、\(Q\)两点线速度相等，所以\(v_Q=v=10m/s\)。根据\(v=\omegaR\)，可得大轮的角速度\(\omega_1=\frac{v}{R}=20rad/s\)，\(S\)点与大轮同轴，角速度相同，所以\(\omega_S=\omega_1=20rad/s\)。由\(v=\frac{2\pir}{T}\)，可得小轮的周期\(T=\frac{2\pir}{v_Q}=\frac{2\pi\times0.1}{10}=0.0628s\)。3.向心加速度向心加速度的概念：做匀速圆周运动的物体具有指向圆心的加速度，叫做向心加速度。向心加速度的方向：始终指向圆心，方向不断变化。向心加速度的表达式：\(a_n=\frac{v^2}{r}=\omega^2r\)。通过实例分析向心加速度的作用，如汽车转弯时需要向心力等。例题：一个物体做匀速圆周运动，轨道半径\(r=1m\)，线速度\(v=2m/s\)，求物体的向心加速度大小。分析：根据\(a_n=\frac{v^2}{r}\)，可得\(a_n=\frac{2^2}{1}=4m/s^2\)。4.向心力向心力的概念：做匀速圆周运动的物体受到的指向圆心的合力叫做向心力。向心力的来源：可以是重力、弹力、摩擦力等各种力的合力，也可以是某个力的分力。向心力的表达式：\(F_n=ma_n=m\frac{v^2}{r}=m\omega^2r\)。通过实验演示向心力的作用，如用向心力演示器演示向心力与哪些因素有关。例题：质量为\(0.5kg\)的物体，在半径为\(2m\)的圆周上以\(4m/s\)的速度做匀速圆周运动，求物体所需的向心力大小。分析：根据\(F_n=m\frac{v^2}{r}\)，可得\(F_n=0.5\times\frac{4^2}{2}=4N\)。（四）万有引力定律1.万有引力定律的发现介绍万有引力定律发现的历史背景，如哥白尼的日心说、开普勒的行星运动三大定律等。讲解牛顿在前人研究的基础上，通过深入思考和研究，发现了万有引力定律。2.万有引力定律的内容内容：自然界中任何两个物体都相互吸引，引力的大小与物体的质量\(m_1\)和\(m_2\)的乘积成正比，与它们之间距离\(r\)的二次方成反比，即\(F=G\frac{m_1m_2}{r^2}\)，其中\(G\)为引力常量，\(G=6.67\times10^{11}N\cdotm^2/kg^2\)。万有引力定律的适用条件：适用于质点间的相互作用。当两个物体间的距离远大于物体本身的大小时，物体可视为质点；对于质量分布均匀的球体，可将其视为质量集中在球心的质点。3.万有引力定律的应用计算天体的质量以地球绕太阳做匀速圆周运动为例，根据\(F_{向}=F_{万}\)，即\(G\frac{Mm}{r^2}=m\frac{v^2}{r}=m\omega^2r=m\frac{4\pi^2r}{T^2}\)，可得太阳质量\(M=\frac{4\pi^2r^3}{GT^2}\)。同理，对于绕行星运动的卫星，也可通过类似方法计算行星的质量。计算天体的密度设天体半径为\(R\)，质量为\(M\)，体积\(V=\frac{4}{3}\piR^3\)，密度\(\rho=\frac{M}{V}\)。由\(G\frac{Mm}{r^2}=m\frac{4\pi^2r}{T^2}\)得\(M=\frac{4\pi^2r^3}{GT^2}\)，则\(\rho=\frac{3\pir^3}{GT^2R^3}\)。当卫星绕天体表面运行时，\(r=R\)，\(\rho=\frac{3\pi}{GT^2}\)。人造卫星介绍人造卫星的发射原理和运行规律。人造卫星绕地球做匀速圆周运动，其向心力由地球对卫星的万有引力提供。讲解第一宇宙速度、第二宇宙速度和第三宇宙速度的概念和意义。第一宇宙速度\(v_1=7.9km/s\)，是人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动的最大速度，也是发射卫星的最小速度。第二宇宙速度\(v_2=11.2km/s\)，使物体挣脱地球引力束缚的最小发射速度。第三宇宙速度\(v_3=16.7km/s\)，使物体挣脱太阳引力束缚的最小发射速度。例题：已知月球绕地球运动的周期约为\(27.3\)天，地球半径\(R=6400km\)，地球表面重力加速度\(g=9.8m/s^2\)，求月球到地球中心的距离。分析：设月球到地球中心的距离为\(r\)，根据\(G\frac{Mm}{r^2}=m\frac{4\pi^2r}{T^2}\)，又因为在地球表面\(mg=G\frac{Mm}{R^2}\)，可得\(M=\frac{gR^2}{G}\)，代入\(G\frac{Mm}{r^2}=m\frac{4\pi^2r}{T^2}\)中，\(T=27.3\times24\times3600s\)，可求出\(r\approx3.84\times10^8m\)。