高中物理人教版必修 第二册 1. 圆周运动教学设计.docxVIP

1.圆周运动

课程：高中物理

教材：高中物理人教版必修第二册

章节：1.圆周运动

教材分析

圆周运动是曲线运动的重要特例，在力学体系中承上启下，既是对直线运动知识的拓展，又为后续万有引力、简谐运动奠定基础。核心概念包括线速度v=ΔsΔt、角速度ω=ΔθΔt及其关系v=

学情分析

学生已掌握直线运动中速度的概念及基本矢量知识，具备初步的圆周运动感性认识。高中阶段学生抽象思维逐步发展，但对瞬时变化率和弧度制等概念理解仍显薄弱，易将匀速圆周运动误认为匀速直线运动。本节重点在于理解线速度、角速度、周期及其关系，难点是区分线速度与角速度的物理意义，掌握v=ωr的推导与应用，要求学生具备一定的几何直观和数学运算能力，能从运动的切线方向理解速度方向的变化。

教学目标

物理观念：

能够运用线速度和角速度的概念描述圆周运动，理解匀速圆周运动中速度大小不变但方向变化的特性。

科学思维：

通过分析线速度与角速度的关系，体会用数学表达式描述物理量间关系的科学方法。

科学探究：

能够设计简单实验测量圆周运动的线速度和角速度，验证v=ωr的关系。

科学态度与责任：

认识到圆周运动规律在工程技术中的应用价值，培养将物理知识联系实际问题的意识。

重点难点

教学重点：

通过实例分析，理解线速度、角速度的物理意义及定义式

通过公式推导，掌握线速度与角速度的关系v

教学难点：

通过运动过程分析，理解线速度方向沿切线方向的瞬时性

通过单位换算与实际情境，理解转速与角速度之间的转换关系

课堂导入

同学们，你们有没有注意过自行车链条带动前后齿轮转动的场景？当用力蹬踏板时，前齿轮转一圈，后齿轮却可能转了好几圈。仔细观察会发现，虽然两个齿轮边缘的线速度相同，但小齿轮转得更快。这种现象背后隐藏着什么物理规律？为什么同样时间内，大小齿轮转过的圈数会不同？

线速度

探究新知

创设情景

在游乐园中，过山车沿着圆形轨道高速运动。当它经过最高点时，乘客会感到身体轻飘飘的；而经过最低点时，则感觉被紧紧压在座椅上。这种不同的感受与过山车在不同位置的运动快慢和方向密切相关。为了准确描述过山车在轨道上某一位置的运动状态，我们需要关注它在该点的运动速度。

问题探讨

问题：

问题1：如何比较过山车在圆形轨道上某一点附近运动的快慢？

问题2：若用位移与时间之比来描述圆周运动中某点的速度，是否合理？为什么？

问题3：当时间间隔非常短时，弧长与位移大小之间有何关系？

问题4：过山车在轨道上某点的速度方向是沿轨道指向前进方向，还是有其他方向？

探讨：

问题1：可以选取一个极短的时间Δt，测量过山车在这段时间内通过的弧长Δs，用比值Δ

问题2：若使用位移Δl与Δt

问题3：当Δt趋近于0时，弧长Δs与弦长AB几乎相等，此时Δ

问题4：观察过山车在轨道上的运动轨迹，其瞬时速度方向应与轨道在该点的切线方向一致，即速度方向为圆周上该点的切线方向。

归纳总结

线速度的大小定义为v=ΔsΔt，其中

线速度的方向为物体做圆周运动时该点的切线方向。

当Δt足够小时，弧长Δ

概念深化

问题

为什么不能用“从A点到B点的位移除以时间”来直接定义圆周运动中A点的线速度？

答案

因为位移是矢量，其方向由A指向B，而圆周运动中A点的瞬时速度方向应沿该点切线方向。若用位移与时间之比，只能得到平均速度，反映的是整体运动趋势，无法体现A点瞬间的方向特性。只有当Δt趋近于0时，弦AB趋近于切线，此时位移方向才趋近于切线方向，对应的比值才能准确描述A

新知巩固

例题1

某同学骑一辆自行车沿平直道路以速度v匀速向前行驶，已知自行车轮胎的直径为d，轮胎与地面不打滑，当轮胎边缘某点离地面的高度为14d时，该点的速度大小（相对于地面）为（）

A．2v

B．3v

C．2

解答

自行车匀速前进且轮胎不打滑，说明轮胎与地面接触点为瞬时静止点，即做纯滚动。

轮胎中心随车以速度v向前运动，轮胎绕中心做圆周运动，其边缘各点相对于中心的线速度大小也为v（因为纯滚动条件：v=ωr，其中

取轮胎边缘上某点P，当它离地面高度为14d

设轮胎半径为r=d2，则该点距中心竖直距离为：

y=1

由几何关系可知，该点与中心连线与竖直向下方向夹角θ满足：

sinθ=1/2

该点相对于中心的线速度方向垂直于半径，大小为v，方向与半径垂直，斜向上与水平成60°

将该相对速度分解为水平和竖直分量：

vx,

轮胎中心以速度v向右运动，因此该点对地的总速度为：

vx=v+vx,rel=v+(

合速度大小为：

v

因此该点对地速度大小仍为v，故选D。

考察知识点

纯滚动条件下线速度的合成：物体既随整体平动，又绕轴转动。

圆周运动中边缘点的线速度大小为v=ω

速度的矢量合成：质点对地速度等于随参考系的平动速度与相对转动速度的矢量和。

几