2021年高中物理新課標(biāo)人教版必修2優(yōu)秀教案：5.5圓周運(yùn)動(dòng)

1、 5 圓周運(yùn)動(dòng)整體設(shè)計(jì) 教材首先列舉生活中的圓周運(yùn)動(dòng)，以及科學(xué)研究所涉及的范圍，大到星體的運(yùn)動(dòng)，小到電子的繞核運(yùn)轉(zhuǎn)，接著通過比較自行車大小齒輪以及后輪的運(yùn)動(dòng)快慢引入線速度、角速度的概念及周期、頻率、轉(zhuǎn)速等概念，最后推導(dǎo)出線速度、角速度、周期間的關(guān)系.教材設(shè)計(jì)環(huán)環(huán)相扣、結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)，使整節(jié)課渾然一體，密不可分. 本節(jié)課可以通過生活實(shí)例（自行車齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)或皮帶傳動(dòng)裝置），讓學(xué)生切實(shí)感受到做圓周運(yùn)動(dòng)的物體有運(yùn)動(dòng)快慢與轉(zhuǎn)動(dòng)快慢及周期之別，有必要引入相關(guān)的物理量加以描述.學(xué)習(xí)線速度的概念，可以根據(jù)勻速圓周運(yùn)動(dòng)的概念引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)弧長(zhǎng)與時(shí)間比值保持不變的特點(diǎn)，進(jìn)而引出線速度的大小與方向.學(xué)習(xí)角速度和周期的概念時(shí)，

2、應(yīng)向?qū)W生說明這兩個(gè)概念是根據(jù)勻速圓周運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)和描述運(yùn)動(dòng)的需要而引入的，即物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，每通過一段弧長(zhǎng)都與轉(zhuǎn)過一定的圓心角相對(duì)應(yīng)，因而物體沿圓周轉(zhuǎn)動(dòng)的快慢也可以用轉(zhuǎn)過的圓心角與時(shí)間比值來描述，由此引入角速度的概念.又根據(jù)勻速圓周運(yùn)動(dòng)具有周期性的特點(diǎn)，物體沿圓周轉(zhuǎn)動(dòng)的快慢還可以用轉(zhuǎn)動(dòng)一圈所用時(shí)間的長(zhǎng)短來描述，為此引入了周期的概念.講述角速度的概念時(shí)，不要求向?qū)W生強(qiáng)調(diào)角速度的矢量性.在講述概念的同時(shí)，要讓學(xué)生體會(huì)到勻速圓周運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)：線速度的大小、角速度、周期和頻率保持不變的圓周運(yùn)動(dòng).教學(xué)重點(diǎn) 線速度、角速度、周期概念，及其相互關(guān)系的理解和應(yīng)用，勻速圓周運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn).教學(xué)難點(diǎn) 角速度概念的理

3、解和勻速圓周運(yùn)動(dòng)是變速曲線運(yùn)動(dòng)的理解.課時(shí)安排 1課時(shí)三維目標(biāo)知識(shí)與技能1.了解物體做圓周運(yùn)動(dòng)的特征.2.理解線速度、角速度和周期的概念，知道它們是描述物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)快慢的物理量，會(huì)用它們的公式進(jìn)行計(jì)算.3.理解線速度、角速度、周期之間的關(guān)系.過程與方法1.聯(lián)系日常生活中所觀察到的各種圓周運(yùn)動(dòng)的實(shí)例，找出共同特征.2.知道描述物體做圓周運(yùn)動(dòng)快慢的方法，進(jìn)而引出描述物體做圓周運(yùn)動(dòng)快慢的物理量：線速度v、角速度、周期T、轉(zhuǎn)速n等.3.探究線速度與角速度之間的關(guān)系.情感態(tài)度與價(jià)值觀1.經(jīng)歷觀察、分析總結(jié)及探究等學(xué)習(xí)活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度.2.通過親身感悟，使學(xué)生獲得對(duì)描述圓周運(yùn)動(dòng)快慢的

4、物理量（線速度、角速度、周期等）以及它們相互關(guān)系的感性認(rèn)識(shí).課前準(zhǔn)備 多媒體課件、機(jī)械鐘表、小球、細(xì)線、風(fēng)扇、雨傘、水等.教學(xué)過程導(dǎo)入新課演示導(dǎo)入 演示機(jī)械式鐘表時(shí)針、分針、秒針的運(yùn)動(dòng)情況（可以撥動(dòng)鐘表的調(diào)節(jié)旋鈕），讓學(xué)生觀察后說出不同指針運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，從而引出圓周運(yùn)動(dòng)的概念.情景導(dǎo)入 課件展示生活中常見的圓周運(yùn)動(dòng)： 觀覽車 脫水桶 生活中，我們一定見過很多類似的運(yùn)動(dòng)，它們的運(yùn)動(dòng)軌跡是一些圓，我們把這種運(yùn)動(dòng)叫做圓周運(yùn)動(dòng).推進(jìn)新課 引導(dǎo)學(xué)生列舉生活中的圓周運(yùn)動(dòng).參考案例：1.田徑場(chǎng)彎道上賽跑的運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)；2.風(fēng)車的轉(zhuǎn)動(dòng);3.地球的自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)；4.自行車的前后輪、大小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)等.研究物體的運(yùn)動(dòng)時(shí)，

5、我們往往關(guān)心的是物體的運(yùn)動(dòng)快慢.對(duì)于做直線運(yùn)動(dòng)的物體，我們用單位時(shí)間內(nèi)的位移來描述物體的運(yùn)動(dòng)快慢. 問題：對(duì)于圓周運(yùn)動(dòng)又如何描述它們的運(yùn)動(dòng)快慢呢？一、線速度演示1：在臺(tái)式電風(fēng)扇的葉片上分別標(biāo)記紅、藍(lán)兩種顏色的點(diǎn)，到中間軸的距離不等.用手撥動(dòng)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，注意要慢，讓學(xué)生明顯觀察到兩點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡.讓學(xué)生仔細(xì)觀察，說出哪個(gè)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)得快，你是怎么比較的.討論交流 我們發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)點(diǎn)在相同的時(shí)間內(nèi)通過的弧長(zhǎng)不相等，通過的弧長(zhǎng)長(zhǎng)的點(diǎn)運(yùn)動(dòng)得快，通過的弧長(zhǎng)短的點(diǎn)運(yùn)動(dòng)得慢.這樣，做圓周運(yùn)動(dòng)的物體通過的弧長(zhǎng)與所用時(shí)間的比值能夠描述物體運(yùn)動(dòng)的快慢，我們把它稱之為線速度. 定義：做圓周運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)通過的弧長(zhǎng)s與通過這段弧長(zhǎng)所

6、用時(shí)間t的比值叫做圓周運(yùn)動(dòng)的線速度. v= 物體沿著圓周運(yùn)動(dòng)，并且線速度的大小處處相等，這種運(yùn)動(dòng)叫做勻速圓周運(yùn)動(dòng).說明：（1）線速度是物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度.(2）線速度是矢量，它既有大小，也有方向（大?。簐=，方向：在圓周各點(diǎn)的切線方向）.(3）勻速圓周運(yùn)動(dòng)是一種非勻速運(yùn)動(dòng)，因?yàn)榫€速度的方向在時(shí)刻改變.(4）線速度的單位：m/s.針對(duì)以上說明展開討論.演示2：水淋在雨傘上，同時(shí)搖動(dòng)傘柄.觀察：水滴沿切線方向飛出.思考：這說明什么？結(jié)論：飛出的水滴在離開傘的瞬間，由于慣性要保持原來的速度方向，因而表明了切線方向即為此時(shí)刻線速度的方向.例1 分析下圖中，A、B兩點(diǎn)的線速度有什么關(guān)系.解析：

7、主動(dòng)輪通過皮帶、鏈條、齒輪等帶動(dòng)從動(dòng)輪的過程中，皮帶（鏈條）上各點(diǎn)以及兩輪邊緣上各點(diǎn)在相同的時(shí)間內(nèi)通過的弧長(zhǎng)相等，所以它們線速度大小相等.答案：大小相等二、角速度學(xué)生閱讀教材并思考以下幾個(gè)問題：1.角速度是描述圓周運(yùn)動(dòng)快慢的物理量；2.角速度等于半徑轉(zhuǎn)過的角度和所用時(shí)間t的比值；(=)3.角速度的單位是rad/s.結(jié)合數(shù)學(xué)知識(shí)，交流討論角速度的單位.說明：對(duì)某一確定的勻速圓周運(yùn)動(dòng)而言，角速度是恒定的.4.周期、頻率和轉(zhuǎn)速 學(xué)生閱讀教材并思考以下幾個(gè)問題： 做圓周運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)一周所用的時(shí)間叫周期；周期的倒數(shù)（單位時(shí)間內(nèi)質(zhì)點(diǎn)完成周期性運(yùn)動(dòng)的次數(shù)）叫頻率；每秒鐘轉(zhuǎn)過的圈數(shù)叫轉(zhuǎn)速.注明：下列情況下，

8、同一輪上各點(diǎn)的角速度相同.三、線速度、角速度、周期之間的關(guān)系 既然線速度、角速度、周期都是用來描述勻速圓周運(yùn)動(dòng)快慢的物理量，那么它們之間有什么樣的關(guān)系呢？分析：一物體做半徑為r的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，問：1.它運(yùn)動(dòng)一周所用的時(shí)間叫周期，用T表示，它在周期T內(nèi)轉(zhuǎn)過的弧長(zhǎng)為2r.由此可知它的線速度為.2.一個(gè)周期T內(nèi)轉(zhuǎn)過的角度為2，物體的角速度為.通過思考總結(jié)得到：v=r討論v=·r(1）當(dāng)v一定時(shí)，與r成反比.(2）當(dāng)一定時(shí)，v與r成正比.(3）當(dāng)r一定時(shí)，v與成正比.思考：物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，v、T是否改變？(、T不變，v大小不變、方向改變)例2 如右圖所示皮帶傳動(dòng)裝置，主動(dòng)軸O1上有兩個(gè)

9、半徑分別為R和r的輪，O2上的輪半徑為r，已知R=2r，r=，設(shè)皮帶不打滑.圖5-5-5問:A:B=? B:C=? vA:vB=? vA:vC=?解答：因?yàn)锳、B同軸，故A:B=11因B與C用皮帶傳動(dòng)，所以 vB:vC=11 vB=BR vC=Cr.課堂訓(xùn)練1.一汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸每分鐘轉(zhuǎn)2 400周，求：（1）曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)的周期與角速度；（2）距轉(zhuǎn)軸r=0.2 m點(diǎn)的線速度.解：（1）由于曲軸每秒鐘轉(zhuǎn)周，周期T=;而每轉(zhuǎn)一周為2 rad，因此曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度=rad/s=251 rad/s.（2）已知r=0.2 m，因此這一點(diǎn)的線速度 v=r =251×0.2 m/s=50.2 m/s.

10、以上可知?jiǎng)蛩俎D(zhuǎn)動(dòng)物體的角速度與周期之間的關(guān)系是=.2.一個(gè)圓環(huán)，以豎直直徑AB為軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖所示，則環(huán)上M、N兩點(diǎn)的線速度的大小之比vMvN=_；角速度之比MN=_；周期之比TMTN=_.答案：1 11 11課堂小結(jié) 本節(jié)課通過描述做勻速圓周運(yùn)動(dòng)物體的快慢問題，引入了勻速圓周運(yùn)動(dòng)的線速度與角速度及周期、頻率、轉(zhuǎn)速等概念，最后推導(dǎo)出線速度、角速度、周期間的關(guān)系. 勻速圓周運(yùn)動(dòng)的實(shí)質(zhì)是勻速率圓周運(yùn)動(dòng)，它是一種變速運(yùn)動(dòng). 描述勻速圓周運(yùn)動(dòng)快慢的物理量： 線速度：v=角速度：=周期與頻率：f=相互關(guān)系：v= = v=r布置作業(yè)教材“問題與練習(xí)”1、2、5.板書設(shè)計(jì)5.圓周運(yùn)動(dòng)一、描述勻速圓周運(yùn)動(dòng)的

11、有關(guān)物理量1.線速度（1）定義：做圓周運(yùn)動(dòng)的物體通過的弧長(zhǎng)與所用時(shí)間的比值（2）公式：v=(s為弧長(zhǎng),非位移)（3）物理意義2.角速度（1）定義：做圓周運(yùn)動(dòng)的物體的半徑掃過的角度與所用時(shí)間的比值（2）公式：=（）單位：rad/s（）物理意義3.轉(zhuǎn)速和周期二、線速度、角速度、周期間的關(guān)系v=r =活動(dòng)與探究主題：測(cè)量調(diào)級(jí)電風(fēng)扇葉片的角速度和線速度.過程：小組合作，調(diào)節(jié)電風(fēng)扇的調(diào)速開關(guān)，分別測(cè)定電風(fēng)扇葉片轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度和線速度.首先制定測(cè)量方案，包括選取的工具、測(cè)量的步驟及測(cè)量數(shù)據(jù)、注意事項(xiàng)等；小組討論方案的可行性；實(shí)驗(yàn)進(jìn)行，得出數(shù)據(jù)，合作討論交流；寫出報(bào)告.習(xí)題詳解1.解答：位于赤道和位于北京的兩

12、個(gè)物體隨地球自轉(zhuǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的角速度相等，都是=rad/s=7.3×10-5 rad/s.位于赤道的物體隨地球自轉(zhuǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的線速度v1=R=467 m/s位于北京的物體隨地球自轉(zhuǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的角速度v2=Rcos40°=358 m/s.2.解答：分針的周期為T1=1 h，時(shí)針的周期為T2=12 h（1）分針與時(shí)針的角速度之比為12=T2T1=121.（2）分針針尖與時(shí)針針尖的線速度之比為v1v2=1r12r2=14.41.3.解答：（1）A、B兩點(diǎn)線速度相等，角速度與半徑成反比.（2）A、C兩點(diǎn)角速度相等，線速度與半徑成正比.（3）B、C兩點(diǎn)半徑相等，線速度與角速

13、度成正比.4.解答：假設(shè)腳踏板每2 s轉(zhuǎn)1圈，要知道在這種情況下自行車前進(jìn)的速度有多大，還需要測(cè)量的三個(gè)輪子的半徑r1、r2、r3.由題意可知輪1邊緣的線速度自行車的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)v1=1r1=2=v3=3r3=2r3=其中T1等于2 sv3為輪3邊緣的線速度，即等于自行車前進(jìn)的速度.實(shí)際測(cè)量這里略去.說明：本題的用意是讓學(xué)生結(jié)合實(shí)際情況來理解勻速圓周運(yùn)動(dòng)以及傳動(dòng)裝置之間線速度、角速度、半徑之間的關(guān)系.但是，車輪上任意一點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)都不是圓周運(yùn)動(dòng)，其軌跡都是滾輪線,所以在處理這個(gè)問題時(shí)，應(yīng)該以輪軸為參考系，地面與輪接觸而不打滑，所以地面向右運(yùn)動(dòng)的速度等于后輪上一點(diǎn)的線速度.5.解答:(1)因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為n=300 r/min=5 r/s所以一個(gè)扇區(qū)通過磁頭所用的時(shí)間是t1=s.(2)1 s內(nèi)可讀的扇區(qū)數(shù)為1 s&#