“曲線運(yùn)動”教學(xué)設(shè)計

趙偉麗 李新鄉(xiāng)

（曲阜師范大學(xué)物理工程學(xué)院 山東 濟(jì)寧 272000）

趙興全 趙偉娟

（山東東明教育委員會 山東 菏澤 274000）

1 教學(xué)任務(wù)分析

曲線運(yùn)動是緊接在直線運(yùn)動、動力學(xué)后物理學(xué)習(xí)的內(nèi)容，是力學(xué)核心內(nèi)容——牛頓運(yùn)動定律的應(yīng)用，是連接運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)知識的橋梁，上承直線運(yùn)動、運(yùn)動定律的內(nèi)容，下接圓周運(yùn)動、拋體運(yùn)動等內(nèi)容，因此，在物理學(xué)中扮演著重要的角色.曲線運(yùn)動是比直線運(yùn)動更普遍的一種運(yùn)動形式，生活中大多數(shù)物體的運(yùn)動軌跡都是曲線，它離生活更近，更接近于生活實(shí)際.

雖然課標(biāo)對本節(jié)內(nèi)容沒有明確的要求，但對與其相關(guān)內(nèi)容的要求為：“會描述勻速圓周運(yùn)動”、“會用運(yùn)動合成與分解的方法分析拋體運(yùn)動”.勻速圓周運(yùn)動和拋體運(yùn)動是兩種典型的曲線運(yùn)動，為了更好地完成課標(biāo)對這兩種運(yùn)動的學(xué)習(xí)要求，首先學(xué)習(xí)曲線運(yùn)動是必要的.

“曲線運(yùn)動”是人教版普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書《物理·必修2》第五章第1節(jié)的內(nèi)容.在本節(jié)課之前安排了直線運(yùn)動、牛頓運(yùn)動定律等內(nèi)容，后面安排了平拋運(yùn)動、圓周運(yùn)動，以及萬有引力定律與航天等內(nèi)容，具有承上啟下的作用.

綜上所述，“曲線運(yùn)動”一節(jié)是為學(xué)生學(xué)習(xí)本章的知識與方法奠定基礎(chǔ)，因此是本章教學(xué)的重要內(nèi)容.

2 學(xué)情分析

學(xué)生在必修1模塊學(xué)習(xí)了直線運(yùn)動和牛頓運(yùn)動定律等內(nèi)容，初步具備了學(xué)習(xí)和分析曲線運(yùn)動的知識基礎(chǔ)，同時學(xué)生在生活中已經(jīng)有了豐富的曲線運(yùn)動的感性經(jīng)驗(yàn)，這些都有利于學(xué)生對曲線運(yùn)動特點(diǎn)的理解.但是受直線運(yùn)動的影響，學(xué)生在學(xué)習(xí)曲線運(yùn)動速度方向時會產(chǎn)生困惑，容易認(rèn)為曲線運(yùn)動的速度方向沿著其軌跡方向，從而形成教學(xué)難點(diǎn).

3 教學(xué)目標(biāo)［1］

3.1 知識與技能

（1）知道曲線運(yùn)動的定義和特點(diǎn).

（2）理解曲線運(yùn)動的方向和曲線運(yùn)動的條件.

3.2 過程和方法

在分析曲線運(yùn)動的過程中，學(xué)習(xí)用運(yùn)動合成與分解的方法.

3.3 情感態(tài)度與價值觀

領(lǐng)略曲線運(yùn)動的奇妙與和諧，增強(qiáng)學(xué)生對科學(xué)探究的好奇心與求知欲.

4 教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)

重點(diǎn)：物體做曲線運(yùn)動的條件.

難點(diǎn)：曲線運(yùn)動速度方向的判定.

5 評價活動

根據(jù)評價的活動設(shè)計先于教學(xué)活動設(shè)計的理念，設(shè)計了本節(jié)的評價活動.

通過問題1和問題2檢測教學(xué)目標(biāo)1的達(dá)成.

通過問題3～7檢測教學(xué)目標(biāo)2的達(dá)成.

通過問題6檢測教學(xué)目標(biāo)3的達(dá)成.

通過問題7檢測教學(xué)目標(biāo)4的達(dá)成.

作業(yè)1是對知識與技能目標(biāo)1的評價，作業(yè)2是針對目標(biāo)2知識的評價.

6 主要教學(xué)方法

本節(jié)課主要采用問題驅(qū)動、啟發(fā)式為主的教學(xué)方法，并配合演示法、實(shí)驗(yàn)法、練習(xí)法等方法，利用多媒體作為輔助手段，使學(xué)生在豐富的感性認(rèn)識基礎(chǔ)上達(dá)到掌握知識、發(fā)展能力的目的.

7 教學(xué)過程［2］

7.1 利用生活實(shí)例創(chuàng)設(shè)情境 引入新課

教師講述生活中汽車拐彎、煙花下落等物體做曲線運(yùn)動的實(shí)例并展示照片，并播放過山車視頻.

問題1：（與以前我們研究的運(yùn)動相比，這些）物體做什么運(yùn)動，從而引出課題.

教學(xué)設(shè)計說明：利用生活中常見的現(xiàn)象創(chuàng)設(shè)問題情境引入新課，既能為學(xué)生提供形象直觀的感性認(rèn)識素材，又有助于落實(shí)“從生活走進(jìn)物理”的課程理念，也有助于激發(fā)學(xué)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣和強(qiáng)烈的求知愿望.

7.2 利用知識遷移 講授新課

教師給出曲線運(yùn)動定義，提出第2個問題.

問題2：我們該如何描述曲線運(yùn)動呢？

引導(dǎo)學(xué)生回顧直線運(yùn)動知識，從位移、速度等方面進(jìn)行描述.

教師以拋出的粉筆頭為例，讓學(xué)生思考如何描述粉筆頭所做的曲線運(yùn)動.

7.2.1 曲線運(yùn)動的位移

教師提示：在直線運(yùn)動中用一條帶箭頭和刻度的線段表示質(zhì)點(diǎn)在某點(diǎn)的位移.

對于曲線運(yùn)動無法再用一維坐標(biāo)描述，因而選取平面直角坐標(biāo)系.

教學(xué)設(shè)計說明：通過比較分析直線運(yùn)動和曲線運(yùn)動位移表示方法，從直線到二維平面使學(xué)生面臨困境，無法再用一維坐標(biāo)表示曲線運(yùn)動的位移，從而引入平面直角坐標(biāo)系，突出了用平面直角坐標(biāo)系描述曲線運(yùn)動的位移這一重要內(nèi)容.

7.2.2 曲線運(yùn)動的速度

問題3：曲線運(yùn)動的速度方向有什么特點(diǎn)呢？

學(xué)生思考回答.

教師展示兩個視頻：砂輪打磨下來的熾熱微粒和運(yùn)動員拋出的鏈球.

問題4：熾熱微粒、鏈球在飛出瞬間沿著什么方向運(yùn)動？

學(xué)生思考回答.

教學(xué)設(shè)計說明：首先通過提問揭示部分學(xué)生認(rèn)為曲線運(yùn)動的速度方向沿曲線運(yùn)動的軌跡的前概念，然后利用兩個實(shí)際問題的設(shè)計，使學(xué)生形成認(rèn)知沖突，通過分析兩個視頻，轉(zhuǎn)變錯誤的前概念對學(xué)生的影響，并通過認(rèn)知沖突激發(fā)學(xué)生進(jìn)一步研究曲線運(yùn)動速度方向的求知欲.

接下來，教師安排演示實(shí)驗(yàn)和學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究曲線運(yùn)動的方向.

演示1：曲線運(yùn)動速度方向演示裝置，用塑料瓶往傘面上注水，當(dāng)快速轉(zhuǎn)動傘柄時可以看到水流在傘面出口處沿著傘面的切線方向甩出.

教學(xué)設(shè)計說明：設(shè)置演示實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖谴龠M(jìn)學(xué)生錯誤前概念的轉(zhuǎn)變，通過實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象，學(xué)生明顯地觀察到水流在傘面出口處沿著傘面的切線方向飛出.

探究1：利用教師提供的實(shí)驗(yàn)器材，探究墨水飛出時的方向.并用作圖的方法找出飛出點(diǎn)與陀螺中心的連線，再量出該夾角的大小.

教學(xué)設(shè)計說明：僅憑學(xué)生的猜想和演示1，還不能使學(xué)生的錯誤前概念完全轉(zhuǎn)變，因此設(shè)計探究實(shí)驗(yàn)，突破曲線運(yùn)動速度方向這一教學(xué)難點(diǎn)，同時學(xué)生在主動參與過程中，提高實(shí)驗(yàn)探究與動手操作能力，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的探索精神.

問題5：你認(rèn)為曲線運(yùn)動是變速運(yùn)動還是勻速運(yùn)動呢？

引導(dǎo)學(xué)生從速度的矢量性出發(fā)，得出曲線運(yùn)動速度方向時刻變化，因此是變速運(yùn)動，然后再從大小和方向兩個方面描述.

7.2.3 運(yùn)動描述的實(shí)例

問題6：下面我們將用具體的實(shí)例探討一下，如何描述蠟塊的運(yùn)動？

讓學(xué)生一邊觀察教師的演示實(shí)驗(yàn)，一邊思考回答.

演示2：將一端封閉長約1m的玻璃管內(nèi)注滿水，水中放一紅蠟燭R，再將開口端用橡膠塞塞緊，倒置過來觀察到蠟塊沿玻璃管勻速的從A點(diǎn)上升到B點(diǎn)，如圖1.

圖1

演示3：沿水平方向勻速移動試管，蠟塊隨著在水平方向做勻速運(yùn)動由B點(diǎn)到達(dá)C點(diǎn)，如圖2所示.

圖2

演示4：再次把玻璃管上下顛倒使蠟塊R回到A點(diǎn)，在蠟塊勻速上升的同時，讓試管水平勻速運(yùn)動到達(dá)C點(diǎn)，讓學(xué)生以墻壁為參照物觀察蠟塊同時沿水平方向和豎直方向的運(yùn)動.

教學(xué)設(shè)計說明：通過3次實(shí)驗(yàn)的對比，學(xué)生明顯地看到演示2中蠟塊勻速上升，在演示3中蠟塊沿水平方向勻速運(yùn)動，由于演示4中蠟塊在斜向上方向勻速運(yùn)動，學(xué)生結(jié)合數(shù)理推導(dǎo)的方法，很容易得到蠟塊在水平方向和豎直方向勻速運(yùn)動.此實(shí)驗(yàn)是對教材中實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)，把蠟塊在傾斜方向上的運(yùn)動分解到水平和豎直兩個方向上，轉(zhuǎn)變了學(xué)生的思維方法，增加了實(shí)驗(yàn)的趣味性.

引導(dǎo)學(xué)生用直角坐標(biāo)系把曲線運(yùn)動沿著水平和豎直兩個方向進(jìn)行分解，兩個分速度vx，vy與速度v的關(guān)系是

7.2.4 物體做曲線運(yùn)動的條件

問題7：由牛頓第一定律知道一切物體都有慣性，都具有保持原來的運(yùn)動狀態(tài)不變的性質(zhì)，如何讓手中的小球不再保持原來的運(yùn)動狀態(tài)而做曲線運(yùn)動呢？

學(xué)生思考：給小球施加力.

教師提示：曲線運(yùn)動是一種變速運(yùn)動，速度改變必然存在加速度，根據(jù)牛頓第二定律，物體一定受到合外力的作用.

教學(xué)設(shè)計說明：利用小球設(shè)置情境提出問題，更能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣.引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行猜想假設(shè)，小球做曲線運(yùn)動必定受到力的作用，同時也為后面演示實(shí)驗(yàn)做好鋪墊.

現(xiàn)有的器材：斜面，光滑平面，鐵球，條形磁鐵，設(shè)計實(shí)驗(yàn).

教學(xué)設(shè)計說明：利用以上器材設(shè)計實(shí)驗(yàn)，先讓小球從一斜面自由滑下，觀察小球的運(yùn)動情況；再讓小球從同一高度釋放，在小球運(yùn)動的正前方放一磁鐵再次觀察小球的運(yùn)動情況；最后讓小球從同一高度滑落，在小球運(yùn)動的側(cè)前方放一磁鐵，再次觀察小球與前兩次運(yùn)動有什么不同.

演示5：自制一斜面，讓小球從斜面上自由釋放，觀察小球運(yùn)動情況.

結(jié)論：小球在桌面上做直線運(yùn)動.

演示6：將小球從同一高度自由釋放，并在小球運(yùn)動的正前方放一磁鐵，再次觀察小球運(yùn)動情況.

結(jié)論：小球滑到桌面上沿著磁鐵的方向運(yùn)動，并且速度加快.

演示7：再次將小球從同一高度自由釋放，并在小球運(yùn)動的側(cè)前方放置一磁鐵，再次觀察小球運(yùn)動情況.

結(jié)論：小球脫離原來的運(yùn)動軌跡，做曲線運(yùn)動.

演示5中小球從斜面上滑下，在水平面上有一定的初速度，受到重力和支持力的作用，二者等大反向，故小球做勻速運(yùn)動；演示6中除受重力和支持力外，還受磁鐵對小球的作用力，由牛頓第二定律可知小球做加速運(yùn)動；演示7中小球除受重力和支持力的作用，還受側(cè)方向磁鐵的作用力，小球運(yùn)動的方向和受力方向不在同一條直線上，故小球做曲線運(yùn)動.

教學(xué)設(shè)計說明：通過3個實(shí)驗(yàn)的對比，讓學(xué)生經(jīng)歷改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案的過程和深刻理解實(shí)驗(yàn)的設(shè)計思路，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，逐步引導(dǎo)學(xué)生探究得出物體做曲線運(yùn)動的條件.

學(xué)生分組討論，得出物體做曲線運(yùn)動的條件，即所受合力的方向與它的速度方向不在同一直線上.

7.3 反饋練習(xí) 了解學(xué)情

【例1】關(guān)于曲線運(yùn)動說法中正確的是

A.曲線運(yùn)動的速度大小可能不變

B.曲線運(yùn)動的速度方向可能不變

C.曲線運(yùn)動的速度可能不變

D.曲線運(yùn)動可能是勻變速運(yùn)動

【例2】關(guān)于曲線運(yùn)動的條件，說法正確的是

A.物體受變力作用才可能做曲線運(yùn)動

B.物體受恒力作用也可能做曲線運(yùn)動

C.物體所受合力為零不可能做曲線運(yùn)動

D.物體只要受到合外力就一定做曲線運(yùn)動

【例3】飛機(jī)以300km／h速度斜向上起飛，飛行速度與水平夾角為30°，求水平與豎直方向的分速度vx，vy.

教學(xué)設(shè)計說明：針對本節(jié)課教學(xué)重難點(diǎn)和所學(xué)知識，有計劃、有目的地設(shè)計上述練習(xí)，目的是檢驗(yàn)曲線運(yùn)動的速度、曲線運(yùn)動的條件以及用運(yùn)動合成與分解的方法研究曲線運(yùn)動等知識的學(xué)習(xí)情況，讓學(xué)生進(jìn)一步理解和鞏固知識.

7.4 課堂小結(jié) 升華提高

教師引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)這節(jié)課學(xué)了什么，有何收獲？然后教師進(jìn)行點(diǎn)評與歸納總結(jié).

小結(jié)：（1）曲線運(yùn)動的位移；

（2）曲線運(yùn)動的速度；

（3）曲線運(yùn)動的條件.

研究曲線運(yùn)動的方法：運(yùn)動的合成與分解.

教學(xué)設(shè)計說明：讓學(xué)生自己總結(jié)本節(jié)課所學(xué)內(nèi)容，既是對本節(jié)課所學(xué)知識的回顧和整理，又可以培養(yǎng)學(xué)生的概括表達(dá)能力和自我評價能力.

7.5 布置作業(yè) 復(fù)習(xí)鞏固

（1）完成課本第4頁“做一做”.

（2）教材“問題與練習(xí)”第7頁第2題.

（3）補(bǔ)充做一做：如圖3所示，把小鋼珠放在黑墨水瓶蓋里轉(zhuǎn)一下（內(nèi)有一點(diǎn)點(diǎn)墨水），再放在半圓形有機(jī)玻璃軌道上運(yùn)動并飛出，讓鋼珠在白紙上留下痕跡，同樣在半圓周上運(yùn)動飛出，讓學(xué)生猜測飛出方向由什么特點(diǎn)？（有機(jī)玻璃板說明：厚約5mm，略小于小鋼珠直徑，圓弧半徑15cm，MN邊稍長些，以便過MN做直線，根據(jù)半徑大小確定圓心O位置。）讓學(xué)生猜想小鋼球做曲線運(yùn)動的速度方向.

圖3

1 中華人民共和國教育部.物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2003年版）.北京：北京師范大學(xué)出版社，2012

2 張大昌.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書 物理·必修2.北京：人民教育出版社，2012.1～7