高中曲线运动教材介绍

普通高中课程标准实验教科书物理教材介绍·必修2（第五章曲线运动）课程标准的要求1．会用运动合成与分解的方法分析抛体运动。2．会描述匀速圆周运动。知道向心加速度。3．能用牛顿第二定律分析匀速圆周运动的向心力。分析生活和生产中的离心现象。4．关注抛体运动和圆周运动的规律与日常生活的联系。一、本章教材概述本章是共同必修模块的第五章。在第一、二章中，学生学习了运动的描述和匀变速直线运动的规律，对运动学的知识有了一定的了解；在第三、四章中，学生学习了关于力的基本知识和牛顿运动定律，对动力学的知识也有了一定了解。本章所学的曲线运动，不仅要讨论曲线运动的运动规律，同时要用牛顿第二定律对有关曲线运动进行分析。因此可以说，本章实际上是运动学和动力学知识在曲线运动上的具体应用，是学生所学运动学和动力学知识的进一步拓展和延伸，其拓展和延伸的具体内容可以用以下方框图来表示：本章教材大体继承了传统教材“曲线运动→运动的合成和分解→抛体运动→匀速圆周运动”的整体结构，但编写时，更注重分析思路和方法的渗透，而且在行文线索上也做了一些调整，例如，本章教材是根据运动学的知识先学习向心加速度，然后再根据牛顿第二定律学习向心力的知识，这样做，有利于形成合理的知识结构，而且更符合认知规律。具体来说，本章在编写时有如下思考：1．重视对物理结论形成的过程进行优化设计为得到曲线运动速度方向是沿曲线某点的切线方向这一结论，教科书设计了以下过程：教科书没有在过程1之后就匆匆形成结论，因为过程1列举的是圆周运动的情况，圆周运动仅仅是曲线运动的一种特例，通过一个特例来概括出普遍结论，这不利于形成学生的科学思维。只有把客观事实和理性分析结合起来形成结论，才是更科学的研究方法，过程2和过程3就是基于这种考虑而设计的。因此，对于这段教科书，过程1可以看成是根据部分事实得到的猜想，过程2和过程3可以看成是对该猜想所进行的实验和理论上的证明。过程2除了其任意曲线的轨道具有普遍意义外，让学生体验严谨的实验过程也是编写意图之一。因为过程2要记录小球运动的轨迹，用直尺判断出小球脱离轨道后的运动轨迹是在脱离点的曲线切线上。这就存在着一个如何收集信息和分析、处理信息的问题，它使学生感觉到，一个实验结论的形成是应该尊重客观事实和严谨的。过程3隐含着极限的思想。AB割线的长度跟质点由A至B的运动时间之比，等于AB过程的平均速度大小，其平均速度的方向由A指向B。当B非常非常接近A时，AB割线变成了过A点的切线，同时AB间的平均速度近似等于A点的瞬时速度，因此质点在A点的瞬时速度方向就是过A点的切线方向。教科书用了一系列的几跟虚线逐渐逼近切线的方法来展现这种极限的思想。2．重视学生的体验本教科书重视学生对物理现象的深入观察和对物理规律的亲身体验。学生经过了深入观察和亲身体验后，物理知识不仅容易领悟而且印象深刻。学生学习了曲线运动的方向后，教科书让学生做一个“飞镖”，观察飞镖在空中做斜抛运动时指向不断改变的情景，观察飞镖落至地面插入泥土的指向，联系飞镖在空中做曲线运动的轨迹，体会曲线运动的速度方向与轨迹曲线相切的关系。在学习了向心力公式后，学生容易产生“半径比较大的时候向心力是比较大还是比较小”的问题，教科书设计了一个“做一做”的体验性实验。学生通过实验，体验“匀速圆周运动的物体在线速度不变时半径越大的向心力越小”的感觉，体会实践中的“半径大、线速度不变”是怎么一回事，体验“匀速圆周运动的物体在角速度不变时半径越大的向心力越大”的感觉，体会“半径大、角速度不变”的实践意义。一般来说，“半径大向心力是大还是小”的问题，只要通过对向心力公式进行讨论就可以得到结论，但通过实验体验性后，学生能把物理公式中的常量、变量和实验的具体条件联系起来，其认知的水平会比较深刻。3．练习题的设计重视“情感、态度与价值观”目标各节后的练习题，除了体现课文中的主干知识之外，设计时，还慎重地考虑了“情感、态度与价值观”目标的实现。首先，练习题难度的水平，既要有利于学生积极思考、又要使学生在独立思考的情况下体验到解决问题的愉悦。同时，练习题的内容尽量贴近学生的生活，对物理学产生亲近感。例如，在曲线运动的练习题中，编写了一个以跳水运动员“反身翻腾二周半”为实践背景的曲线运动方向分析问题；在学习角速度的概念之后，编写了一个跟电脑软磁盘知识有关的角速度计算题；自行车是学生熟悉的交通工具，教材中的练习题要求学生根据自行车的传动结构设计一个测量自行车前进速度的方案和计算式，它将引发学生对很多意想不到的问题进行探讨；又例如，在学习了平抛运动的规律之后，练习题中设计了一个以汽车司机超速行驶而肇事为背景的平抛运动问题，尽管从物理学的角度看，这是一个已知平抛运动的抛出高度和水平位移求平抛初速度的常规问题，但是由于赋予了实践的背景，物理知识被活化了。可以想像，如果在教学中让一名学生扮演检察官，陈述汽车行驶时超速的物理学根据，另一名学生扮演肇事司机的律师，从物理学的角度对检察官的陈述提出质疑，让学生自告奋勇地选择角色上台辩论，场面将是热烈的，这时候，学生跟物理学的距离便一下子拉近了许多。第1节曲线运动1．教学目标(1)知道什么叫曲线运动；(2)知道曲线运动是一种变速运动，知道曲线运动中瞬时速度的方向，能在曲线的轨迹图上画出各点的速度方向；(3)知道物体做曲线运动的条件。能运用牛顿第二定律分析曲线运动的条件，掌握速度与合外力方向与曲线弯曲情况之间的关系；(4)通过实验归纳做曲线运动的条件，体验学习物理的兴趣。2．教材分析与教学建议这一节是整章教学的知识基础，学生以前学习的是直线运动，曲线运动与直线运动的一个显著区别是速度的方向在变化，要研究曲线运动，首先必须解决曲线运动速度方向的确定问题，并认识曲线运动的性质和物体做曲线运动的条件。教科书的叙述顺序是通过观察和实验，知道确定速度方向的方法，得出曲线运动是变速运动的结论，理解物体做曲线运动的条件。第2节质点在平面中的运动1．教学目标(1)知道物体的运动轨迹不是直线时，需要建立平面直角坐标系进行研究；(2)经历蜡块运动位置、轨迹的研究过程，体会其中所用的数学方法；(3)经历蜡块速度的研究过程，体会运动合成所用的方法；(4)初步认识运动的合成与分解遵循平行四边形定则；(5)能够定性分析运动的合成与分解问题；(6)能够用图示方法表示合速度与分速度。2．教材分析与教学建议本节内容原来教科书的标题是“运动的合成与分解”，现在的标题改为“质点在平面中的运动”，这一变化所蕴涵的思想是：我们关注的问题仍然是物体的运动问题，也就是运动物体的位置、位移及速度等。教科书先提出在平面坐标系中通过观察蜡块的二维运动，探究其位置、轨迹和速度问题。教科书虽然没有明确提出运动的合成与分解和合运动、分运动等概念，但隐含了这种方法，例如教科书指出：“在本节的实验和例题中，物体沿着相互垂直的两个方向的分速度都不随时间变化，但以上思想和方法对其他运动也是适用的。”建议教师在完成研究蜡块位置、轨迹和速度问题后，可以让学生体会这种方法，并把它与力的合成与分解进行对比。对基础比较好的学生，也可以明确提出这里所用的方法就是运动合成与分解的方法。教科书在实例选择时没有选用轮船渡河的现象来研究，主要是考虑有的学生对这一现象生活体验不足，缺乏感性认识，且演示困难；而蜡块演示方便，操作简单，直接能够在课堂里观察。第3节抛体运动的规律1．教学目标(1)知道什么是抛体运动，知道抛体运动是匀变速曲线运动，知道什么是平抛运动；(2)知道抛体运动的受力特点，会用运动的合成与分解的方法分析平抛运动；(3)理解平抛运动的规律，知道平抛运动的轨迹是一条抛物线；(4)知道分析一般抛体运动的方法──运动的合成与分解；(5)会确定平抛运动的速度。2．教材分析与教学建议抛体运动是自然界常见的运动形式，本节先提出抛体运动及平抛运动的概念，这两个概念并不是并列的，而是上、下位的关系，抛体运动是上位概念，平抛运动是下位概念，建立了抛体运动概念后，平抛运动概念并不需要从大量例子中归纳、抽象，只需说明平抛运动特点的条件即可。在抛体的位置、抛体的轨迹和抛体的速度等问题讨论时。教科书以平抛物体的运动作为一个典型案例，应用运动的合成与分解方法和牛顿第二定律确定抛体运动的位置和速度，并用数学方法得到轨迹方程，这是一种重视理论分析与演绎思维的方式，有利于培养学生用所学知识和方法解决实际问题的能力。第4节实验：研究平抛运动1．教学目标(1)知道平抛运动的条件及相应控制方法；(2)知道用实验获得平抛运动轨迹的方法；(3)知道判断运动轨迹是否是抛物线的方法；(4)知道测量初速度时需要测量的物理量；(5)会推导平抛初速度的表达式，会计算平抛运动的初速度。2．教材分析与教学建议教科书提供了三个参考方案，研究平抛运动，教学中各学校要根据自己的实际，选用其中一个参考方案进行实验。有条件的学校，可将参考方案1与3结合起来，参考方案1要求学生动手做，参考方案3教师可事先拍好照片或录像，在学生完成实验后展示，并让学生比较两者的联系与区别。第5节圆周运动1．教学目标(1)知道什么是圆周运动，什么是匀速圆周运动；(2)知道线速度的物理意义、定义式、矢量性，知道匀速圆周运动线速度的特点；(3)知道角速度的物理意义、定义式及单位，了解转速和周期的意义；(4)掌握线速度和角速度的关系，掌握角速度与转速、周期的关系；(5)能在具体的情景中确定线速度和角速度与半径的关系。2．教材分析与教学建议本节内容主要叙述了匀速圆周运动，以及描述匀速圆周运动的线速度、角速度、周期等概念和线速度与角速度的关系。对于匀速圆周运动的定义，教科书是在讲述了线速度概念后给出的，“如果物体沿着圆周运动，并且线速度的大小处处相等，这种运动叫做匀速圆周运动”这样表述比较严格。对于匀速圆周运动模型的理解，从教科书的叙述和给出的定义中，可以看出高中物理中的匀速圆周运动是质点运动模型，不是物体（刚体）的转动模型。本节内容概念多，需要说明的问题也比较多，可以与描述直线运动的概念进行比较，教科书虽然只给出了线速度和角速度的定义式，建议教师引导学生进一步推导匀速圆周运动情景下角速度、线速度与周期的关系。建议教师整理好教学目标，明确需要讲清的概念、关系和说明的问题，便于教学时有清晰的结构。对于匀速圆周运动来说，用角速度、线速度与周期加以描述已经足够了，教师不要再引入其他概念，避免加深学生的负担。第6节向心加速度1．教学目标(1)知道匀速圆周运动是变速运动，具有指向圆心的加速度──向心加速度；(2)知道向心加速度的表达式，能根据问题情景选择合适的向心加速度的表达式并会用来进行简单的计算；(3)会用矢量图表示速度变化量与速度之间的关系，理解加速度与速度、速度变化量的区别；(4)体会匀速圆周运动向心加速度方向的分析方法；(5)知道变速圆周运动的向心加速度的方向和加速度的公式。2．教材分析与教学建议教科书对向心加速度的引入是从运动和力关系的讨论开始的。其基本思路是：如果物体不受力，它将做匀速直线运动──圆周运动不是直线运动，沿圆周运动的物体一定受力──匀速圆周运动的物体，受的力是什么方向？──考虑实例：地球绕太阳，地球受到力的方向；细绳拉着小球在光滑水平面上作圆周运动，小球所受合力的方向──匀速圆周运动物体所受的合力指向圆心──物体的加速度也指向圆心──直接给出向心加速度的两种表达式。教科书的叙述是运用牛顿第二定律，“从力推知加速度”的思路。这种叙述的好处是降低了教学的难度，用“迂回”的方法避开难点，使所有学生可以掌握向心加速的大小和方向。对学有余力，并且对物理量之间的关系及推理的严谨特别关注的同学，“做一做”中的“探究向心加速度大小的表达式”为满足他们的需求开了“窗口”，这个“窗口”有利于学生了解在矢量状态下速度变化量与加速度之间的联系，有利于学生更透彻地理·解圆周运动的加速度概念。第7节向心力1．教学目标(1)了解向心力概念，知道向心力是根据力的效果命名的；(2)体验向心力的存在，会分析向心力的来源；(3)掌握向心力的表达式，计算简单情景中的向心力；(4)从牛顿第二定律角度理