资源简介

1．认识曲线运动
【教材分析】
1．体系结构。
《认识曲线运动》为高中物理必修第二册《第一章 抛体运动》的第1节。
关于曲线运动，教材中选取了三个实景图片，这样的安排充分体现了“从生活走向物理”的新课程理念。接着，展示砂轮打磨刀具的图片，让学生对质点做曲线运动速度的方向有了初步的认识，也使学生预先知道接下来还需深入探讨问题的本质。教材中安排了一个看似简单的实验，学生要通过收集信息和分析、处理信息，然后得到物理结论，这是科学探究过程的必然。这样也能使学生感觉到，一个结论的形成并不是草率的。到此，研究的过程似乎就可以画上完美的句号了，但是，通过实验只能得出做圆周运动时质点的速度方向，这不能代表一般的曲线运动，即结论不具有普遍性。因此，教材中又安排了采用极限思想的一段理论证明，从理论上证明了曲线运动中质点在某一点的速度方向就是曲线上该点的切线方向。最后，还通过实验探究和讨论交流的方式，明确了物体做曲线运动的条件。通过实验、探究和讨论，学生体会到做曲线运动的物体的速度是时刻改变的，曲线运动是变速运动，速度的方向沿轨迹的切线方向，同时理解物体做曲线运动的条件。
2．地位作用。
本节上承直线运动、运动定律的内容，下接圆周运动、抛体运动等内容，具有承上启下的作用，在中学物理中扮演着重要的角色。《认识曲线运动》一节为学生学习本章的知识与方法奠定基础，是本章教学的重要内容。
3．知识背景。
本节是紧接直线运动、动力学后的内容。曲线运动其实是力学核心内容——牛顿运动定律的应用的一种情况，是连接运动学和动力学知识的桥梁。曲线运动速度的方向是轨迹上某点的切线方向反映出曲线运动的运动学特征，而物体做曲线运动的条件则是动力学特征，完全符合牛顿力学的研究思路。从对学生认知建构的过程来看，知道曲线运动的方向只是知道一个事物的结果，掌握了曲线运动发生的条件才能理解该结果的原因，这样才能在逻辑上有利于学生深刻理解本节的两个重点内容。
【学情分析】
学生已经学习了直线运动和牛顿运动定律等内容，初步具备了学习和分析曲线运动的知识基础。同时，学生在生活中也有丰富的关于曲线运动的感性经验，这些都有利于加深学生对曲线运动特点的理解。曲线运动在知识结构上对于高中一年级的学生来说是比较新的内容，又涉及对矢量的理解，即学生在掌握这部分知识时具有一定的难度、学生在学习曲线运动速度方向时，容易认为曲线运动的速度方向沿着其轨迹方向，从而形成教学难点。
【课标解读】
1．课标要求。
通过实验，了解曲线运动，知道物体做曲线运动的条件。
2．课标解读。
本条目起到与学生已学的直线运动和定性了解曲线运动相衔接的作用。通过拓展学生对机械运动的认识，进一步发展学生的运动与相互作用观念和运用所学知识研究新问题的能力。本节安排学生从观察生活中的曲线运动和实验现象入手，了解曲线运动的速度方向沿切线方向，发展学生对速度的矢量性的认识，从而知道曲线运动是变速运动。进而运用牛顿第二定律进行科学推理，得出物体做曲线运动的条件是物体所受的合外力方向与运动方向不在同一条直线上，深化学生对力与运动关系的认识。
【教学目标】
核心素养 素养表现 素养内涵 教学目标
物理观念 物质观念 知道自然界物质的基本结构和存在形式
运动与相互作用观念 初步形成运动与相互作用观，并能用它对自然图景进行描述 知道曲线运动的定义，知道曲线运动某点的瞬时速度方向在曲线这一点的切线上，理解曲线运动的性质是一种变速运动，理解物体做曲线运动的条件是所受合外力与初速度不在同一直线上
能量观念 形成经典的能量观，并用它解释自然现象
科学思维 模型建构 根据问题和情境，对客观事物进行抽象和概括，构建物理模型
科学推理 具有规律意识，能进行科学推理，形成物理规律 学生通过观察探讨做曲线运动速度方向的演示实验，培养通过现象分析归纳物理本质的能力；通过理论分析培养学生逻辑推理的能力
科学论证 具有使用科学证据的意识和评估科学证据的能力
质疑创新 具有批判性思维的意识，善于基于证据的大胆质疑
问题解决 根据物理规律，解释自然现象和解决实际问题 通过曲线运动的实例分析，提高学生理论联系实际的能力；通过“香蕉球”成因揭秘，培养学生运用所学知识解释生活现象的意识和能力
科学探究 问题 能在不同情境中提出可探究的问题，合理猜测和假设 通过观察图片，提出关于曲线运动方向的猜想，培养学生根据生活现象进行猜测的能力
证据 能正确设计和实施物理探究，正确使用各种仪器和方法收集信息 通过探讨曲线运动速度方向和条件的实验，培养学生收集信息的能力
解释 会对获取的信息进行处理，并能描述和总结实验探究的结果 通过对实验现象的分析，从实验现象到问题本质，提高学生描述和探究的能力
交流 具有合作与交流的意愿与能力，能准确表述、评估和反思探究过程与结果 在老师提问后，学生通过小组讨论、相互交流，培养学生乐于与他人分享自己观点的精神
科学态度 与责任 科学本质 能正确认识科学的本质，认识到物理是人类有意识的探究过程 通过对速度矢量性的分析，让学生理解曲线运动的本质
科学态度 具有学习和研究物理的好奇心和求知欲，严谨认真、实事求是、持之以恒；善于基于证据和推理发表自己的见解，形成独立思考、敢于质疑、善于反思的创新精神 通过实验教学，培养学生实事求是的精神；通过让学生发言，培养学生独立思考、敢于发表见解的精神；通过各种图片和视频展示，激发学生学习的求知欲和好奇心
社会责任 理解科学、技术、社会和环境的关系，形成遵守道德规范、保护环境并推动可持续发展的责任感 通过对生活中实例的分析，让学生感受物理与实际生活密不可分的联系，培养学生运用所学知识解决问题、推动社会发展的责任感
【教学重点】
1．曲线运动的定义。
突出重点的方法：从生活中常见做曲线运动的物体入手，让学生观察做曲线运动的物体的运动轨迹，获得大量感性认识，然后让学生从直观的现象中归纳出曲线运动的定义。
2．物体做曲线运动时速度的方向的确定。
突出重点的方法：让学生观察展示雨天转伞时水珠从伞边缘飞落的动画，让学生自己提出关于曲线运动速度的看法，然后做演示实验，带领学生观察总结，最后得出结论。
【教学难点】
曲线运动的方向。
突破难点的方法：受所学直线运动和大部分生活经验的影响，学生对速度与轨迹同向（或共线）更“根深蒂固”。教学中，可在学习完物体做曲线运动的条件之后再回来强调曲线运动的方向，使学生进一步明白，曲线运动与头脑中“根深蒂固”的直线运动的区别在哪里。
2．理解曲线运动是变速运动。
突破难点的方法：教师首先应该让学生自己思考，提出自己的观点，然后引导学生理解：速度是矢量，既有大小又有方向，不论速度的大小是否改变，只要速度方向发生改变，就表示速度这个矢量发生了变化，也就是具有了加速度。所以，曲线运动是变速运动。
3．物体做曲线运动的条件。
突破难点的方法：学生通过自己动手实验，比较有磁铁和没有磁铁时小球的运动轨迹和受力情况，从力和运动的关系角度加以解释，得出结论。
【教法学法】
教法：讲授法、演示实验法。
学法：自主学习法、观察法、讨论法、实验探究法。
【教具学具】
1．实验仪器：白纸、曲线导轨、金属小球、磁铁、斜面等。
2．多媒体：PPT、图片、视频资料。
【课时安排】
1课时。
【教学思路】
本设计的内容包括四个方面：一是曲线运动的定义，二是曲线运动的速度方向，三是曲线运动的性质，四是曲线运动的条件。
本设计的基本思路是：通过教师演示实验和学生动手做实验，并在教师提问的引导下，让学生通过观察实验现象，自主获取实验结论，进而又通过实验直接验证学生所得出的结论。这一流程完全遵循伽利略科学实验的探究方法，即发现问题──猜想──探究──验证──得出结论──交流。在问题发现的环节上，通过开放性的实验，引导学生思考，发散学生思维；在问题解决的过程中，通过小组合作探究，交流讨论，体会知识获取的乐趣；在问题感悟时，学生自主小结，并将已学知识运用到指导实践生活当中来，体会STS的意义，提高科学素养。
【教学过程】
环节一 回顾旧知，引入课题
◆教师活动
引导学生回顾第一册所学直线运动的有关知识：机械运动中，最简单的运动是直线运动，直线运动的轨迹是一条直线，做直线运动的物体所受合外力的方向与速度方向在同一直线上。引出本节课的内容：现实生活中，很多物体的运动并非直线运动，而是曲线运动。
◆学生活动
回忆直线运动的有关知识，并思考：什么样的运动是曲线运动？做好进入本课知识学习的准备。
★设计意图
通过复习直线运动，从学生原有的、较易的描述直线运动的物理量出发迁移到学生未知的、较难描述的曲线运动的物理量，符合学生的认知规律，并引发学生思考。
环节二 创设情境
◆教师活动
运用多媒体展示生活中曲线运动的图片，提出问题：这几幅图片中的物体，它们的运动轨迹有什么特点？引导学生归纳思考，得出曲线运动的定义，并能列举出一些生活中常见的曲线运动：打篮球时，相互传球、投球的时候球的轨迹就是曲线。
◆学生活动
认真听老师讲述，观察多媒体展示的图片，归纳出做曲线运动物体的规律，得出定义，并举例说出生活中见过的曲线运动。
★设计意图
借助实例，通过师生间的交流归纳出曲线运动的概念，帮助学生认识曲线运动。
环节三 实验探究
◆教师活动
回顾直线运动速度的方向，并提出问题：曲线运动中物体速度的方向是时刻改变的，它的速度方向应该怎样确定呢？展示砂轮切割钢材、雨天转动雨伞图片，引导学生观察并提出关于曲线运动方向的猜测。
教师进行演示实验：水平桌面上放一白板，在白板上固定一圆弧形挡板。让一个小球以一定的初速度在圆弧形挡板的约束下运动。改变挡板位置，重复实验。
向学生提出问题：（1）小球离开挡板后，运动轨迹是怎样的？（2）根据这个运动轨迹，你能说出小球离开挡板时的速度方向吗？
在学生观察完现象后，选取学生回答并总结：小球离开挡板后的轨迹是沿圆弧挡板边缘的切线方向。忽略摩擦力，脱离轨道的小球在水平方向不再受其他力的作用，由于惯性，小球以脱离挡板时的速度大小和方向做直线运动。
进而得出曲线运动方向：做曲线运动的质点在某一点（或某一时刻）的速度方向是曲线上这一点的切线方向。
◆学生活动
观察砂轮切割钢材、雨天转动雨伞图片，提出关于曲线运动方向的猜想：可能是沿着切线方向。仔细观察演示实验，回答老师的提问，进而得出关于曲线运动速度方向的结论。
★设计意图
从生活实际发现问题，提出猜想，再到实验验证，组织学生对曲线运动速度方向进行探讨，再通过实验的现象，学生明显地观察到小球沿曲线导轨切线方向飞出。让学生形成对曲线运动速度方向的认识，突出本节重难点。让学生从直观实验中归纳出物理本质，有利于培养学生物理思维。
环节四 理性探究
◆教师活动
回顾描述物体运动快慢的物理量——瞬时速度，引导学生进行理论推导：如图所示，质点沿曲线运动，某段时间从A运动到B，那么，从A到B的直线（即割线）就是质点位移的方向，即这段时间内的平均速度方向。设想讨论的时间段逐渐缩短，则终点B逐渐向A靠近，这条割线的位置就不断变化。当我们讨论的时间段变得非常非常小的时候，B点非常非常接近A点，这条割线就将与过A点的切线重合。因此，可以认为质点在A点的瞬时速度方向沿曲线在A点的切线方向——这与实验得到的结论相同。这一理论推导运用的是“化曲为直”的科学思想。
引导学生在例题中运用曲线运动方向的知识解决具体问题，并通过例题得出结论：做曲线运动的物体速度方向时刻改变，因为速度是矢量，既有大小又有方向。在曲线运动中，因为运动速度的方向时时刻刻都在改变，即速度这个矢量时刻都在发生变化，这说明曲线运动具有加速度，即曲线运动的性质是一种变速运动。
◆学生活动
在老师的带领下，推导质点做曲线运动时速度的方向，发现与实验所得结果相同，巩固概念。理解“化曲为直”的思想方法。在例题中运用所学知识，思考老师的提问并举手回答。
★设计意图
在实验现象的基础上，运用理论推理得出与实验现象相同的结论，强化学生对做曲线运动物体速度方向的理解，也让学生学习了“化曲为直”的思想。学生思考老师所提的关于曲线运动性质的问题，交流讨论，再在老师的引导下共同得出结论：曲线运动是变速运动。
环节五 实验探究
◆教师活动
引导学生探讨物体做曲线运动的条件。提出问题：为什么有些物体做直线运动，有些物体做曲线运动？物体做曲线运动的条件是什么呢？（引起学生关于物体做曲线运动条件的思考）
引导学生进行分组实验，教师在实验过程中捕捉学生的问题，及时引导学生解决问题。
引导学生分析归纳，比较小球在有无磁铁的作用下运动轨迹的区别，带领学生在忽略摩擦力作用的条件下，对两种情况做受力和运动分析，组织学生进行小组讨论，选择小组代表进行发言。
总结归纳得出结论：当物体所受的合外力方向（即产生加速度的方向）跟它的速度方向不在同一直线上时，物体将做曲线运动。
◆学生活动
思考老师所提问题，带着问题进行分组实验，观察小球运动情况。
实验1：将斜面放置在水平桌面上，在斜面的正对面放置一块磁铁，让钢球从斜面顶端自由滚下，钢球做直线运动。
实验2：将磁铁放置在钢球运动路径旁，重复刚才的实验操作，钢球轨迹偏离了原来的直线方向，而且向磁铁方向偏移，即做曲线运动。
由于摩擦力与磁铁吸引力相比要小得多，因此忽略摩擦力对实验的影响，对钢球进行运动和受力分析。
实验1：由斜面滚下，做直线运动的钢球具有初速度，在水平方向只受到磁铁吸引力的作用，加速度方向与受力方向一致，速度方向与受力方向在同一条直线上，即在水平方向上做匀加速直线运动。
实验2：外部条件多了磁铁给予的侧向力，具有初速度的钢球，在水平方向上受磁铁的吸引力的作用，合外力方向与速度方向不在同一条直线上，加速度方向与速度方向也不在同一条直线上，钢球做曲线运动。
思考并进行小组讨论，小组代表发表见解：实验1中，第一个钢球所受合外力与它的运动轨迹在同一条直线上，做的是直线运动；实验2中，第二个钢球受到与运动方向成一定夹角的合外力的作用，做的是曲线运动。
学生在老师的带领下共同归纳得出物体做曲线运动的条件。
★设计意图
从学生动手实验入手，给学生更直观的感受。师生通过对话讨论得出结论，培养学生从现象中发现本质的能力，使学生牢固掌握曲线运动的条件。
环节六 讨论交流
◆教师活动
提出问题：篮球场上，同学抛出的篮球，为什么会做曲线运动呢？（引导学生思考，选择学生发言回答）。
评价并总结：篮球离开同学的手时，具有向前运动的惯性，但又由于受重力影响，即初速度与重力方向有一定角度，所以离开手后的篮球做曲线运动。
◆学生活动
思考老师提出的问题，交流讨论，举手回答问题，听老师讲解并思考。
★设计意图
让学生运用刚刚学习的曲线运动的相关知识解决生活中的实际问题，培养学生运用所学知识解决实际问题的能力，也让学生感受到物理与生活有着密不可分的联系。
环节七 课堂小结，建构体系
◆教师活动
总结归纳本课所学内容，引导学生回顾所学知识。
◆学生活动
跟随老师梳理本课的内容，回顾知识。
★设计意图
总结本课的新知识，使学生建构起新知识的图式。
环节八 解释现象，思维拓展
◆教师活动
播放有关“香蕉球”的视频，提出问题：你知道“香蕉球”是怎样形成的吗？激发学生兴趣，并给出解答：运动员踢出足球时，一方面球向前运动，另一方面球又在绕轴旋转。设旋转方向和前进方向如图所示，若自上向下看，由于球的自转，球表面附近有一层空气被球带动做同一旋向的转动，结果造成球A、B两侧附近空气相对于球的速度不相等，A侧附近空气的流速大于B侧附近空气的流速。根据流体的压强与速度的关系可知，空气对球B侧的压强大于对A侧的压强，从而使球的A、B两侧形成一个压强差，其合力F的方向由B指向A。正是这个力，使足球偏离了原来的运动方向，在空中划出一条形如香蕉的轨迹。
◆学生活动
观看视频，听老师讲解，思考并感受物理知识与实际生活的联系。
★设计意图
让学生将刚刚学习的曲线运动的相关知识与之前初中所学有关流体力学相关的知识相结合，解释生活中的现象，将理论与实际联系起来，激发学习的兴趣。
【板书设计】
1.1 认识曲线运动
1．定义：轨迹为曲线的运动。
2．速度方向：沿轨迹切线方向。
3．性质：变速运动。
4．条件：①物体具有初速度；②合外力与速度方向不在同一条直线上。
5．合外力方向：指向运动轨迹的凹侧。
【附件：教学资源】
曲线运动方向的另一种理论推导方法
如左图所示，变速直线运动中物体从点A运动到点B的平均速度（x为从A到B的位移，为通过AB的时间）。当时，物体在点A的瞬时速度。
如右图所示，物体从点A运动到点B时，速度方向是从A指向B；物体从点A运动到点C时，速度的方向是从A指向C；物体从点A运动到点D……当点B无限接近点A时，根据切线的极限（分析）定义，速度的方向就在点A处轨迹的切线方向上。
实验
1．陀螺转墨水实验。将陀螺在白纸上高速旋转起来，当其转动稳定时，用注射器向陀螺的上表面滴两滴红墨水，观察白纸上红墨水被陀螺甩出的轨迹。将墨水轨迹反向延长，发现轨迹沿陀螺切线方向。
2．如图所示，水平桌面上摆着一条弯曲的轨道，它是由几段稍短弧形轨道组合而成的。使钢球由轨道的C端滚入，在轨道的约束下做曲线运动。当蘸着墨水的钢球从出口A离开轨道后会在下面的白纸上留下一条运动的痕迹，这个轨迹记录了钢球在A点的运动方向。拆去一段轨道，将钢球的轨道出口改在B。用同样的方法可以记录钢球在轨道B点的运动方向。通过寻找白纸上的墨迹与轨道（曲线）的关系，可得到“做曲线运动的质点在某一点的速度方向沿曲线在这一点的切线方向”的结论。

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