第六章+圓周運動+課題研究+教學(xué)設(shè)計 高一下學(xué)期物理人教版（2019）必修第二冊

教學(xué)設(shè)計

課程基本信息學(xué)科物理年級高一學(xué)期春季課題課題研究教學(xué)目標(biāo)1.知道人們在長期生活和勞動中，形成了許多動作習(xí)慣，其背后必定有相關(guān)物理原理的支撐。2.了解課題研究的基本環(huán)節(jié):提出問題、建立模型、數(shù)據(jù)分析、實驗檢驗、結(jié)論與啟示。3.了解光電門傳感器和手機中的加速度傳感器的使用，知道現(xiàn)代技術(shù)融入物理實驗。4.通過研究人體動作的物理原理，增強學(xué)生理論聯(lián)系實際的意識和發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維能力教學(xué)內(nèi)容教學(xué)重點：1.了解課題研究的基本環(huán)節(jié):提出問題、建立模型、數(shù)據(jù)分析、實驗檢驗、結(jié)論與啟示。

教學(xué)難點：1.了解課題研究的基本環(huán)節(jié):提出問題、建立模型、數(shù)據(jù)分析、實驗檢驗、結(jié)論與啟示。2.了解光電門傳感器和手機中的加速度傳感器的使用，知道現(xiàn)代技術(shù)融入物理實驗。教學(xué)過程【教學(xué)任務(wù)一】問題創(chuàng)設(shè)引入課題要把手上的水甩掉，人通常的甩手動作是怎樣的？為什么這樣的動作容易把水甩掉？【教學(xué)任務(wù)二】對比實驗得出結(jié)論生活當(dāng)中常見的甩手動作：第一種手指彈，第二種手腕甩，第三種小臂旋，第四種大臂輪。通過比較甩掉相同的水量所需要的甩手動作的次數(shù)，得出大臂掄的甩水效果最好。

【教學(xué)任務(wù)三】頻閃記錄模型建立

利用視頻制作了手臂各部分在不同時刻的位置信息，如下圖,相鄰兩個位置之間的時間間隔是0.06s。從分析運動的視角看，人的上肢可以認(rèn)為由上臂、前臂和手掌組成，結(jié)構(gòu)簡化為下圖?？梢钥闯?，在甩手過程中，上臂以肩關(guān)節(jié)O1為轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動，此時肘關(guān)節(jié)O2在做圓周運動，圓心為O1、半徑為r1；腕關(guān)節(jié)O3相對O2的運動，是以O(shè)2為圓心、r2為半徑的圓周運動；手指上某水滴P相對腕關(guān)節(jié)的運動也是圓周運動，其圓心為O3、半徑為r3。這樣，P點除了繞O3做圓周運動之外，同時還疊加了O3相對O2的運動和O2相對O1的運動，因此，P點具有較大的線速度。由于P點繞O3做圓周運動的半徑r3很小，由向心力公式可知，如果水滴P要繼續(xù)停留在手上，需要很大的向心力。否則水滴便會做離心運動，飛離手指?！窘虒W(xué)任務(wù)四】數(shù)據(jù)分析估算結(jié)果

①測量照片與實物尺寸的縮放比例。手臂自然下垂時肩膀到指尖：實際長度67.10cm照片中的長度11.20cm。②估算指尖的最后階段線速度。測得照片中A、B之間的距離為6.50cm，根據(jù)照片與實物尺寸的縮放比例算出實際A、B之間距離為38.94cm,已知相鄰兩幀之間的時間間隔為0.06s就可以算得指尖在A、B之間的平均速度為6.49m/s。③估算指尖的最大向心加速度。測得實際NB的長度17.00cm，根據(jù)上述模型，指尖在B點附近做圓周運動的半徑等于NB的長度，由此計算指尖的向心加速度約為248m/s2?！窘虒W(xué)任務(wù)五】實驗檢驗得出結(jié)論①用手機中的加速度傳感器進(jìn)行檢驗。如下圖所示，用手指和手掌握住手機，使手機中心對準(zhǔn)腕關(guān)節(jié)，且手機的長邊跟前臂平行。甩手時，手機顯示了x、y、z三個坐標(biāo)軸方向的加速度值如圖所示。其中y方向的加速度（藍(lán)色圖線）是手腕部位的向心加速度，最大值約等于34.6m/s2，測出AB的弧長大約是N點在相同時間內(nèi)通過弧長的2.2倍，B點的線速度vB也為N點線速度vN的2.2倍,B點做圓周運動的半徑NB大約是N點做圓周運動半徑MN的3/5，求出向心加速度為276.8m/s2。②用光電門傳感器測量速度進(jìn)行檢驗。利用無線光電門傳感器測出指尖在最低點的瞬時速度大小為6.60m/s，由此計算指尖的向心加速度約為256m/s2。得出實驗結(jié)論：實驗檢驗的結(jié)果與數(shù)據(jù)分析的結(jié)果基本一致。【教學(xué)任務(wù)六】結(jié)論啟示增強興趣結(jié)論：指尖的向心加速度最大時竟然達(dá)到重力加速度的25倍，水滴之間的相互作用力無法滿足這種運動的受力要求，因此手上的水滴被甩出。甩手時的指尖之所以能產(chǎn)生這么大的向心加速度，這里包含著兩個方面的物理原理。1.利用了運動的合成。手指對手腕、手腕對前臂、前臂對上臂這三個運動的疊加使手指在甩手過程的最后獲得了最大瞬時速度。

2.利用了圓周運動。手臂運動的最后一刻，指尖做圓周運動，圓心是腕關(guān)節(jié)，半徑很小，由此產(chǎn)生了巨大的向心加速度。啟示：人們的動作習(xí)慣是通過有效經(jīng)驗的積累形成的，其中隱藏著許多物理原理。對這些動作進(jìn)行物理原理研究，不僅可以進(jìn)一步從原理上改進(jìn)動作的效果（如競技體育的動作訓(xùn)練），還可以從“仿生”的角度對人類工具作進(jìn)一步的優(yōu)化?！窘虒W(xué)任務(wù)七】課堂小結(jié)布置作業(yè)課堂小結(jié)：布置作業(yè)：1.查閱資料，了解智能手機傳感器在中學(xué)物理教學(xué)中的應(yīng)用。2.查閱資料，選取你感興趣的體育運動中的某一個動作，開展課題研究，探索背后的物理原理。如：標(biāo)槍動作、跳高動作等。教學(xué)流程圖任務(wù)4：數(shù)據(jù)分析估算結(jié)果題任