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

教學(xué)設(shè)計(jì)

課程基本信息學(xué)科物理年級(jí)高一學(xué)期春季課題課題研究教學(xué)目標(biāo)1.知道人們?cè)陂L(zhǎng)期生活和勞動(dòng)中，形成了許多動(dòng)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(wèn)題、建立模型、數(shù)據(jù)分析、實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)、結(jié)論與啟示。3.了解光電門(mén)傳感器和手機(jī)中的加速度傳感器的使用，知道現(xiàn)代技術(shù)融入物理實(shí)驗(yàn)。4.通過(guò)研究人體動(dòng)作的物理原理，增強(qiáng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的意識(shí)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(diǎn)：1.了解課題研究的基本環(huán)節(jié):提出問(wèn)題、建立模型、數(shù)據(jù)分析、實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)、結(jié)論與啟示。

教學(xué)難點(diǎn)：1.了解課題研究的基本環(huán)節(jié):提出問(wèn)題、建立模型、數(shù)據(jù)分析、實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)、結(jié)論與啟示。2.了解光電門(mén)傳感器和手機(jī)中的加速度傳感器的使用，知道現(xiàn)代技術(shù)融入物理實(shí)驗(yàn)。教學(xué)過(guò)程【教學(xué)任務(wù)一】問(wèn)題創(chuàng)設(shè)引入課題要把手上的水甩掉，人通常的甩手動(dòng)作是怎樣的？為什么這樣的動(dòng)作容易把水甩掉？【教學(xué)任務(wù)二】對(duì)比實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論生活當(dāng)中常見(jiàn)的甩手動(dòng)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(guò)比較甩掉相同的水量所需要的甩手動(dòng)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(shí)刻的位置信息，如下圖,相鄰兩個(gè)位置之間的時(shí)間間隔是0.06s。從分析運(yùn)動(dòng)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(jiǎn)化為下圖?？梢钥闯觯谒κ诌^(guò)程中，上臂以肩關(guān)節(jié)O1為轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)肘關(guān)節(jié)O2在做圓周運(yùn)動(dòng)，圓心為O1、半徑為r1；腕關(guān)節(jié)O3相對(duì)O2的運(yùn)動(dòng)，是以O(shè)2為圓心、r2為半徑的圓周運(yùn)動(dòng)；手指上某水滴P相對(duì)腕關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)也是圓周運(yùn)動(dòng)，其圓心為O3、半徑為r3。這樣，P點(diǎn)除了繞O3做圓周運(yùn)動(dòng)之外，同時(shí)還疊加了O3相對(duì)O2的運(yùn)動(dòng)和O2相對(duì)O1的運(yùn)動(dòng)，因此，P點(diǎn)具有較大的線速度。由于P點(diǎn)繞O3做圓周運(yùn)動(dòng)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(huì)做離心運(yùn)動(dòng)，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(cè)量照片與實(shí)物尺寸的縮放比例。手臂自然下垂時(shí)肩膀到指尖：實(shí)際長(zhǎng)度67.10cm照片中的長(zhǎng)度11.20cm。②估算指尖的最后階段線速度。測(cè)得照片中A、B之間的距離為6.50cm，根據(jù)照片與實(shí)物尺寸的縮放比例算出實(shí)際A、B之間距離為38.94cm,已知相鄰兩幀之間的時(shí)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(cè)得實(shí)際NB的長(zhǎng)度17.00cm，根據(jù)上述模型，指尖在B點(diǎn)附近做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑等于NB的長(zhǎng)度，由此計(jì)算指尖的向心加速度約為248m/s2?！窘虒W(xué)任務(wù)五】實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)得出結(jié)論①用手機(jī)中的加速度傳感器進(jìn)行檢驗(yàn)。如下圖所示，用手指和手掌握住手機(jī)，使手機(jī)中心對(duì)準(zhǔn)腕關(guān)節(jié)，且手機(jī)的長(zhǎng)邊跟前臂平行。甩手時(shí)，手機(jī)顯示了x、y、z三個(gè)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(cè)出AB的弧長(zhǎng)大約是N點(diǎn)在相同時(shí)間內(nèi)通過(guò)弧長(zhǎng)的2.2倍，B點(diǎn)的線速度vB也為N點(diǎn)線速度vN的2.2倍,B點(diǎn)做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑NB大約是N點(diǎn)做圓周運(yùn)動(dòng)半徑MN的3/5，求出向心加速度為276.8m/s2。②用光電門(mén)傳感器測(cè)量速度進(jìn)行檢驗(yàn)。利用無(wú)線光電門(mén)傳感器測(cè)出指尖在最低點(diǎn)的瞬時(shí)速度大小為6.60m/s，由此計(jì)算指尖的向心加速度約為256m/s2。得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論：實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)的結(jié)果與數(shù)據(jù)分析的結(jié)果基本一致?！窘虒W(xué)任務(wù)六】結(jié)論啟示增強(qiáng)興趣結(jié)論：指尖的向心加速度最大時(shí)竟然達(dá)到重力加速度的25倍，水滴之間的相互作用力無(wú)法滿足這種運(yùn)動(dòng)的受力要求，因此手上的水滴被甩出。甩手時(shí)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(gè)方面的物理原理。1.利用了運(yùn)動(dòng)的合成。手指對(duì)手腕、手腕對(duì)前臂、前臂對(duì)上臂這三個(gè)運(yùn)動(dòng)的疊加使手指在甩手過(guò)程的最后獲得了最大瞬時(shí)速度。

2.利用了圓周運(yùn)動(dòng)。手臂運(yùn)動(dòng)的最后一刻，指尖做圓周運(yùn)動(dòng)，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(dòng)作習(xí)慣是通過(guò)有效經(jīng)驗(yàn)的積累形成的，其中隱藏著許多物理原理。對(duì)這些動(dòng)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(dòng)作的效果（如競(jìng)技體育的動(dòng)作訓(xùn)練），還可以從“仿生”的角度對(duì)人類(lèi)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(jī)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(yùn)動(dòng)中的某一個(gè)動(dòng)作，開(kāi)展課題研究，探索背后的物理原理。如：標(biāo)槍動(dòng)作、跳高動(dòng)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