2024-2025學(xué)年高中物理 第五章 曲線運動 5 向心加速度（3）教案 新人教版必修2

2024-2025學(xué)年高中物理第五章曲線運動5向心加速度（3）教案新人教版必修2授課內(nèi)容授課時數(shù)授課班級授課人數(shù)授課地點授課時間教材分析《2024-2025學(xué)年高中物理第五章曲線運動5向心加速度（3）教案新人教版必修2》旨在讓學(xué)生深入理解向心加速度的概念及其在曲線運動中的應(yīng)用。本教案緊密聯(lián)系教材，以第五章曲線運動為基礎(chǔ)，重點探討圓周運動中的向心加速度。通過分析圓周運動的實例，使學(xué)生掌握向心加速度的公式推導(dǎo)，并能運用向心加速度解釋實際物理現(xiàn)象。教學(xué)內(nèi)容與教材同步，注重培養(yǎng)學(xué)生的物理思維和解決問題的能力。核心素養(yǎng)目標(biāo)二、核心素養(yǎng)目標(biāo)：通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生以下核心素養(yǎng)：掌握圓周運動的基本概念，形成對向心加速度的直觀理解，提高學(xué)生的科學(xué)思維能力；運用物理公式和數(shù)學(xué)工具進行定量分析，增強學(xué)生的科學(xué)探究能力；結(jié)合實際情境，運用物理知識解釋生活中的曲線運動現(xiàn)象，提升學(xué)生的問題解決能力；通過小組合作與討論，培養(yǎng)學(xué)生的團隊合作意識和交流表達能力，全面提高學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。教學(xué)難點與重點1.教學(xué)重點：

-理解并掌握向心加速度的定義及表達式；

-學(xué)會運用向心加速度解釋圓周運動現(xiàn)象；

-掌握向心力與向心加速度的關(guān)系，并能運用此關(guān)系分析問題。

舉例：通過公式\(a_c=\frac{v^2}{r}\)讓學(xué)生理解向心加速度與線速度和半徑的關(guān)系，強調(diào)在圓周運動中，向心加速度始終指向圓心。

2.教學(xué)難點：

-對向心加速度方向的識別，即向心加速度始終垂直于運動軌跡；

-向心加速度與切向加速度的區(qū)分，理解它們在圓周運動中的作用；

-在復(fù)雜曲線運動中，如何將向心加速度從合加速度中分離出來。

舉例：解釋在水平面上的圓周運動中，向心加速度只影響速度方向而不改變速度大小，而切向加速度則影響速度大??；在非勻速圓周運動中，如何從合加速度中分離出向心加速度，理解其物理意義。教學(xué)方法與手段1.教學(xué)方法：

-采用講授法，系統(tǒng)地講解向心加速度的概念、公式及物理意義，確保學(xué)生對基礎(chǔ)知識的掌握；

-通過討論法，組織學(xué)生就圓周運動實例進行分析，引導(dǎo)學(xué)生主動探索向心加速度的特點及影響因素；

-應(yīng)用實驗法，設(shè)計簡單的圓周運動實驗，讓學(xué)生親身體驗向心加速度，提高實踐操作能力。

2.教學(xué)手段：

-利用多媒體設(shè)備，展示動態(tài)的圓周運動圖像，幫助學(xué)生形象理解向心加速度；

-使用教學(xué)軟件，模擬圓周運動過程，讓學(xué)生直觀地觀察向心加速度的變化；

-引入實物教具，如玩具汽車、圓形軌道等，讓學(xué)生在操作中感受向心加速度的實際存在。教學(xué)過程首先，讓我們一起來回顧一下上一節(jié)課的內(nèi)容。我們討論了圓周運動的基本概念，特別是線速度和角速度。今天，我們將深入探討一個全新的概念——向心加速度。這個概念對于我們理解曲線運動，尤其是圓周運動至關(guān)重要。

1.導(dǎo)入新課

（1）提問：“同學(xué)們，當(dāng)你們坐在旋轉(zhuǎn)木馬上或者開車轉(zhuǎn)彎時，有沒有感覺到身體被某種力量推向內(nèi)側(cè)？這種力量是什么？”（學(xué)生回答）

（2）總結(jié)：“這種力量就是我們今天要學(xué)習(xí)的向心加速度。它始終指向圓心，并且在圓周運動中起著關(guān)鍵作用?！?/p>

2.基本概念與公式

（1）講解向心加速度的定義：“向心加速度是指在圓周運動中，物體受到的指向圓心的加速度?！?/p>

（2）板書向心加速度的公式：\(a_c=\frac{v^2}{r}\)，并解釋：“這里的\(v\)是線速度，\(r\)是圓的半徑。從公式可以看出，線速度越大，半徑越小，向心加速度就越大?！?/p>

（3）提問：“同學(xué)們，你們能從這個公式中得出什么結(jié)論？”（學(xué)生回答）

（4）講解向心加速度的方向：“向心加速度始終垂直于運動軌跡，指向圓心?！?/p>

3.實踐探究

（1）實驗演示：使用一個細(xì)線懸掛的小球，使其做圓周運動。觀察小球的運動軌跡，并分析向心加速度的方向。

（2）學(xué)生分組討論：請同學(xué)們分成小組，討論以下問題：

-在實驗中，如何確定向心加速度的方向？

-向心加速度與線速度、半徑之間的關(guān)系是什么？

（3）小組代表發(fā)言，分享討論成果。

4.知識拓展

（1）講解向心力與向心加速度的關(guān)系：“在圓周運動中，向心力是產(chǎn)生向心加速度的原因。向心力越大，向心加速度也越大?！?/p>

（2）拓展知識點：向心加速度與切向加速度的區(qū)分。切向加速度是改變線速度大小的加速度，而向心加速度是改變線速度方向的加速度。

5.應(yīng)用舉例

（1）舉例1：解釋賽車在轉(zhuǎn)彎時的向心加速度，以及如何通過調(diào)整車速和轉(zhuǎn)彎半徑來減小向心加速度，提高行駛安全性。

（2）舉例2：分析洗衣機脫水過程中，向心加速度對衣物水分子的作用，解釋為什么脫水效果與轉(zhuǎn)速有關(guān)。

6.課堂小結(jié)

（1）提問：“通過今天的學(xué)習(xí)，我們了解了向心加速度的概念、公式和方向，那么同學(xué)們能總結(jié)一下向心加速度在圓周運動中的作用嗎？”（學(xué)生回答）

（2）總結(jié)：“向心加速度是圓周運動中非常重要的概念，它決定了物體在圓周運動中的軌跡和穩(wěn)定性。了解向心加速度，有助于我們更好地理解生活中的曲線運動現(xiàn)象?！?/p>

7.課后作業(yè)

（1）請同學(xué)們完成教材第5章第3節(jié)后的練習(xí)題。

（2）思考題：在生活中，還有哪些現(xiàn)象可以用向心加速度來解釋？如何運用所學(xué)的物理知識來解決這些問題？知識點梳理1.向心加速度的定義與表達式

-向心加速度：在圓周運動中，物體受到的指向圓心的加速度。

-表達式：\(a_c=\frac{v^2}{r}\)，其中\(zhòng)(v\)是線速度，\(r\)是圓的半徑。

2.向心加速度的方向

-向心加速度的方向始終指向圓心，與物體的運動軌跡垂直。

3.向心加速度與線速度、半徑的關(guān)系

-向心加速度與線速度成正比，與半徑成反比。

-在給定半徑的情況下，線速度越大，向心加速度越大；在給定線速度的情況下，半徑越小，向心加速度越大。

4.向心力與向心加速度的關(guān)系

-向心力是產(chǎn)生向心加速度的原因。

-向心力的大小等于物體質(zhì)量與向心加速度的乘積。

5.向心加速度與切向加速度的區(qū)分

-向心加速度：改變速度方向，不改變速度大小。

-切向加速度：改變速度大小，不改變速度方向。

6.向心加速度的實際應(yīng)用

-賽車轉(zhuǎn)彎時，通過降低速度和增大轉(zhuǎn)彎半徑來減小向心加速度，提高安全性。

-洗衣機脫水過程中，高轉(zhuǎn)速產(chǎn)生較大的向心加速度，有助于水分子的脫離。

7.圓周運動的穩(wěn)定性

-向心加速度決定了物體在圓周運動中的穩(wěn)定性。

-當(dāng)向心加速度過大時，物體可能無法保持圓周運動，會發(fā)生離心現(xiàn)象。

8.向心加速度的測量與計算

-實驗方法：通過觀察物體在圓周運動中的運動狀態(tài)，測量線速度和半徑，計算向心加速度。

-計算方法：應(yīng)用向心加速度的公式，結(jié)合物體的線速度和半徑進行計算。

9.復(fù)雜曲線運動中的向心加速度分析

-在非勻速圓周運動中，向心加速度可能隨時間變化。

-通過微分方程和向量分析等方法，可以研究復(fù)雜曲線運動中的向心加速度。板書設(shè)計1.標(biāo)題：

-向心加速度

2.定義與公式：

-向心加速度：指向圓心的加速度

-\(a_c=\frac{v^2}{r}\)

-\(v\)：線速度

-\(r\)：圓的半徑

3.特點與方向：

-方向：始終指向圓心，垂直于運動軌跡

4.關(guān)系：

-向心力\(F_c=m\cdota_c\)

-\(m\)：物體質(zhì)量

5.與切向加速度區(qū)分：

-向心加速度：改變速度方向

-切向加速度：改變速度大小

6.應(yīng)用實例：

-賽車轉(zhuǎn)彎

-洗衣機脫水

7.穩(wěn)定性與離心現(xiàn)象：

-向心加速度過大：可能導(dǎo)致離心現(xiàn)象

8.測量與計算：

-線速度與半徑測量

-向心加速度計算

9.復(fù)雜曲線運動分析：

-非勻速圓周運動

-微分方程與向量分析

板書設(shè)計以清晰的結(jié)構(gòu)，簡潔明了地呈現(xiàn)向心加速度的核心知識點，突出重點內(nèi)容，同時以圖示和實例增加趣味性和藝術(shù)性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。課后作業(yè)1.解釋題：請用自己的話簡要解釋向心加速度的概念及其在圓周運動中的作用。

答案示例：向心加速度是指在圓周運動中，物體受到的指向圓心的加速度。它決定了物體在圓周運動中的速度方向不斷改變，使物體維持圓周運動。

2.計算題：一輛汽車在半徑為100米的彎道上以20米/秒的速度行駛，求汽車的向心加速度。

答案：\(a_c=\frac{v^2}{r}=\frac{20^2}{100}=4\text{m/s}^2\)

3.分析題：在一輛勻速圓周運動的過山車上，乘客在最高點時為何會感到輕飄飄？

答案示例：因為在最高點，向心加速度與重力加速度方向相反，減小了乘客所受的有效重力，從而讓乘客感到輕飄飄。

4.應(yīng)用題：解釋為什么在洗衣機脫水過程中，提高轉(zhuǎn)速可以更好地脫水？

答案示例：提高轉(zhuǎn)速會增加衣物的向心加速度，使得水分子的離心力增大，從而更容易被甩出衣物。

5.探究題：設(shè)計一個實驗，驗證向心加速度與線速度和半徑的關(guān)系。

答案示例：

-實驗材料：小車、繩子、滑輪、尺子、計時器。

-實驗步驟：

1.將小車固定在繩子上，通過滑輪使小車做勻速圓周運動。

2.分別測量不同半徑和線速度下小車的運動情況。

3.使用計時器記錄小車通過固定點的時間，計算線速度。

4.根據(jù)向心加速度公式\(a_c=\frac{v^2}{r}\)計算不同條件下的向心加速度。

-結(jié)論：實驗結(jié)果表明，向心加速度與線速度成正比，與半徑成反比。

6.拓展題：討論在非勻速圓周運動中，向心加速度如何變化？

答案示例：在非勻速圓周運動中，向心加速度會隨著線速度的變化而變化。當(dāng)線速度增大時，向心加速度增大；當(dāng)線速度減小時，向心加速度減小。

7.思考題：在生活中，還能舉出哪些應(yīng)用向心加速度的例子？如何運用所學(xué)的物理知識來解釋這些現(xiàn)象？

答案示例：例如，飛機在轉(zhuǎn)彎時，通過調(diào)整機翼的角度來控制向心加速度，保持穩(wěn)定的飛行；在自行車比賽中，車手在彎道處通過降低速度和增大轉(zhuǎn)彎半徑來減小向心加速度，提高安全性。運用物理知識可以解釋這些現(xiàn)象背后的原理，幫助人們更好地理解和應(yīng)用向心加速度。反思改進措施一、教學(xué)特色創(chuàng)新

1.采用講授法、討論法、實驗法等多種教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高課堂參與度。

2.利用多媒體設(shè)備和教學(xué)軟件，展示動態(tài)的圓周運動圖像和模擬實驗，增強學(xué)生對向心加速度的直觀理解。

3.設(shè)計實踐探究環(huán)節(jié)，讓學(xué)生通過實驗和小組討論，深入理解向心加速度的概念和特點。

二、存在主要問題

1.在教學(xué)管理方面，課堂紀(jì)律需要進一步加強，部分學(xué)生在討論環(huán)節(jié)中過于活躍，影響教學(xué)效果。

2.在教學(xué)方法上，部分學(xué)生對公式推導(dǎo)和計算過程理解不夠深入，需要更多實例和練習(xí)來鞏固。

3.在教學(xué)評價方面，對學(xué)生的學(xué)習(xí)效果評估不夠全面，需要更多形式的測試和反饋來了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。

三、改進措施

1.針對課堂紀(jì)律問題，將加強對學(xué)生的課堂行為管理，明確課堂規(guī)則，并采取相應(yīng)的激勵措施，鼓勵學(xué)生積極參與的同時保持秩序。

2.針對學(xué)生對公式推導(dǎo)和計算過程理解不夠深入的問題，將增加實例分析和練習(xí)題，讓學(xué)生在實際應(yīng)用中加深對知識點的理解。

3.針對教學(xué)評價不夠全面的問題，將采取多種形式的測試和反饋，包括課堂提問、小測驗和作業(yè)批改，以及與學(xué)生的個別交流，以更全面地了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，并針對性地提供幫助和指導(dǎo)。同時，將鼓勵學(xué)生積極參與課堂討論和實驗活動，提高他們的實踐能力和團隊合作能力。課堂在課堂教學(xué)中，通過提問、觀察和測試等方式，及時了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，發(fā)現(xiàn)并解決問題。針對學(xué)生在討論環(huán)節(jié)中過于活躍的問題，將加強對學(xué)生的課堂行為管理，明確課堂規(guī)則，并采取相應(yīng)的激勵措施，鼓勵學(xué)生積極參與的同時保持秩序。同時，通過觀察學(xué)生的課堂表現(xiàn)，了解他們對向心加速度概念和特點的理解程度，及時調(diào)整教學(xué)方法和節(jié)奏，確保學(xué)生對知識點的深入理解。此外，通過課堂測試，評估學(xué)生對向心加速度公式的掌握程度，及時發(fā)現(xiàn)并解決他們在計算和理解上的困難。

二、作業(yè)評價

對學(xué)生的作業(yè)進行認(rèn)真批改和點評，及時反饋學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。在批改作業(yè)時，注意檢查學(xué)生對向心加速度公式的應(yīng)用是否準(zhǔn)確，對計算過程的理解是否深入。對作業(yè)中的錯誤和不理解之處，給予詳細(xì)的批注和解釋，幫助學(xué)生糾正錯誤，并加深對知識點的理解。同時，對學(xué)生的作業(yè)進行積極評價，鼓勵他們繼續(xù)努力，提高學(xué)習(xí)效果。通過作業(yè)評價，了解學(xué)生的學(xué)習(xí)進展和困難，為下一步的教學(xué)