“曲線運動”教學設計

趙偉麗 李新鄉

（曲阜師范大學物理工程學院 山東 濟寧 272000）

趙興全 趙偉娟

（山東東明教育委員會 山東 菏澤 274000）

1 教學任務分析

曲線運動是緊接在直線運動、動力學后物理學習的內容，是力學核心內容——牛頓運動定律的應用，是連接運動學和動力學知識的橋梁，上承直線運動、運動定律的內容，下接圓周運動、拋體運動等內容，因此，在物理學中扮演著重要的角色.曲線運動是比直線運動更普遍的一種運動形式，生活中大多數物體的運動軌跡都是曲線，它離生活更近，更接近于生活實際.

雖然課標對本節內容沒有明確的要求，但對與其相關內容的要求為：“會描述勻速圓周運動”、“會用運動合成與分解的方法分析拋體運動”.勻速圓周運動和拋體運動是兩種典型的曲線運動，為了更好地完成課標對這兩種運動的學習要求，首先學習曲線運動是必要的.

“曲線運動”是人教版普通高中課程標準實驗教科書《物理·必修2》第五章第1節的內容.在本節課之前安排了直線運動、牛頓運動定律等內容，后面安排了平拋運動、圓周運動，以及萬有引力定律與航天等內容，具有承上啟下的作用.

綜上所述，“曲線運動”一節是為學生學習本章的知識與方法奠定基礎，因此是本章教學的重要內容.

2 學情分析

學生在必修1模塊學習了直線運動和牛頓運動定律等內容，初步具備了學習和分析曲線運動的知識基礎，同時學生在生活中已經有了豐富的曲線運動的感性經驗，這些都有利于學生對曲線運動特點的理解.但是受直線運動的影響，學生在學習曲線運動速度方向時會產生困惑，容易認為曲線運動的速度方向沿著其軌跡方向，從而形成教學難點.

3 教學目標［1］

3.1 知識與技能

（1）知道曲線運動的定義和特點.

（2）理解曲線運動的方向和曲線運動的條件.

3.2 過程和方法

在分析曲線運動的過程中，學習用運動合成與分解的方法.

3.3 情感態度與價值觀

領略曲線運動的奇妙與和諧，增強學生對科學探究的好奇心與求知欲.

4 教學重點與難點

重點：物體做曲線運動的條件.

難點：曲線運動速度方向的判定.

5 評價活動

根據評價的活動設計先于教學活動設計的理念，設計了本節的評價活動.

通過問題1和問題2檢測教學目標1的達成.

通過問題3～7檢測教學目標2的達成.

通過問題6檢測教學目標3的達成.

通過問題7檢測教學目標4的達成.

作業1是對知識與技能目標1的評價，作業2是針對目標2知識的評價.

6 主要教學方法

本節課主要采用問題驅動、啟發式為主的教學方法，并配合演示法、實驗法、練習法等方法，利用多媒體作為輔助手段，使學生在豐富的感性認識基礎上達到掌握知識、發展能力的目的.

7 教學過程［2］

7.1 利用生活實例創設情境 引入新課

教師講述生活中汽車拐彎、煙花下落等物體做曲線運動的實例并展示照片，并播放過山車視頻.

問題1：（與以前我們研究的運動相比，這些）物體做什么運動，從而引出課題.

教學設計說明：利用生活中常見的現象創設問題情境引入新課，既能為學生提供形象直觀的感性認識素材，又有助于落實“從生活走進物理”的課程理念，也有助于激發學生濃厚的學習興趣和強烈的求知愿望.

7.2 利用知識遷移 講授新課

教師給出曲線運動定義，提出第2個問題.

問題2：我們該如何描述曲線運動呢？

引導學生回顧直線運動知識，從位移、速度等方面進行描述.

教師以拋出的粉筆頭為例，讓學生思考如何描述粉筆頭所做的曲線運動.

7.2.1 曲線運動的位移

教師提示：在直線運動中用一條帶箭頭和刻度的線段表示質點在某點的位移.

對于曲線運動無法再用一維坐標描述，因而選取平面直角坐標系.

教學設計說明：通過比較分析直線運動和曲線運動位移表示方法，從直線到二維平面使學生面臨困境，無法再用一維坐標表示曲線運動的位移，從而引入平面直角坐標系，突出了用平面直角坐標系描述曲線運動的位移這一重要內容.

7.2.2 曲線運動的速度

問題3：曲線運動的速度方向有什么特點呢？

學生思考回答.

教師展示兩個視頻：砂輪打磨下來的熾熱微粒和運動員拋出的鏈球.

問題4：熾熱微粒、鏈球在飛出瞬間沿著什么方向運動？

學生思考回答.

教學設計說明：首先通過提問揭示部分學生認為曲線運動的速度方向沿曲線運動的軌跡的前概念，然后利用兩個實際問題的設計，使學生形成認知沖突，通過分析兩個視頻，轉變錯誤的前概念對學生的影響，并通過認知沖突激發學生進一步研究曲線運動速度方向的求知欲.

接下來，教師安排演示實驗和學生實驗探究曲線運動的方向.

演示1：曲線運動速度方向演示裝置，用塑料瓶往傘面上注水，當快速轉動傘柄時可以看到水流在傘面出口處沿著傘面的切線方向甩出.

教學設計說明：設置演示實驗目的是促進學生錯誤前概念的轉變，通過實驗的現象，學生明顯地觀察到水流在傘面出口處沿著傘面的切線方向飛出.

探究1：利用教師提供的實驗器材，探究墨水飛出時的方向.并用作圖的方法找出飛出點與陀螺中心的連線，再量出該夾角的大小.

教學設計說明：僅憑學生的猜想和演示1，還不能使學生的錯誤前概念完全轉變，因此設計探究實驗，突破曲線運動速度方向這一教學難點，同時學生在主動參與過程中，提高實驗探究與動手操作能力，培養學生科學的探索精神.

問題5：你認為曲線運動是變速運動還是勻速運動呢？

引導學生從速度的矢量性出發，得出曲線運動速度方向時刻變化，因此是變速運動，然后再從大小和方向兩個方面描述.

7.2.3 運動描述的實例

問題6：下面我們將用具體的實例探討一下，如何描述蠟塊的運動？

讓學生一邊觀察教師的演示實驗，一邊思考回答.

演示2：將一端封閉長約1m的玻璃管內注滿水，水中放一紅蠟燭R，再將開口端用橡膠塞塞緊，倒置過來觀察到蠟塊沿玻璃管勻速的從A點上升到B點，如圖1.

圖1

演示3：沿水平方向勻速移動試管，蠟塊隨著在水平方向做勻速運動由B點到達C點，如圖2所示.

圖2

演示4：再次把玻璃管上下顛倒使蠟塊R回到A點，在蠟塊勻速上升的同時，讓試管水平勻速運動到達C點，讓學生以墻壁為參照物觀察蠟塊同時沿水平方向和豎直方向的運動.

教學設計說明：通過3次實驗的對比，學生明顯地看到演示2中蠟塊勻速上升，在演示3中蠟塊沿水平方向勻速運動，由于演示4中蠟塊在斜向上方向勻速運動，學生結合數理推導的方法，很容易得到蠟塊在水平方向和豎直方向勻速運動.此實驗是對教材中實驗進行了改進，把蠟塊在傾斜方向上的運動分解到水平和豎直兩個方向上，轉變了學生的思維方法，增加了實驗的趣味性.

引導學生用直角坐標系把曲線運動沿著水平和豎直兩個方向進行分解，兩個分速度vx，vy與速度v的關系是

7.2.4 物體做曲線運動的條件

問題7：由牛頓第一定律知道一切物體都有慣性，都具有保持原來的運動狀態不變的性質，如何讓手中的小球不再保持原來的運動狀態而做曲線運動呢？

學生思考：給小球施加力.

教師提示：曲線運動是一種變速運動，速度改變必然存在加速度，根據牛頓第二定律，物體一定受到合外力的作用.

教學設計說明：利用小球設置情境提出問題，更能夠激發學生的學習興趣.引導學生進行猜想假設，小球做曲線運動必定受到力的作用，同時也為后面演示實驗做好鋪墊.

現有的器材：斜面，光滑平面，鐵球，條形磁鐵，設計實驗.

教學設計說明：利用以上器材設計實驗，先讓小球從一斜面自由滑下，觀察小球的運動情況；再讓小球從同一高度釋放，在小球運動的正前方放一磁鐵再次觀察小球的運動情況；最后讓小球從同一高度滑落，在小球運動的側前方放一磁鐵，再次觀察小球與前兩次運動有什么不同.

演示5：自制一斜面，讓小球從斜面上自由釋放，觀察小球運動情況.

結論：小球在桌面上做直線運動.

演示6：將小球從同一高度自由釋放，并在小球運動的正前方放一磁鐵，再次觀察小球運動情況.

結論：小球滑到桌面上沿著磁鐵的方向運動，并且速度加快.

演示7：再次將小球從同一高度自由釋放，并在小球運動的側前方放置一磁鐵，再次觀察小球運動情況.

結論：小球脫離原來的運動軌跡，做曲線運動.

演示5中小球從斜面上滑下，在水平面上有一定的初速度，受到重力和支持力的作用，二者等大反向，故小球做勻速運動；演示6中除受重力和支持力外，還受磁鐵對小球的作用力，由牛頓第二定律可知小球做加速運動；演示7中小球除受重力和支持力的作用，還受側方向磁鐵的作用力，小球運動的方向和受力方向不在同一條直線上，故小球做曲線運動.

教學設計說明：通過3個實驗的對比，讓學生經歷改進實驗方案的過程和深刻理解實驗的設計思路，培養學生嚴謹的科學態度，逐步引導學生探究得出物體做曲線運動的條件.

學生分組討論，得出物體做曲線運動的條件，即所受合力的方向與它的速度方向不在同一直線上.

7.3 反饋練習 了解學情

【例1】關于曲線運動說法中正確的是

A.曲線運動的速度大小可能不變

B.曲線運動的速度方向可能不變

C.曲線運動的速度可能不變

D.曲線運動可能是勻變速運動

【例2】關于曲線運動的條件，說法正確的是

A.物體受變力作用才可能做曲線運動

B.物體受恒力作用也可能做曲線運動

C.物體所受合力為零不可能做曲線運動

D.物體只要受到合外力就一定做曲線運動

【例3】飛機以300km／h速度斜向上起飛，飛行速度與水平夾角為30°，求水平與豎直方向的分速度vx，vy.

教學設計說明：針對本節課教學重難點和所學知識，有計劃、有目的地設計上述練習，目的是檢驗曲線運動的速度、曲線運動的條件以及用運動合成與分解的方法研究曲線運動等知識的學習情況，讓學生進一步理解和鞏固知識.

7.4 課堂小結 升華提高

教師引導學生總結這節課學了什么，有何收獲？然后教師進行點評與歸納總結.

小結：（1）曲線運動的位移；

（2）曲線運動的速度；

（3）曲線運動的條件.

研究曲線運動的方法：運動的合成與分解.

教學設計說明：讓學生自己總結本節課所學內容，既是對本節課所學知識的回顧和整理，又可以培養學生的概括表達能力和自我評價能力.

7.5 布置作業 復習鞏固

（1）完成課本第4頁“做一做”.

（2）教材“問題與練習”第7頁第2題.

（3）補充做一做：如圖3所示，把小鋼珠放在黑墨水瓶蓋里轉一下（內有一點點墨水），再放在半圓形有機玻璃軌道上運動并飛出，讓鋼珠在白紙上留下痕跡，同樣在半圓周上運動飛出，讓學生猜測飛出方向由什么特點？（有機玻璃板說明：厚約5mm，略小于小鋼珠直徑，圓弧半徑15cm，MN邊稍長些，以便過MN做直線，根據半徑大小確定圓心O位置。）讓學生猜想小鋼球做曲線運動的速度方向.

圖3

1 中華人民共和國教育部.物理課程標準（2003年版）.北京：北京師范大學出版社，2012

2 張大昌.普通高中課程標準實驗教科書 物理·必修2.北京：人民教育出版社，2012.1～7