课堂实录

课题：曲线运动 选自人教版高中物理必修2第一章第一节曲线运动

视频来源：国家中小学网络云平台        课型：新授课

授课对象：高一学生                    时长：40分钟

一、 导入

教师准备了轨道玩具小车，使其沿着轨道运动。

师：老师准备了大家童年的玩具，轨道玩具小车。大家观察小车的运动，从小车的运动中可以看出小车的运动轨迹是什么形状。

生：曲线。

师：对，小车的运动轨迹是曲线。我们把运动轨迹为曲线的运动叫做曲线运动。今天我们就来具体研究一下曲线运动。

（板书：曲线运动的定义）

师：在生活中，也有一些常见的曲线运动，老师在这里准备了两段视频。（播放视频一过山车运行视频）从过山车的运动轨迹我们可以看出过山车的运动也是曲线运动。（播放视频二花样滑冰视频）在运动员滑行的轨迹明显看出来运动员也在做曲线运动。同学们，你们身边还有哪些曲线运动的例子呢？

生：投篮时，篮球离开手进入篮筐的轨迹是曲线，篮球的运动是曲线运动。

生：落叶的运动也是曲线运动，风吹落叶，在空中运动轨迹是曲线。

生：打羽毛球时羽毛球的运动轨迹是曲线，它的运动也是曲线运动。

师：曲线运动在生活中甚至比直线运动更常见，我们之前学习了直线运动，直线运动主要用哪个物理量来描述呢？

生：速度。

师：物体做直线运的速度有什么特点？

生：速度方向物体运动方向在同一条直线上。

师：那做曲线运动的物体速度方向又有什么特点呢？

二、 创设情境

演示实验1

师：老师这里准备了一个玩具车的车轮、小电动机还有墨水。我把车轮安装在电动机上，打开电动机，在车轮边缘滴墨水，大家认真观察一下现象。（实验，并通过投影仪展示，学生可以清晰观察到实验现象）同学们看到了什么现象？

师：（拿三角尺，比出墨水飞出方向以及车轮的位置）我们可以看出墨水沿车轮的切线方向飞出，不同位置的墨水，沿圆周不同位置的切线方向飞出去。我们对这一现象进行分析，墨水在车轮上，与车轮的运动速度相同，由于墨水具有惯性，沿运动方向直线飞出。飞出的速度方向就是车轮上该点的速度方向。由这个实验现象，我们可以得到做曲线运动的物体速度方向应该沿曲线方向。那这个结果准不准确呢？同学们可以利用桌面上的实验器材分组讨论，设计实验探究一些曲线运动物体的速度方向。

探究实验1

材料：斜面、泡沫板、墨水、小钢球

师：同学们在设计实验时，需要考虑这几个问题，如何使小球做曲线运动？怎样留下小球的运动轨迹？如何得到曲线上某点的速度方向？

（小组讨论）

师请某组同学分享实验方案

生：用泡沫板制作一个曲线槽，小球从斜面某一高度下滑，进入曲线槽中，使得小球沿曲线运动，在斜面下端滴一些墨水，小球滑过时就能留下轨迹。

师：很好，接下来大家动手做一下实验，并想一想如何得到曲线某点的速度方向。

（小组实验并讨论）

师请某组同学展示实验过程及结果

学生操作：首先将小球从斜面某一释放，小球在曲线槽中做曲线运动，留下一段轨迹，接着给曲线槽截取一段轨道再将小球从斜面某一高度释放，小球沿缺口处曲线切线方向滑出。

师：从小球的两段轨迹中可以看出，小球做曲线运动的速度方向沿曲线上某点的切线方向。大家想一想生活中有哪些物体沿切线方向运动的现象。

（提问）

生：下雨天车轮上的雨水，沿车轮切线方向。

生：砂轮上的火星。

演示实验2

师：说的很好。老师这里也准备了一个砂轮，我用螺丝刀接触砂轮，大家观察火星喷出的方向。

（提问）

生：砂轮打磨物体时产生火星，火星未离开砂轮时与它的速度相同，随后沿切线方向飞出，说明砂轮边缘的速度方向沿切线方向。

师：由此，我们可以得出结论，曲线运动中，某点的速度方向沿该点的切线方向。这是我们通过实验得出的结果，接下来，我们理论分析一下。

三、 理论验证 得出结论

师：我们假设一个物体沿曲线从A运动到B，从A到B的位移怎么表示？

生：位移师从A指向B的一条有向线段。

师：从A到B的平均速度怎么表示呢？

生：用从A到B的位移除以运动时间表示从A到B的平均速度。

师：我现在将B沿曲线逐渐靠近A，会发现曲线的割线所在的直线逐渐向A点的切线方向靠近，当B无限接近A时得到割线与切线重合。当B逐渐靠近A的过程中，从A到B的位移大小如何变化？

生：逐渐变小。

师：当B接近A时，位移逐渐接近零，此时平均速度近似等于A点的瞬时速度，A点瞬时速度的方向就是该点的切线方向。可见我们实验结论与理论分析的结果完全一致，我们可以得到，曲线运动中某点的速度方向沿曲线上该点的切线方向。

（板书 速度方向：沿曲线上该点的切线方向）

四、 循序渐进 层层深入

师：曲线上各点的切线方向都不相同，物体沿曲线运动时速度方向也在发生变化，故曲线运动也是变速运动。（板书 性质：变速运动）物体的速度方向发生变化，说明了物体的运动状态也在变化，谁是物体运动状态变化的原因呢？

生：力。

师：力可以使物体的运动状态发生改变，由此说明做曲线运动的物体一定收到力的作用，那么物体所受合外力与物体的速度有什么关系呢？接下来我们用一个演示实验来探究一下。

演示实验3

饮料瓶里装有红色液体用一个塑料导管插进瓶内。

师：我先将导管竖直向下，挤压塑料瓶，大家来看水柱的运动，水柱在竖直向下喷出。现在我把导管向上倾斜，再挤压塑料瓶，我们再看这个水柱的运动状态，它的轨迹是一条曲线。我们来分析一下喷出的水柱的受力情况。当水柱向下喷射时，水柱的速度方向是竖直向下的，不考虑空气阻力水柱的受力情况呢？

生：水柱受到竖直向下的重力。

师：对。（边讲解边画分析图）当导管斜向上时，喷出曲线状水柱，我画出这段轨迹，曲线上每个点的切线方向就是水柱在该点的速度方向，喷出的水柱又受到什么力呢？

生：重力。

师：我们会发现，沿曲线运动的水柱的速度方向和受力方向有一定夹角。而沿直线喷出的水柱受力方向与速度方向在一条直线上。我们可以猜想一下，物体的受力方向与速度方向不在同一直线上时物体应该做曲线运动。那我们的猜想是否正确呢？接下来我们翻到课本第三页的演示实验，利用桌面上给大家提供的实验器材，做实验验证一下我们的猜想。

探究实验2（学生实验）

学生展示实验结果，桌面放置一张白纸，小球从斜面某一高度释放，斜面底端滴入墨水，小球在白纸上留下一条直线轨迹。再将磁铁放在直线的一侧，重复实验，小球的运动轨迹是一条曲线。

师：我们对这一现象进行受力分析。（边讲解边画分析图）第一种情况，小球沿斜面滑下后，竖直方向上受到向下的重力和向上的支持力，由于小球在水平面上，因此这两个力是等大反向的，小球竖直方向上受力平衡。水平方向上，小球受到与速度方向相反的滚动摩擦力，速度方向与受力方向在同一条直线上，小球做直线运动。第二种情况，小球的竖直方向受力不变，水平方向上小球受到与运动方向相反的滚动摩擦力以及磁铁对它的吸引力，这个力是指向磁铁方向的。小球的受力方向与速度方向不在一条直线上，小球做曲线运动。我们探究的结论与我们的猜想完全一致，由此得到曲线运动的条件是物体所受合力方向与速度方向不共线。（板书 曲线运动的条件：物体所受合力方向与速度方向不共线）

五、 学以致用

师：同学们思考一下 ，做曲线运动的物体轨迹弯曲方向与其所受合外力的方向有什么关系？

（画曲线图标注出受力和速度方向）我们会发现物体所受合外力的方向指向曲线内侧。那么运动轨迹、速度方向与其所受合外力方向有何关系？

生：轨迹夹在合外力与速度方向之间。

师板书 特点：物体所受合外力的方向指向曲线内侧；轨迹夹在合外力与速度方向之间）

师：我们来看一下人造卫星运动绕地球运动的轨迹模型图，分析一下人造卫星的受力和运动。

生：受力指向曲线内侧，轨迹夹在力与速度方向之间

练习题 给出一个示意图在曲线上给出几个点的速度方向以及可能的受力方向，判断哪个位置标注的方向是合理的。

提问

生：根据曲线运动的特点物体所受合外力的方向指向曲线内侧、轨迹夹在合外力与速度方向之间判断出来······

六、 总结

师：本节课主要学习了什么是曲线运动，通过实验探究曲线运动的速度方向沿切线方向，曲线运动的性质是变速运动，以及做曲线运动的条件合力方向与速度方向不共线，并得到曲线运动的两个特点。

感想：

这节课是一节新授课，在学生学习了直线运动、牛顿运动定律的基础上，结合以往研究物体运动性质与受力分析的经验，对曲线运动进行分析研究。在教学中教师从生活中的曲线运动出发导入新课，体现了从生活走向物理；通过恰当的“导”、“引”，调动起学生的积极性，设置一系列的问题和教师演示实验、学生探究实验，层层递进、循序渐进，使得学生对什么是曲线运动、曲线运动的速度方向、性质、条件和特点有了深入的认识。在教学中体现了学生的主体地位，通过两个探究实验培养学生的探究意识、合作精神和动手能力。