直线运动和曲线运动教案(共14篇)
【教学目标】
1、认知目标:认识直线和曲线;能用画图工具创作一幅电脑绘图作品。
2、技能目标:学会画直线和曲线。
3、情感目标:培养学生观察问题、分析问题、和解决问题的能力;培养学生自主学习,互相协作的能力;发展学生的创新思维;提高学生的审美情趣。
【教学重、难点】
重点:学会画直线和曲线,用直线和曲线作画。难点:曲线及封闭曲线的画法。
【课时安排】
1课时
【教具准备】
网络教室,多媒体课件
【教学方法】
观察、分析、任务驱动,探究式学习
【教学过程】
一、揭趣导入
1、创设情境
师:今天,老师给大家带来了一个小故事,故事的主人公是一只很爱冒险的小熊。有一次,小熊坐着热气球去环球旅行,突然遇到了狂风暴雨,它乘坐的热气球坏了,只能降落在附近的小岛上。你们有什么办法可以帮助小熊离开孤岛吗?(引导学生说出一些交通工具,如飞机、船、热气球等)
师:你可真聪明,让我们一起造一艘大帆船带小熊离开孤岛,好吗?
2、电脑出示帆船的静止放大画面(图1)
图一
3、引导学生分析
小朋友们仔细观察一下,这幅图是由哪些线条组成的呢?(直线和曲线)导入课题并板书:画线
二、新授
1、画海平线
你们想要画得比老师还要好吗?
那我们先要学会画直线,你能找到画图软件中的直线工具并画出一条直直地海平线吗?
学生操作
师:老师发现有的小朋友画得并不是很直,你有什么小诀窍分享吗? 介绍shift用法
2、画船身和桅杆(学画直线)(图2)
师:接下来我们可以用直线工具来搭建帆船的架子了,这也都是由直线工具组成的,你能自己完成吗?
(请一个同学上来演示)其他学生自主操作
师:大家的帆船架子都搭得差不多了,可是我发现有的同学画的船的线条很细, 还有的同学画的很粗,这是怎么回事呢?(广播,请知道的同学介绍如何选择线型)。
(3)教师进行知识点拨:直线的粗细。(4)表扬鼓励:看来大家都掌握得很好。
3、画船帆(学画曲线)
师:嗯,现在帆船的架子搭好了!船就要远航了,可是还没有船帆,我们一起来把船帆张起来吧。
画船帆需要用到什么工具呢?------曲线工具(广播)你们觉得简单吗?请2名学生尝试一下 看来并不是很简单呢!
(1)教师演示操作画曲线的方法。
(师:一,选曲线工具拉出一条直线;二,在你想要弯曲的那一侧空白处单击一下;三,如果只想往一边弯曲,则仍旧在这一边单击定位调整,使曲线更加圆润)
(2)学生练习,交流探究。请最快完成的学生演示操作船帆的画法,并请学生说出其中的注意点。
(不能有缝隙,不然就不牢固了……)
(3)教师强调一条曲线需要经过两次拖动才可以完成,让学生对这一知识点加深印象。
4、画海浪
师:恩,这样我们就把船帆画好了,你们看,老师这里还有一种曲线,可以用来画海浪,你有发现和船帆的曲线有什么不同之处吗?
请小朋友们小组讨论探索
教师总结方法(对了,如果想要让曲线有两个弯,就要在拉出的直线两侧分别单击一下,这样就可以画出海浪了,一条曲线最多有两个弯)请小朋友们在水平线下方画好海浪线。
5、探究屋,画封闭图形 雨滴
师:经过大家的努力,帆船终于可以起航了。可是天气越来越糟了,看不清航行的方向,下起了大雨,你知道雨滴怎么画吗? 小组成员相互讨论 教师演示
画出三点(我们可以在空白处三个方向分别单击一下,强调第一下要有痕迹)
6、画气泡
师:虽然天气不好,可小熊还是很开心,走到船头,看着大海正在雨中冒泡泡呢!你会用学过的椭圆工具画出粗细不同的气泡吗? 学生自由练习,教师巡视指导。
7、填充颜色
在大家的帮助下,小熊顺利逃离了小岛,最后,你能给你画的作品填充你喜爱的颜色吗?
学生自由练习
三、作品评价
教师对学生的作品进行简单的展示及评价(个别评价典型作品),对优秀的作品进行表扬,对完成得不够好的学生进行鼓励。
四、课堂小结
今天,我们的收获可真不小,大家的想象力很丰富,用了一堂课的时间,帮助小熊想出了那么多好的办法,使它顺利度过了难关。请大家回想一下,刚刚你们的画都是用什么线条画成的?(直线、曲线)
的确, 高中物理课本中有明确的说明:物体做曲线运动的条件是合力的方向和速度方向不在一条直线上.当合力的方向与速度的方向在一条直线上时物体将做直线运动.
但这很可能是众多的作者为了表述通俗而说的不严格的规律之一.直觉总让我觉得两者的方向在某一瞬间是可能在一条直线上的, 虽然物体在做曲线运动.
先看下面的实验:
如图1所示, 一个在光滑水平桌面上做匀速直线运动的小钢球, 在旁侧放一磁铁, 磁铁将给小钢球一个力使它将偏离原来的直线, 沿曲线运动.
现在在小球运动到轨迹的某一点M时, 迅速地将磁铁转过一个角, 如图2所示.这时小球所受到的合力 (磁铁给小球的力) 也将随着磁铁转过一个角.它将连续地经过F1与F2之间的任何一个方向.另一方面, 由于磁铁的转动是迅速的, 我们可以认为速度方向还没有来得及发生改变.那么, 在力转动的过程中, 必有一个时刻, 它的方向是与瞬时速度方向在一条直线上的.
总之, 在上面谈到的运动中, 小球一直在做曲线运动, 但我们从中找到了一个时刻, 在这个时刻时, 小球所受合力的方向与瞬时速度的方向在一条直线上.下面我们进一步从理论上来澄清这一问题.实际上, 物体做曲线运动, 是由于存在指向轨迹凹侧的向心力的作用.而向心力不等于零正是合力不与速度共线的根本原因.
但向心力在瞬间真的不能为零吗?我们知道向心力的表达式是:
undefined
其中r指的是曲线的曲率半径.那么问题现在又变成了:一条曲线 (非直线的曲线) 上, 真的就没有一个点的曲率半径可能为零吗?我们考虑一个简单的曲线y=x3, 图3为它的图象.
如果它是一质点的运动轨迹, 那么运动到x=0的位置上时, 合力应该指向哪个方向呢?或者换句话说, 曲线的凹侧是哪一侧呢?这是难以判断的.我们从另一个角度来考虑, 先求一下曲线在该点的曲率半径, 再代入向心力的表达式进行讨论.
由高等数学知道, 计算曲线曲率的公式为:
undefined
对于y=x3来说, 有:
y′=3x2
y″=6x
因此在x=0处的一阶导数和二阶导数都是0.由曲率公式知k=0.
根据曲率半径和曲率的倒数关系知, 在x=0处的曲率半径为无限大.结合 (1) 式知, Fn=0.这就是说当物体沿曲线运动时, 经过x=0处时没有法向分力 (向心力) , 它的合力或者为零或者沿着切线方向.对于沿着切线方向的情况来说, 则恰好合力 (加速度) 与速度方向相同.
一、曲线运动中的极值问题
例1 如图1,直杆上[AB]两点间距为[L],细线[AC]长为[3L],[BC]长为[L,C]端小球质量为[m],要使两根细线均被拉直,杆应以多大的角速度[ω]转动?
解析 当[ω]较小时线[AC]拉直,[BC]松弛,而当[ω]较大时[BC]拉直,[AC]将松弛.
设[BC]刚好拉直,但[FTB=0]时角速度为[ω1],此时[∠BAC=30°.]对小球,沿水平方向建立坐标系,有
[∑Fx=FTAsin30°=mω213Lsin30°∑Fy=FTAcos30°-mg=0]
得[ω1=2g3L]
设[AC]由拉紧转到刚被拉直,[FTA=0]时角速度为[ω2],有
[∑Fx=FTBsin60°=mω21Lsin60°∑Fy=FTBcos60°-mg=0]
得[ω2=2gL],故[2g3L<ω<2gL]
点拨 极值问题是中学物理中常见的一类问题. 在物理状态发生变化的过程中,某个物理量的变化函数可能不是单调的,或有最大值或最小值. 分析极值问题的思路有两种:一种是把物理问题转化为数学问题,纯粹从数学角度去讨论或求解某一物理函数的极值,采用代数、三角、几何等数学方法;另一种是根据物体在状态变化过程中所受到的物理规律的约束、限制来求极值,采用物理分析法.
二、与圆运动关联的运动分析
例2 图2是德国物理学家史特恩设计的最早测定气体分子速率的示意图:[M]、[N]是两个共轴圆筒,外筒半径为[R],内筒半径可忽略,筒的两端封闭,两筒之间抽成真空,两筒以相同角速度[ω]绕[O]匀速转动,[M]筒开有与转轴平行的狭缝[S],且不断沿半径方向向外射出速率为[v1]和[v2]的分子,分子到达[N]筒后被吸附,如果[R]、[v1]、[v2]保持不变,[ω]取一合适值,则下列说法正确的是( )
A. 当[Rv1-Rv2=n2πω]时,分子落在同一狭条上
B. 当[Rv1-Rv2≠n2πω]时,分子落在不同狭条上
C. 只要时间足够长,[N]筒上到处都落有分子
D. 分子不可能落在[N]筒上某两处且与[S]平行的狭条上
解析 沿半径方向向外射出速率为[v1]和[v2]的分子做匀速运动,到达外筒时间分别为[Rv1]和[Rv2],同一时间内外筒[N]转过弧长分别为[Δs1]和[Δs2],利用时间相等,有[Rv1=Δs1ωR], [Rv2=Δs2ωR]
二者打在外筒上弧向距离为
[Δs1-Δs2=ωR2v1-ωR2v2]
由于[v1]、[v2]给定,则
当[Δs1-Δs2=ωR2v1-ωR2v2]=[k2πR]
即[Rv1-Rv2=k2πω]时,打在外筒同一处
当[Δs1-Δs2=ωR2v1-ωR2v2]≠[k2πR]
即[Rv1-Rv2≠k2πω]时
设[Δs1-Δs2=ωR2v1-ωR2v2]=[k2πR+ΔL]
则打在外筒两处,不会到处都有.
答案 B
点拨 速率为[v1]和[v2]的分子到达[N]筒的时间差[Rv1-Rv2]与筒转动周期[2πω]的关系决定了两分子落点位置关系.
三、天体运行中的能量问题
例3 地球质量为[M],半径为[R],自转角速度为[ω]. 万有引力恒量为[G]. 如果规定物体在离地球无穷远处势能为0,则质量为[m]的物体离地心距离为[r]时,所具有的万有引力势能可表示为[Ep=-GMmr]. 设地球的空间站离地面高度为[h],如果在它上面直接发射一颗质量为[m]的小卫星,使其能到达地球同步卫星轨道并能在轨道上正常运行,则该卫星在离开空间站时必须具有多大的动能?
解析 由[GMmr2=mv2r],得卫星在空间站上的动能[Ek1=12mv2=GMm2(R+h)]
卫星在空间站上的引力势能[Ep1=-GMm(R+h)]
机械能[E1=Ek1+Ep1=-GMm2(R+h)]
同步卫星在轨道上正常运行时,有[GMmr2=mω2r],故轨道半径[r=GMω23]
由此可得同步卫星的机械能
[E2=Ek2+Ep2][=-GMm2r=-12mG2M2ω23]
如果卫星离开时获得动能,运动过程中机械能守恒,则离开航天飞机的卫星机械能应为[E2],设此时卫星的动能为[Ek2],有[E1=E2],则
[Ek1]=[E2-Ep1=-12mG2M2ω23+GMmR+h]
点拨 卫星在轨道上的能量包括动能和势能,即机械能. 在较低轨道,势能小,动能大,机械能小;在较高轨道,势能大,动能小,机械能大. 卫星从低轨道进入高轨道,需要增加能量,可以通过反向喷气实现变轨. 这与核外电子从低能级跃迁到高能级时,需要吸收一定频率的光子是一个道理.
[【考點专练·必考2.1】]
1. 下列关于运动的合成,判断错误的是( )
A. 两个直线运动的合运动一定是直线运动
B. 两个互成角度的匀速直线运动的合运动一定是匀速直线运动
C. 两个初速度为零的匀加速直线运动的合运动一定是匀加速直线运动
D. 匀速直线运动和匀加速直线运动的合运动一定是匀变速运动
2. 某人横渡一河流,船划行的速度和水流动的速度一定,此人过河的最短时间为[T1];若此船用最短的位移过河,则需时间为[T2],若船速大于水速,则船速与水速之比为( )
A. [T2T22-T21] B. [T2T1]
C. [T1T21-T22] D. [T1T2]
3. 小河宽为[d],河水中各点水流速度的大小与各点到较近河岸边的距离成正比,即[v水=kx,k=4v0d],其中[x]是各点到近岸的距离,小船船头垂直河岸渡河,小船划水速度为[v0],则( )
A. 小船渡河的轨迹为曲线
B. 小船到达离河岸[d2]处,船渡河的速度为[2v0]
C. 小船渡河时的轨迹为直线
D. 小船到达离河岸[34d]处,船渡河的速度为[10v0]
4. 甲、乙两物体在[t1、t2、t3]时刻的速度分别为[v1、v2、v3]和[v1、v2、v3],如图3,则 ( )
[甲 乙]
A. 甲做的可能是直线运动,乙做的可能是圆周运动
B. 甲、乙都可能做圆周运动
C. 甲、乙受的合力都可能是恒力
D. 甲受的合力可能是恒力,乙受的合力不可能是恒力
5. 如图4,半径为[R]的半圆环[ACB]竖直放置,直径[AB]水平,[C]为环的最低点. 小球从[A]点沿[AB]方向以初速度[v0]水平抛出,不计空气阻力. 则( )
A. 总可以找到一个[v0]值,使小球垂直撞击半圆环的[AC]段
B. 总可以找到一个[v0]值,使小球垂直撞击半圆环的[BC]段
C. 无论[v0]取何值,小球都能垂直撞击半圆环
D. 无论[v0]取何值,小球都不能垂直撞击半圆环
6. 如图5,水平匀速转动的转台上,在同一直径上、圆心的两侧放着用细线连着的质量相同的两物体A和[B,A]离圆心距离为[r1, B]离圆心距离为[r2],且[r1 A. [ω]无论取何值,[A、B]所受的摩擦力都指向圆心 B. [ω]取不同值时,[B]所受的摩擦力总指向圆心,而[A]所受的摩擦力可能指向圆心,也可能背向圆心 C. [ω]取不同值时,[A]所受的摩擦力总指向圆心,而[B]所受的摩擦力可能指向圆心,也可能背向圆心 D. [ω]取不同值时,[A]和[B]所受的摩擦力都有可能指向圆心,也可能背向圆心 7. 柯受良驾驶汽车飞越黄河,汽车从最高点开始到着地为止这一过程的运动可以看作平抛运动. 现从侧面用照相机通过多次曝光,拍摄到汽车在经过最高点以后的三张运动照片如图6,相邻两次曝光时间间隔相等,均为[Δt],已知汽车的长度为[l],则( )