資源簡介

教學設計
課程基本信息
學科 物理 年級 高一 學期 春季
課題 課題研究
教學目標
1.知道人們在長期生活和勞動中，形成了許多動作習慣，其背后必定有相關物理原理的支撐。 2.了解課題研究的基本環節:提出問題、建立模型、數據分析、實驗檢驗、結論與啟示。 3.了解光電門傳感器和手機中的加速度傳感器的使用，知道現代技術融入物理實驗。 4.通過研究人體動作的物理原理，增強學生理論聯系實際的意識和發展學生科學思維能力
教學內容
教學重點： 1.了解課題研究的基本環節:提出問題、建立模型、數據分析、實驗檢驗、結論與啟示。
教學難點： 1.了解課題研究的基本環節:提出問題、建立模型、數據分析、實驗檢驗、結論與啟示。 2.了解光電門傳感器和手機中的加速度傳感器的使用，知道現代技術融入物理實驗。
教學過程
【教學任務一】問題創設 引入課題 要把手上的水甩掉，人通常的甩手動作是怎樣的？為什么這樣的動作容易把水甩掉？ 【教學任務二】對比實驗 得出結論 生活當中常見的甩手動作：第一種手指彈，第二種手腕甩，第三種小臂旋，第四種大臂輪。通過比較甩掉相同的水量所需要的甩手動作的次數，得出大臂掄的甩水效果最好。
【教學任務三】頻閃記錄 模型建立
利用視頻制作了手臂各部分在不同時刻的位置信息，如下圖,相鄰兩個位置之間的時間間隔是0.06s。從分析運動的視角看，人的上肢可以認為由上臂、前臂和手掌組成，結構簡化為下圖。可以看出，在甩手過程中，上臂以肩關節 O1為轉動軸轉動，此時肘關節 O2 在做圓周運動，圓心為 O1、半徑為 r1 ；腕關節 O3 相對 O2 的運動，是以 O2 為圓心、r2為半徑的圓周運動；手指上某水滴 P 相對腕關節的運動也是圓周運動，其圓心為 O3、半徑為 r3。這樣，P 點除了繞O3 做圓周運動之外，同時還疊加了 O3 相對 O2 的運動和 O2相對 O1 的運動，因此，P 點具有較大的線速度。由于 P 點繞 O3 做圓周運動的半徑 r3 很小，由向心力公式可知，如果水滴 P 要繼續停留在手上，需要很大的向心力。否則水滴便會做離心運動，飛離手指。 【教學任務四】數據分析 估算結果
①測量照片與實物尺寸的縮放比例。手臂自然下垂時肩膀到指尖：實際長度67.10 cm 照片中的長度11.20cm 。 ②估算指尖的最后階段線速度。測得照片中A、B之間的距離為6.50 cm，根據照片與實物尺寸的縮放比例算出實際A、B之間距離為38.94cm,已知相鄰兩幀之間的時間間隔為 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。測得實際NB的長度17.00cm，根據上述模型，指尖在 B 點附近做圓周運動的半徑等于NB的長度，由此計算指尖的向心加速度約為248m/s2。 【教學任務五】實驗檢驗 得出結論 ①用手機中的加速度傳感器進行檢驗。如下圖所示，用手指和手掌握住手機，使手機中心對準腕關節，且手機的長邊跟前臂平行。甩手時，手機顯示了 x、y、z 三個坐標軸方向的加速度值如圖所示。其中 y 方向的加速度（藍色圖線）是手腕部位的向心加速度，最大值約等于 34.6m/s2，測出 AB 的弧長大約是 N 點在相同時間內通過弧長的 2.2 倍，B 點的線速度 vB 也為 N 點線速度 vN 的 2.2 倍,B 點做圓周運動的半徑 NB 大約是 N 點做圓周運動半徑 MN 的 3/5，求出向心加速度為276.8m/s2 。 ②用光電門傳感器測量速度進行檢驗。利用無線光電門傳感器測出指尖在最低點的瞬時速度大小為6.60m/s，由此計算指尖的向心加速度約為256m/s2。得出實驗結論：實驗檢驗的結果與數據分析的結果基本一致。 【教學任務六】結論啟示 增強興趣 結論：指尖的向心加速度最大時竟然達到重力加速度的25倍，水滴之間的相互作用力無法滿足這種運動的受力要求，因此手上的水滴被甩出。甩手時的指尖之所以能產生這么大的向心加速度，這里包含著兩個方面的物理原理。 1.利用了運動的合成 。手指對手腕、手腕對前臂、前臂對上臂這三個運動的疊加使手指在甩手過程的最后獲得了最大瞬時速度 。
2.利用了圓周運動。手臂運動的最后一刻，指尖做圓周運動，圓心是腕關節，半徑很小，由此產生了巨大的向心加速度。 啟示：人們的動作習慣是通過有效經驗的積累形成的，其中隱藏著許多物理原理。對這些動作進行物理原理研究，不僅可以進一步從原理上改進動作的效果（如競技體育的動作訓練），還可以從“仿生”的角度對人類工具作進一步的優化。 【教學任務七】課堂小結 布置作業 課堂小結： 布置作業： 1.查閱資料，了解智能手機傳感器在中學物理教學中的應用。 2.查閱資料，選取你感興趣的體育運動中的某一個動作，開展課題研究，探索背后的物理原理。如：標槍動作、跳高動作等。
教學流程圖

展開更多......

收起↑