让学生探究曲线运动的速度方向

在曲线运动教学中，关于曲线运动的速度方向的教学，通常通过演示圆周运动的小球离心现象，演示砂轮火星痕迹实验，告知学生曲线运动的速度方向为该位置的切线方向。

笔者通过简易自制器材，可以让学生通过科学探究获得曲线运动的速度方向，并自己获得如何标画曲线运动的速度方向。达到让学生探究体验的目的。

制作器材：用有机玻璃按照下图制作半圆形、4/5半圆形、3/5半圆形板，0点为圆心。注意弧形道要光滑。

教学片段设计：

教师：速度是一个矢量，它有方向性，那么做曲线运动物体的速度方向如何？我们一起研究。

1、 粗略研究：(粗略描述圆周运动的物体速度方向)

教师演示摆球的圆周运动并放手，演示雨滴从转动的雨伞边缘飞出。让学生观察小球和雨滴飞离情况。演示砂轮上火星， 让砂轮的圆周平面朝不同方向，以便每个方向的同学都能观察到火星的大致方向。根据学生的观察结果，教师在黑板上画出圆周运动的小球、雨滴、砂轮火星运动的大致方向。刚才标出的速度方向都是粗略的，如何精确描述？

2、 精细研究：(精确描述圆周运动的物体速度方向)

教师：物体做匀速直线运动，它的速度方向就是等同位移轨迹方向。如果曲线运动的物体突然开始做匀速直线运动，那么曲线运动末速度的方向和直线方向一致。

演示投影（分组实验）：把小钢珠放在黑墨水瓶盖里转一下（内有些墨水），再放在半圆形有机玻璃中运动，并飞出，让钢珠在白纸上留下痕迹，同时标出圆心和飞出点位置，同样在3/5半圆周，4/5半圆周上运动飞出，小钢球飞离圆周后作直线运动，直线方向就是小钢球在飞离点时曲线运动的速度方向。让学生猜测飞出方向由什么特点？该直线和圆周有什么关系？

学生会提出：切线方向

教师：如果假设是正确的，如何通过平面几何知识验证？

学生：标出飞出点，做圆心和飞出点的连线，用量角尺量出该连线和飞出轨迹直线的夹角，是否90度。

学生作图验证。教师投影展示。师生一起下结论。

3、如何画圆周运动的速度方向

如何在曲线运动的轨迹上标注速度方向？要求学生在刚才三个图中任意找1个位置画该位置的速度方向。

学生：找出圆心，做圆心和某点连线，再做连线的垂线，标出箭头方向。

教学补充：

小钢珠滚出的轨迹和有机玻璃的圆周不是重合的，如下图所示，相差一个钢珠的半径值，但是圆心和飞出点的连线与半径还是是垂直。由于小钢珠的半径远远小于圆弧的半径，这点相差可以忽略。如果学生能力较强，可以略作说明。