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2019-2020年高中物理 回旋加速器教案 人教版二冊(cè)

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1、2019-2020年高中物理回旋加速器教案人教版二冊(cè) 一、教學(xué)目標(biāo) 1.知道回旋加速器的基本構(gòu)造及工作原理 2.知道回旋加速器的基本用途。 3.能解決有關(guān)回旋加速器的問(wèn)題。 4.通過(guò)研究討論使學(xué)生體會(huì)到成功的快樂(lè)。 二、重點(diǎn)、難點(diǎn)分析 回旋加速器的工作原理是本節(jié)課的教學(xué)重點(diǎn),解決有關(guān)加速器的問(wèn)題是教學(xué)的難點(diǎn)。 三、教具:計(jì)算機(jī)、投影儀、多媒體課件 四、教法:討論與講解相結(jié)合、多媒體輔助教學(xué) 五、課時(shí)安排:1課時(shí) 六、教學(xué)過(guò)程 (一)引入新課 在現(xiàn)代物理學(xué)中,為了進(jìn)一步研究物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu),需要用能量很高的帶電粒子去轟擊原子 核。為了使帶電粒子獲得如此高的能量,就必須設(shè)

2、計(jì)一個(gè)能給帶電粒子加速的裝置加速臾 器。 點(diǎn)評(píng):學(xué)生同樣會(huì)設(shè)計(jì)出多種方案,如:①增大加速電壓;②使微粒的核質(zhì)比增大,等等。 問(wèn)題3?帶電粒子一定,即q/m一定,要使帶電粒子獲得的能量增大,可采取什么方法?問(wèn) 題4.實(shí)際所加的電壓,能不能使帶電粒子達(dá)到所需要的能量?(不能)怎么辦? 【板書(shū)】多級(jí)加速投影如圖4。 帶電粒子增加的動(dòng)能為 ? 込 % a) 一皺 二級(jí) AE= 1 mv2 2 1 一一mv2 20 =qU =qU+qU+?…+qU 12n =q(U+U+U+…+U)

3、123n 分析:方法可行,但所占的空間范圍大。能不能在較小的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)多級(jí)加速呢? 引導(dǎo)學(xué)生讀書(shū): 1932年美國(guó)物理學(xué)家勞倫斯發(fā)明了回旋加速器,從而解決了這一問(wèn)題。 【板書(shū)】第六節(jié)回旋加速器(如圖5) 1.構(gòu)造:利用電場(chǎng)對(duì)帶電粒子的加速作用和磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的偏轉(zhuǎn)作用來(lái)獲得高能粒子 圖5 工作原理: ① 磁場(chǎng)的作用:帶電粒子以某一速度垂直磁場(chǎng)方向進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí),只在洛倫茲力作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng),其中周期和速率與半徑無(wú)關(guān)。使帶電粒子每次進(jìn)入D型盒中都能運(yùn)動(dòng)相等的時(shí)間(半個(gè)周期)后,平行于電場(chǎng)方向進(jìn)入電場(chǎng)中加速。 ② 電場(chǎng)的作用:回旋加速器的兩個(gè)D型盒之間的窄縫區(qū)域存在周期性變化

4、的并垂直于兩個(gè)D型盒直徑的勻強(qiáng)電場(chǎng),加速就是在這個(gè)區(qū)域完成的。 ③ 交變電壓:為了保證每次帶電粒子經(jīng)過(guò)狹縫時(shí)均被加速,使之能量不斷提高,要在狹縫處加一個(gè)與帶電粒子在D型盒中運(yùn)動(dòng)周期相同的交變電壓。 提問(wèn):①在加速區(qū)有沒(méi)有磁場(chǎng)?對(duì)帶電粒子加速有沒(méi)有影響? ②離子所能獲得的最大速度與什么因素有關(guān)系? E=2mv2=2m(qBR)2=2可見(jiàn)帶電粒子獲得的最大能量與D型盒半徑有 22m2m 關(guān)。 三)鞏固練習(xí) 1?質(zhì)量為m、帶電量為q的帶電粒子在回旋加速器中間AO處由靜止釋放,經(jīng)A0‘A0處的電場(chǎng)加速后進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng),設(shè)電場(chǎng)的加速電壓為U,則粒子第一次做勻速圓

5、周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑R0=,周期T=。 2. 在回旋加速器中,如果兩個(gè)D型盒不是分別接在高頻交流電源的兩極上,而是接在直流的兩極上,那么帶電粒子能否被加速?請(qǐng)說(shuō)明理由,并在圖中畫(huà)出粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡(至少畫(huà)兩個(gè)周期) (四)布置作業(yè):1.仔細(xì)閱讀教材;2.自學(xué)課本185頁(yè)閱讀材料 七、教學(xué)設(shè)計(jì)說(shuō)明 回旋加速器是現(xiàn)代高能物理研究中所需的重要儀器,為進(jìn)一步研究物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)作出了貢獻(xiàn)。但它也有不利的一面。因?yàn)樵诹W幽芰亢芨叩那闆r下,它運(yùn)動(dòng)的速度接近光速,按照愛(ài)因斯坦的狹義相對(duì)論,這時(shí)粒子的質(zhì)量也將發(fā)生變化,從而使粒子在磁場(chǎng)中回旋一周的時(shí)間發(fā)生變化,又使電場(chǎng)的頻率不再跟粒子運(yùn)動(dòng)的頻率一致,這也就破壞

6、了加速器的工作條件,因此要進(jìn)一步提高粒子的能量就必須采取其他的加速方法。希望學(xué)生掌握好現(xiàn)在的基礎(chǔ)知識(shí)將來(lái)能研究出更切合實(shí)際的加速器。 2019-2020年高中物理圓周運(yùn)動(dòng)優(yōu)秀教案新人教版必修2 教材首先列舉生活中的圓周運(yùn)動(dòng),以及科學(xué)研究所涉及的范圍,大到星體的運(yùn)動(dòng),小到電子的繞核運(yùn)轉(zhuǎn),接著通過(guò)比較自行車(chē)大小齒輪以及后輪的運(yùn)動(dòng)快慢引入線速度、角速度的概念及周期、頻率、轉(zhuǎn)速等概念,最后推導(dǎo)出線速度、角速度、周期間的關(guān)系.教材設(shè)計(jì)環(huán)環(huán)相扣、結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn),使整節(jié)課渾然一體,密不可分. 本節(jié)課可以通過(guò)生活實(shí)例(自行車(chē)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)或皮帶傳動(dòng)裝置),讓學(xué)生切實(shí)感受到做圓周運(yùn)動(dòng)的物體有運(yùn)動(dòng)快慢與轉(zhuǎn)動(dòng)快慢及周期之

7、別,有必要引入相關(guān)的物理量加以描述.學(xué)習(xí)線速度的概念,可以根據(jù)勻速圓周運(yùn)動(dòng)的概念引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)弧長(zhǎng)與時(shí)間比值保持不變的特點(diǎn),進(jìn)而引出線速度的大小與方向.學(xué)習(xí)角速度和周期的概念時(shí),應(yīng)向?qū)W生說(shuō)明這兩個(gè)概念是根據(jù)勻速圓周運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)和描述運(yùn)動(dòng)的需要而引入的,即物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),每通過(guò)一段弧長(zhǎng)都與轉(zhuǎn)過(guò)一定的圓心角相對(duì)應(yīng),因而物體沿圓周轉(zhuǎn)動(dòng)的快慢也可以用轉(zhuǎn)過(guò)的圓心角與時(shí)間比值來(lái)描述,由此引入角速度的概念.又根據(jù)勻速圓周運(yùn)動(dòng)具有周期性的特點(diǎn),物體沿圓周轉(zhuǎn)動(dòng)的快慢還可以用轉(zhuǎn)動(dòng)一圈所用時(shí)間的長(zhǎng)短來(lái)描述,為此引入了周期的概念.講述角速度的概念時(shí),不要求向?qū)W生強(qiáng)調(diào)角速度的矢量性.在講述概念的同時(shí),要讓學(xué)生體會(huì)到勻

8、速圓周運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn):線速度的大小、角速度、周期和頻率保持不變的圓周運(yùn)動(dòng).教學(xué)重點(diǎn) 線速度、角速度、周期概念,及其相互關(guān)系的理解和應(yīng)用,勻速圓周運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn). 教學(xué)難點(diǎn)角速度概念的理解和勻速圓周運(yùn)動(dòng)是變速曲線運(yùn)動(dòng)的理解. 課時(shí)安排 1課時(shí) 三維目標(biāo)知識(shí)與技能 1. 了解物體做圓周運(yùn)動(dòng)的特征. 2. 理解線速度、角速度和周期的概念,知道它們是描述物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)快慢的物理量,會(huì)用它們的公式進(jìn)行計(jì)算. 3. 理解線速度、角速度、周期之間的關(guān)系. 過(guò)程與方法 1. 聯(lián)系日常生活中所觀察到的各種圓周運(yùn)動(dòng)的實(shí)例,找出共同特征. 2. 知道描述物體做圓周運(yùn)動(dòng)快慢的方法,進(jìn)而引出描述物體做

9、圓周運(yùn)動(dòng)快慢的物理量:線速度V、角速度e、周期T、轉(zhuǎn)速n等. 3. 探究線速度與角速度之間的關(guān)系. 情感態(tài)度與價(jià)值觀 1. 經(jīng)歷觀察、分析總結(jié)及探究等學(xué)習(xí)活動(dòng),培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度. 2. 通過(guò)親身感悟,使學(xué)生獲得對(duì)描述圓周運(yùn)動(dòng)快慢的物理量(線速度、角速度、周期等)以及它們相互關(guān)系的感性認(rèn)識(shí). 課前準(zhǔn)備多媒體課件、機(jī)械鐘表、小球、細(xì)線、風(fēng)扇、雨傘、水等. 教學(xué)過(guò)程 導(dǎo)入新課 演示導(dǎo)入演示機(jī)械式鐘表時(shí)針、分針、秒針的運(yùn)動(dòng)情況(可以撥動(dòng)鐘表的調(diào)節(jié)旋鈕),讓學(xué)生觀察后說(shuō)出不同指針運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn),從而引出圓周運(yùn)動(dòng)的概念. 情景導(dǎo)入 課件展示生活中常見(jiàn)的圓周運(yùn)動(dòng): 觀覽車(chē)脫水

10、桶生活中,我們一定見(jiàn)過(guò)很多類(lèi)似的運(yùn)動(dòng),它們的運(yùn)動(dòng)軌跡是一些圓,我們把這種運(yùn)動(dòng)叫做圓周運(yùn)動(dòng). 推進(jìn)新課 引導(dǎo)學(xué)生列舉生活中的圓周運(yùn)動(dòng). 參考案例: 1. 田徑場(chǎng)彎道上賽跑的運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng); 2. 風(fēng)車(chē)的轉(zhuǎn)動(dòng); 3. 地球的自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn); 4. 自行車(chē)的前后輪、大小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)等.研究物體的運(yùn)動(dòng)時(shí),我們往往關(guān)心的是物體的運(yùn)動(dòng)快慢.對(duì)于做直線運(yùn)動(dòng)的物體,我們用單位時(shí)間內(nèi)的位移來(lái)描述物體的運(yùn)動(dòng)快慢. 問(wèn)題:對(duì)于圓周運(yùn)動(dòng)又如何描述它們的運(yùn)動(dòng)快慢呢? 一、線速度 演示1:在臺(tái)式電風(fēng)扇的葉片上分別標(biāo)記紅、藍(lán)兩種顏色的點(diǎn),到中間軸的距離不等.用手撥動(dòng)葉片轉(zhuǎn)動(dòng),注意要慢,讓學(xué)生明顯觀察到兩點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌

11、跡. 讓學(xué)生仔細(xì)觀察,說(shuō)出哪個(gè)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)得快,你是怎么比較的. 討論交流 我們發(fā)現(xiàn),兩個(gè)點(diǎn)在相同的時(shí)間內(nèi)通過(guò)的弧長(zhǎng)不相等,通過(guò)的弧長(zhǎng)長(zhǎng)的點(diǎn)運(yùn)動(dòng)得快,通過(guò)的弧長(zhǎng)短的點(diǎn)運(yùn)動(dòng)得慢.這樣,做圓周運(yùn)動(dòng)的物體通過(guò)的弧長(zhǎng)與所用時(shí)間的比值能夠描述物體運(yùn)動(dòng)的快慢,我們把它稱(chēng)之為線速度. 定義:做圓周運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)通過(guò)的弧長(zhǎng)s與通過(guò)這段弧長(zhǎng)所用時(shí)間t的比值叫做圓周運(yùn)動(dòng)的線速度. v=物體沿著圓周運(yùn)動(dòng),并且線速度的大小處處相等,這種運(yùn)動(dòng)叫做勻速圓周運(yùn)動(dòng). 說(shuō)明:(1)線速度是物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度. (2)線速度是矢量,它既有大小,也有方向(大?。簐二,方向:在圓周各點(diǎn)的切線方向). (3)勻速圓周運(yùn)

12、動(dòng)是一種非勻速運(yùn)動(dòng),因?yàn)榫€速度的方向在時(shí)刻改變. (4)線速度的單位:m/s. 針對(duì)以上說(shuō)明展開(kāi)討論. 演示2:水淋在雨傘上,同時(shí)搖動(dòng)傘柄. 觀察:水滴沿切線方向飛出. 思考:這說(shuō)明什么?結(jié)論:飛出的水滴在離開(kāi)傘的瞬間,由于慣性要保持原來(lái)的速度方向,因而表明了切線方向即為此時(shí)刻線速度的方向. 例1分析下圖中,A、B兩點(diǎn)的線速度有什么關(guān)系. 解析:主動(dòng)輪通過(guò)皮帶、鏈條、齒輪等帶動(dòng)從動(dòng)輪的過(guò)程中,皮帶(鏈條)上各點(diǎn)以及兩輪邊緣上各點(diǎn)在相同的時(shí)間內(nèi)通過(guò)的弧長(zhǎng)相等,所以它們線速度大小相等. 答案:大小相等 二、角速度學(xué)生閱讀教材并思考以下幾個(gè)問(wèn)題: 1. 角速度是描述圓

13、周運(yùn)動(dòng)快慢的物理量; 2?角速度等于半徑轉(zhuǎn)過(guò)的角度Q和所用時(shí)間t的比值;(3=) 3. 角速度的單位是rad/s. 結(jié)合數(shù)學(xué)知識(shí),交流討論角速度的單位. 說(shuō)明:對(duì)某一確定的勻速圓周運(yùn)動(dòng)而言,角速度3是恒定的. 4. 周期、頻率和轉(zhuǎn)速 學(xué)生閱讀教材并思考以下幾個(gè)問(wèn)題:做圓周運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)一周所用的時(shí)間叫周期;周期的倒數(shù)(單位時(shí)間內(nèi)質(zhì)點(diǎn)完成周期性運(yùn)動(dòng)的次數(shù))叫頻率;每秒鐘轉(zhuǎn)過(guò)的圈數(shù)叫轉(zhuǎn)速. 注明:下列情況下,同一輪上各點(diǎn)的角速度相同. 三、線速度、角速度、周期之間的關(guān)系既然線速度、角速度、周期都是用來(lái)描述勻速圓周運(yùn)動(dòng)快慢的物理量,那么它們之間有什么樣的關(guān)系呢? 分析:一物體做半徑

14、為r的勻速圓周運(yùn)動(dòng),問(wèn): 1?它運(yùn)動(dòng)一周所用的時(shí)間叫周期,用T表示,它在周期T內(nèi)轉(zhuǎn)過(guò)的弧長(zhǎng)為2nr.由此可知它的線速度為. 2.一個(gè)周期T內(nèi)轉(zhuǎn)過(guò)的角度為2n,物體的角速度為. 通過(guò)思考總結(jié)得到: 2兀?r、 v= T丄 小,=v=Wr 2兀 ①=—— 討論v=W?r (1)當(dāng)v—定時(shí),W與r成反比. (2) 當(dāng)w一定時(shí),v與r成正比. (3) 當(dāng)r一定時(shí),v與w成正比. 思考 例2 為rz 物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),v、w、T是否改變?(w、T不變,v大小不變、方向改變)如右圖所示皮帶傳動(dòng)裝置,主動(dòng)軸0]上有兩個(gè)半徑分別為R和r的輪,02上的輪半徑,已知R=2r,

15、r :w=?wB:wC=? 問(wèn):w AB 解答:因?yàn)锳、B同軸,故w:w=1:1 AB 因B與C用皮帶傳動(dòng),所以v:v=1:1v=wRv=wrBCBBCC v2R ①B-IB—vBxr'—1x3—2 2R3 vr' =—BX= vR C v①r A=—A— v?r' CC -①R 2b ①2R c3 課堂訓(xùn)練 1.一汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸每分鐘轉(zhuǎn)2400周,求: 1)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)的周期與角速度; (2) 距轉(zhuǎn)軸r=0.2m點(diǎn)的線速度. 解:(1)由于曲軸每秒鐘轉(zhuǎn)周,周期T=;而每轉(zhuǎn)一周為2nrad,因此曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度W二rad/s=251rad/

16、s. (2)已知r=0.2m,因此這一點(diǎn)的線速度 v=Wr=251X0.2m/s=50.2m/s. 以上可知?jiǎng)蛩俎D(zhuǎn)動(dòng)物體的角速度與周期之間的關(guān)系是W=. 2?—個(gè)圓環(huán),以豎直直徑AB為軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng),如圖所示,則環(huán)上M、N兩點(diǎn)的線速度的大小之比v:v二;角速度之比W:W=;周期之比T:T=. MNMNMN 'B 答案::11:11:1 課堂小結(jié) 本節(jié)課通過(guò)描述做勻速圓周運(yùn)動(dòng)物體的快慢問(wèn)題,引入了勻速圓周運(yùn)動(dòng)的線速度與角速度及周期、頻率、轉(zhuǎn)速等概念,最后推導(dǎo)出線速度、角速度、周期間的關(guān)系. 勻速圓周運(yùn)動(dòng)的實(shí)質(zhì)是勻速率圓周運(yùn)動(dòng),它是一種變速運(yùn)動(dòng).描述勻速圓周運(yùn)動(dòng)快慢的物理量:

17、 線速度:v= 角速度:w= 周期與頻率:f= 相互關(guān)系:v=w=v=rw 布置作業(yè)教材“問(wèn)題與練習(xí)”1、2、5. 板書(shū)設(shè)計(jì) 5. 圓周運(yùn)動(dòng) 一、描述勻速圓周運(yùn)動(dòng)的有關(guān)物理量 1. 線速度 (1) 定義:做圓周運(yùn)動(dòng)的物體通過(guò)的弧長(zhǎng)與所用時(shí)間的比值 (2) 公式:v=(s為弧長(zhǎng),非位移) (3) 物理意義 2. 角速度 (1) 定義:做圓周運(yùn)動(dòng)的物體的半徑掃過(guò)的角度與所用時(shí)間的比值 (2) 公式:w= (3) 單位:rad/s (4) 物理意義 3. 轉(zhuǎn)速和周期 二、線速度、角速度、周期間的關(guān)系v=rww= 活動(dòng)與探究主題:測(cè)量調(diào)級(jí)電風(fēng)扇葉片的角速度和線速度

18、. 過(guò)程:小組合作,調(diào)節(jié)電風(fēng)扇的調(diào)速開(kāi)關(guān),分別測(cè)定電風(fēng)扇葉片轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度和線速度.首先制定測(cè)量方案,包括選取的工具、測(cè)量的步驟及測(cè)量數(shù)據(jù)、注意事項(xiàng)等;小組討論方案的可行性;實(shí)驗(yàn)進(jìn)行,得出數(shù)據(jù),合作討論交流;寫(xiě)出報(bào)告. 習(xí)題詳解 1.解答:位于赤道和位于北京的兩個(gè)物體隨地球自轉(zhuǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的角速度相等,都是3二rad/s=7.3X10-5rad/s. 位于赤道的物體隨地球自轉(zhuǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的線速度vi=3R=467m/s 位于北京的物體隨地球自轉(zhuǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的角速度v2=3R'cos40°=358m/s. 2. 解答:分針的周期為T(mén)1=1h,時(shí)針的周期為T(mén)2=12h2 (1)分

19、針與時(shí)針的角速度之比為31:32=T2:i=12:l. (2)分針針尖與時(shí)針針尖的線速度之比為V:V=3r:3r=14.4:1. 121122 3. 解答:(1)A、B兩點(diǎn)線速度相等,角速度與半徑成反比. (2)A、C兩點(diǎn)角速度相等,線速度與半徑成正比. (3)B、C兩點(diǎn)半徑相等,線速度與角速度成正比. 4. 解答:假設(shè)腳踏板每2s轉(zhuǎn)1圈,要知道在這種情況下自行車(chē)前進(jìn)的速度有多大,還需要測(cè)量的三個(gè)輪子的半徑r「r2、r3.由題意可知輪1邊緣的線速度 自行車(chē)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu) v1=31r1= 32= v=3r=3r二其中T等于2s 333231 v3為輪3邊緣的線速度,

20、即等于自行車(chē)前進(jìn)的速度. 實(shí)際測(cè)量這里略去. 說(shuō)明:本題的用意是讓學(xué)生結(jié)合實(shí)際情況來(lái)理解勻速圓周運(yùn)動(dòng)以及傳動(dòng)裝置之間線速度、角速度、半徑之間的關(guān)系.但是,車(chē)輪上任意一點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)都不是圓周運(yùn)動(dòng),其軌跡都是滾輪線,所以在處理這個(gè)問(wèn)題時(shí),應(yīng)該以輪軸為參考系,地面與輪接觸而不打滑,所以地面向右運(yùn)動(dòng)的速度等于后輪上一點(diǎn)的線速度. 5. 解答:(1)因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為n=300r/min=5r/s 1 匹廠1 所以一個(gè)扇區(qū)通過(guò)磁頭所用的時(shí)間是七=片—s. 15r/s90 (2)1s內(nèi)可讀的扇區(qū)數(shù)為1sX5r/sX18/r=90(個(gè)),故可讀字節(jié)數(shù)=512X90=46080(字節(jié)).說(shuō)明:本題的用意是讓學(xué)生結(jié)合實(shí)際情況來(lái)理解勻速圓周運(yùn)動(dòng). 設(shè)計(jì)點(diǎn)評(píng) 本教學(xué)設(shè)計(jì)通過(guò)大量的生活實(shí)例,引導(dǎo)出圓周運(yùn)動(dòng)的定義.對(duì)比描述直線運(yùn)動(dòng)的物體運(yùn)動(dòng)快慢的速度概念,并結(jié)合實(shí)例得出線速度以及角速度的概念,并通過(guò)分析歸納得出線速度和角速度的關(guān)系.整個(gè)設(shè)計(jì)緊緊和學(xué)生的生活實(shí)際結(jié)合,化抽象為具體,較好地突破了難點(diǎn).

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