崔愛(ài)玉

(江蘇省南京市第十三中學(xué)，江蘇 南京 210008)

“玩”玩具玩出了“玄機(jī)”
——以“曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)”的教學(xué)為例

崔愛(ài)玉

(江蘇省南京市第十三中學(xué)，江蘇 南京 210008)

筆者設(shè)計(jì)了許多新穎的小實(shí)驗(yàn)，特別是對(duì)兒童玩具“小風(fēng)車(chē)”進(jìn)行了改裝，可使學(xué)生理解曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的速度方向.課堂上還安排了分組實(shí)驗(yàn)，用涂了紅墨水鋼球穿過(guò)塑料管子，能讓學(xué)生親身感受曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)速度的方向.總而言之，本課題設(shè)計(jì)了許多有趣好玩的實(shí)驗(yàn)，讓課堂更加生動(dòng)有趣，進(jìn)一步激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣.

趣味實(shí)驗(yàn);曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)；實(shí)驗(yàn)探究

1 背景分析

本課題是人教版物理必修2第五章曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)第一節(jié)“曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)”，仔細(xì)研讀教材，發(fā)現(xiàn)教材和以往的教材有所變動(dòng)，把以往的第一節(jié)內(nèi)容和第二節(jié)“運(yùn)動(dòng)的合成與分解”整合到一節(jié)內(nèi)容.從整合的形式上分析，先講曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的位移，然后講速度，接著講運(yùn)動(dòng)的合成與分解，最后講物體做曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的條件.如果按照課本的教材順序來(lái)上這節(jié)課，內(nèi)容繁多，學(xué)生完全掌握不易.從教學(xué)的角度分析，按著教材順序很難流暢過(guò)渡，所以在整體教學(xué)設(shè)計(jì)上，需要把這節(jié)課的內(nèi)容分解成兩節(jié)課來(lái)講解.

本課目標(biāo)是：(1) 知道什么是曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)；(2) 理解曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的速度方向特點(diǎn)，知道曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)是變速運(yùn)動(dòng)；(3) 理解物體做曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的條件，知道合力方向與軌跡彎曲方向的關(guān)系.

教學(xué)重難點(diǎn)是：(1) 物體做曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的方向的確定；(2) 物體做曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的條件.

2 設(shè)計(jì)理念

本節(jié)的知識(shí)點(diǎn)主要圍繞曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的速度方向及做曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的條件，設(shè)計(jì)了一個(gè)演示實(shí)驗(yàn)、兩個(gè)分組實(shí)驗(yàn).演示實(shí)驗(yàn)一：自制的小風(fēng)車(chē)，在其頂端粘了一次性杯子的底部，在其邊緣鉆了4個(gè)孔.用吸管滴入水，讓其轉(zhuǎn)動(dòng)，請(qǐng)大家觀察水滴被甩出轉(zhuǎn)盤(pán)時(shí)，其速度方向如何？實(shí)驗(yàn)二：在軟管中放入鋼珠，在紙上留下痕跡，研究小球沿切線(xiàn)方向滾出.學(xué)生通過(guò)親手實(shí)驗(yàn)，總結(jié)出曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)速度的方向.實(shí)驗(yàn)三：在光滑水平桌面上做用線(xiàn)拉小球運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)，通過(guò)提問(wèn)，由學(xué)生自主得出曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的條件.

3 案例描述

3.1 曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的定義

師(用PPT展示圖片，引出曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的概念)：汽車(chē)轉(zhuǎn)彎、運(yùn)動(dòng)員騎車(chē)比賽、表針的轉(zhuǎn)動(dòng)，這些圖片有什么共性呢？

生：物體的運(yùn)動(dòng)軌跡都是曲線(xiàn).

師：物理學(xué)中定義曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)是運(yùn)動(dòng)軌跡為曲線(xiàn)的運(yùn)動(dòng).

3.2 曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)速度的方向

(1) 猜測(cè)物體做曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)時(shí),在某一時(shí)刻的速度方向

(2) 觀看實(shí)驗(yàn)視頻

視頻1：兩個(gè)朝鮮族小朋友蕩秋千，視頻稍作處理，蕩秋千的軌跡都合成在一個(gè)界面上，請(qǐng)大家關(guān)注兩位小朋友的運(yùn)動(dòng)軌跡及某一時(shí)刻速度方向.

視頻2：雨滴從傘的邊緣甩出，請(qǐng)仔細(xì)觀察雨滴被甩的瞬間的速度方向.

(3) 演示實(shí)驗(yàn)

自制的小風(fēng)車(chē)如圖1，在其頂端粘了一次性杯子的底部，在其邊緣鉆了4個(gè)孔.在一張白紙上畫(huà)一個(gè)和杯子底部一樣的圓，然后把小風(fēng)車(chē)放在圓的上方，用吸管滴入紅墨水，讓其轉(zhuǎn)動(dòng)，請(qǐng)大家仔細(xì)觀察水滴被甩出轉(zhuǎn)盤(pán)后在紙面上留下的軌跡，分析水滴離開(kāi)圓盤(pán)邊緣時(shí)，水平方向的速度.

圖1

師：通過(guò)這幾個(gè)實(shí)驗(yàn)，大家能不能猜猜做曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的物體在某一時(shí)刻的速度方向？

生：質(zhì)點(diǎn)在某一點(diǎn)的速度沿曲線(xiàn)在這點(diǎn)的切線(xiàn)方向.

師：請(qǐng)同學(xué)們自己用手邊的儀器來(lái)設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證一下小球是否真的沿切線(xiàn)方向滾出？

器材：一根塑料軟管、2個(gè)鋼球、一瓶紅墨水、一張白紙.

方法：在白紙上畫(huà)好一個(gè)曲線(xiàn)，把軟管一端抬高用來(lái)給鋼珠提供初速度.另一端按照白紙上畫(huà)好的曲線(xiàn)彎曲，然后在其頂端滴幾滴紅墨水，使鋼珠在水平面上做曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng).可以看到染了紅墨水的鋼珠運(yùn)動(dòng)出軟管口后的軌跡(如圖2).

圖2

生：曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)中,質(zhì)點(diǎn)在某一點(diǎn)的速度方向,沿曲線(xiàn)在這一點(diǎn)的切線(xiàn)方向

師：物體做曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)時(shí),速度方向是時(shí)刻改變的.曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)中,質(zhì)點(diǎn)在某一點(diǎn)的速度方向沿曲線(xiàn)在這一點(diǎn)的切線(xiàn)方向，與數(shù)學(xué)中的切線(xiàn)概念一致.

3.3 曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)

師：曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)軌跡是曲線(xiàn)，那么曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的速度有沒(méi)有變化呢？

生：有.

師：速度變化可分為哪幾種變化呢？

生：(1) 速度方向不變、大小變；(2) 速度方向變、大小不變；(3) 速度大小、方向都變.

師：速度變化了，說(shuō)明物體具有什么？

生：以上三種情況中物體都具有加速度.因?yàn)榍€(xiàn)運(yùn)動(dòng)中速度方向時(shí)刻在改變，所以曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)是變速運(yùn)動(dòng)，具有加速度.

3.4 物體做曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的條件

教師演示如圖3所示的實(shí)驗(yàn)，先讓學(xué)生感受一下物體做曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的合力與速度不在一條直線(xiàn)上，再動(dòng)手做分組實(shí)驗(yàn).在光滑水平桌面上用線(xiàn)拉小球玩，一同學(xué)負(fù)責(zé)給小球初速度，另一同學(xué)負(fù)責(zé)拉著繩子，先松開(kāi)讓小球運(yùn)動(dòng)起來(lái)，然后拉緊繩子，小球會(huì)做怎樣的運(yùn)動(dòng)？小球不沿直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的原因是什么？

圖3

在課堂上發(fā)現(xiàn)學(xué)生并沒(méi)有按照筆者預(yù)設(shè)的方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn),原本是希望學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)，得出小球做曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的條件，物體的受力方向與運(yùn)動(dòng)方向不共線(xiàn).有學(xué)生不是把帶線(xiàn)小球放在桌子上玩，而是直接把小球在桌面上轉(zhuǎn)，讓小球做圓周運(yùn)動(dòng).還有學(xué)生拉著繩子讓小球在空中做圓周運(yùn)動(dòng).

師：有些同學(xué)拿著系著繩子的小球在桌面上轉(zhuǎn)，請(qǐng)分析小球在桌面上做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，受力情況是什么樣的？

生：小球受重力、桌面的彈力、繩子的拉力.

師：桌面有沒(méi)有摩擦力呢？

生：因?yàn)樽烂孑^光滑，我們想忽略一下.

師：小球的合力指向哪里呢？

生：好像是指向圓周運(yùn)動(dòng)的圓心，不太確定.

師：那我們把小球從豎直方向和水平方向進(jìn)行受力分析.豎直方向上，小球沒(méi)有離開(kāi)桌面，重力與桌面的彈力以及拉力在豎直方向的分力的合力是為零.在水平方向上，小球只受到繩子拉力在水平方向的分力.那么小球的合力只剩水平方向指向圓心的方向了，小球做圓周運(yùn)動(dòng)的速度方向怎樣？

生：沿圓周運(yùn)動(dòng)的切線(xiàn)方向.

師：小球的合力方向有沒(méi)有和速度方向共線(xiàn)？如果小球的合力方向與速度方向共線(xiàn)，小球怎么運(yùn)動(dòng)？

生：做圓周運(yùn)動(dòng)的小球所受合力顯然不和速度方向共線(xiàn).如果共線(xiàn)，小球會(huì)做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng).

總結(jié)歸納：當(dāng)物體所受合力的方向與它的速度方向不在同一直線(xiàn)上時(shí)，物體做曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng).

在教學(xué)中學(xué)生的實(shí)驗(yàn)沒(méi)有按筆者的預(yù)設(shè)進(jìn)行，筆者就干脆放棄了當(dāng)初的預(yù)設(shè)，抓住學(xué)生玩小球的動(dòng)作，層層剖析，讓學(xué)生從玩中學(xué)，自主得出小球做曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的條件.

3.5 軌跡的彎曲與力的方向的關(guān)系

師生活動(dòng)：用手拋出鉛球，觀察其運(yùn)動(dòng)軌跡，回答下面問(wèn)題：(1) 畫(huà)出它在各點(diǎn)的速度方向；(2) 畫(huà)出它在各點(diǎn)的受力方向(不計(jì)空氣阻力)；(3) 觀察軌跡的彎曲與力的方向有什么關(guān)系？然后歸納、總結(jié).

4 教學(xué)反思

本課教學(xué)中，安排了多個(gè)實(shí)驗(yàn)，目的是讓學(xué)生多實(shí)踐，從實(shí)驗(yàn)中慢慢體會(huì)曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)之美，學(xué)生在玩中不斷思考里面的“玄機(jī)”，在放松的心態(tài)下，掌握了物理知識(shí).有時(shí)候教師在物理教學(xué)課程中過(guò)于功利化，總是省去教學(xué)探究的過(guò)程，直接灌，然后做大量習(xí)題.學(xué)生的成績(jī)一般不會(huì)差，但是學(xué)生的創(chuàng)造力、思維力、學(xué)習(xí)力在無(wú)形中不斷退化.物理原本就是究萬(wàn)物之理，在高中物理課堂上需要我們教師多思考，多設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，以全方位達(dá)成課程目標(biāo).

[1] 耿碧玉.高中物理不同版本教材中的“曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)”內(nèi)容的比較研究[D].蘭州：西北師范大學(xué)，2015.

[2] 哈里德.物理學(xué)基礎(chǔ)[M].北京：機(jī)械出版社,2002.