江蘇省蘇州市青云實(shí)驗(yàn)中學(xué)(215200)

周 鑫●

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生活中的圓周運(yùn)動(dòng)

江蘇省蘇州市青云實(shí)驗(yàn)中學(xué)(215200)

周 鑫●

教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)的過(guò)程.當(dāng)今的課堂教學(xué)需要突出學(xué)生在學(xué)習(xí)中的主體地位，課堂就必須讓他們積極主動(dòng)地參與學(xué)習(xí)過(guò)程，融于到真實(shí)的物理情景中去，在課堂上積極分析、探究，在實(shí)驗(yàn)?zāi)M的過(guò)程中不斷提升技能.本文以“生活中的圓周運(yùn)動(dòng)”為例，來(lái)談?wù)勗鯓幼寣W(xué)生在課堂上敢于嘗試，勇于親歷科學(xué)探究的全過(guò)程，通過(guò)感悟歷練戰(zhàn)勝困難，享受解決物理問(wèn)題的喜悅，循序漸進(jìn)地揭示物理科學(xué)知識(shí)的奧秘.

圓周運(yùn)動(dòng);生活;案例

通過(guò)運(yùn)動(dòng)員的體操表演，可以看到圓周運(yùn)動(dòng)是實(shí)際中的一種完美、和諧的一種運(yùn)動(dòng)形式.是怎樣的神秘力量操縱著運(yùn)動(dòng)員的身體，讓他們做出了這種完美、和諧的運(yùn)動(dòng)呢？讓我們一起去揭秘生活中的圓周運(yùn)動(dòng)的面紗吧.

一、感悟物理知識(shí)的生活案例，分析物理規(guī)律的奧秘所在

給出生活中的幾個(gè)常見(jiàn)的案例，讓學(xué)生去體驗(yàn)向心力是怎樣產(chǎn)生的.

案例1：用一根粗線(xiàn)拉小物體在光滑桌面上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)(讓學(xué)生課前準(zhǔn)備)；

案例2：讓學(xué)生想一想家庭的餐桌上的轉(zhuǎn)盤(pán)盤(pán)子、碗筷隨轉(zhuǎn)盤(pán)做勻速周?chē)\(yùn)動(dòng)的情況；

案例3：讓學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)器材做圓錐擺運(yùn)動(dòng).

通過(guò)以上案例讓學(xué)生感悟向心力的產(chǎn)生原因，如案例1的向心力是粗線(xiàn)的拉力、案例2的向心力是轉(zhuǎn)盤(pán)對(duì)盤(pán)子、碗筷產(chǎn)生的摩擦力……它并不是一種新性質(zhì)的力，在這里就要去強(qiáng)調(diào)在做圓周運(yùn)動(dòng)的物體受力分析過(guò)程中額外加上一個(gè)向心力是錯(cuò)誤的.

二、掌握物理概念的內(nèi)涵與外延，進(jìn)一步探究生活中的新實(shí)例

通過(guò)以上三個(gè)案例，讓學(xué)生掌握向心力概念的內(nèi)涵與外延，認(rèn)識(shí)到它是做圓周運(yùn)動(dòng)的物體因受到外界給予的一個(gè)力或幾個(gè)力的合力體現(xiàn)出來(lái)的一種力，所以，分析做圓周運(yùn)動(dòng)的物體所受到的力，就能找出向心力.

1.行駛的火車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)是做圓周運(yùn)動(dòng)的實(shí)例

讓學(xué)生探究在平直軌道上勻速行駛的火車(chē)受到哪些力的作用，它們有什么關(guān)系.

學(xué)生探究發(fā)現(xiàn)此時(shí)火車(chē)車(chē)輪受四個(gè)力：重力(G)、支持力(N)、牽引力(F)和摩擦力(f)，讓學(xué)生展示結(jié)果如下：

再觀(guān)察分析發(fā)現(xiàn)其中重力(G)和支持力(N) 是一對(duì)平衡力，牽引力(F)和摩擦力(f)是一對(duì)平衡力，這四個(gè)力的合力為零.

類(lèi)似平直軌道上勻速行駛的火車(chē)的受力分析，火車(chē)勻速轉(zhuǎn)彎的狀態(tài)又是怎樣的呢？激發(fā)出學(xué)生探究的好奇心.

讓學(xué)生探究時(shí)一定要明確火車(chē)勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)時(shí)合外力為零，火車(chē)勻速轉(zhuǎn)彎時(shí)受向心力，合外力不為零.然后，學(xué)生自然提出了“火車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)所需的向心力是如何產(chǎn)生的？”的質(zhì)疑，讓探究進(jìn)入學(xué)生的視野.

在質(zhì)疑的引導(dǎo)下學(xué)生討論的激情高漲，有的學(xué)生聯(lián)想到了自己騎單車(chē)的轉(zhuǎn)彎的情況：因?yàn)榛疖?chē)轉(zhuǎn)彎做的是曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，所以，所受合外力不為零，合外力提供火車(chē)轉(zhuǎn)彎所需的向心力(應(yīng)是指向圓心的)；通過(guò)以上受力分析，提供火車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)所需向心力的是外側(cè)鐵軌和輪緣相互擠壓產(chǎn)生的彈力.

火車(chē)質(zhì)量很大，行駛的速度快，所以，所需向心力就很大，從而導(dǎo)致鐵軌和輪緣的損壞，怎樣才能避免這種后果的發(fā)生呢？學(xué)生又會(huì)提出新的質(zhì)疑.

課堂上學(xué)生再通過(guò)實(shí)物模型模擬在平面彎曲軌道上火車(chē)轉(zhuǎn)彎的情景進(jìn)一步探究，最終得出發(fā)現(xiàn)：當(dāng)外軌高于內(nèi)軌時(shí)，鐵軌對(duì)火車(chē)的支持力不再是豎直向上，這種支持力和重力的合力可以提供向心力，學(xué)生展示分析如上圖，這樣，就減輕了火車(chē)對(duì)鐵軌外緣的擠壓.

2.行駛的火車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)做圓周運(yùn)動(dòng)的理論分析

因?yàn)樾旭偟幕疖?chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)支持力和重力的合力提供了向心力，鐵軌的內(nèi)、外軌均不受到側(cè)向擠壓的力.何時(shí)火車(chē)轉(zhuǎn)彎處于最佳狀況呢？這樣的質(zhì)疑學(xué)生就會(huì)油然而生，探究的欲望就會(huì)再次點(diǎn)燃.

首先根據(jù)上述分析，火車(chē)轉(zhuǎn)彎的向心力是火車(chē)受到的支持力和重力的合力，它水平指向圓心.

總之，通過(guò)轉(zhuǎn)彎問(wèn)題的探究，用勻速圓周運(yùn)動(dòng)和力的分析揭示了物體曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的真正內(nèi)涵.因?yàn)檎驹诹Φ慕嵌确治龌疖?chē)轉(zhuǎn)彎的特點(diǎn)，火車(chē)所受的合外力的方向一定在水平方向上向內(nèi).案例讓學(xué)生一定會(huì)明確物體除了重力外，至少還要受到一個(gè)其他的力，確保物體在做勻速圓周運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)水平面的向心力.

[1]郝國(guó)勝.生活中的圓周運(yùn)動(dòng)[J].《中學(xué)生數(shù)理化:高一版》, 2008(1):55-57

[2]鄭康.ARCS動(dòng)機(jī)模型在高中物理課堂中的應(yīng)用——以“生活中的圓周運(yùn)動(dòng)”為例[J].《中學(xué)物理教學(xué)參考》, 2016(12)

[3]楊亞芳.基于物理核心素養(yǎng)提升的教學(xué)設(shè)計(jì)——以“生活中的圓周運(yùn)動(dòng)”為例[J].《物理教學(xué)》, 2016(5):11-15

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