“勻速圓周運動”一課的教學(xué)設(shè)計與難點突破

梁勇

(四川省仁壽第一中學(xué)校北校區(qū) 四川 眉山 620500)

本學(xué)期，筆者上了教育科學(xué)出版社出版的《高中物理·必修2》“勻速圓周運動的向心力和向心加速度”一節(jié)，感觸頗多．現(xiàn)就這節(jié)課的成功與不足之處總結(jié)反思于下，以期在今后的教學(xué)中能更加得心應(yīng)手地處理好這一節(jié)的教學(xué)內(nèi)容．

1 本節(jié)課的成功之處

1.1 教材分析恰當(dāng)合理

這節(jié)課是在學(xué)生學(xué)習(xí)了“圓周運動”一節(jié)后，知道了描述圓周運動的物理量的基礎(chǔ)之上進行的教學(xué)．本節(jié)課從動力學(xué)和實驗探究的角度來研究勻速圓周運動的受力情況，從而使學(xué)生逐步建立起向心力的概念，體會勻速圓周運動是變速運動的根本原因，明確物體做勻速圓周運動的向心力大小決定因素，掌握向心力及向心加速度的大小計算公式和相關(guān)導(dǎo)出公式的簡單應(yīng)用．學(xué)好本節(jié)知識將對學(xué)習(xí)后續(xù)相關(guān)內(nèi)容起著決定性的作用．

1.2 改變單純傳授知識的傾向強調(diào)三維課程目標(biāo)的和諧統(tǒng)一

在教學(xué)中，課程目標(biāo)的三個維度并不是相互孤立的，而應(yīng)同時融會于教學(xué)過程之中．在設(shè)計教學(xué)過程時，需要從三個維度來構(gòu)思教學(xué)內(nèi)容和安排教學(xué)活動．教師應(yīng)幫助學(xué)生，使他們在獨立獲取物理知識、探究物理規(guī)律、解決物理問題等方面獲得具體的成果；讓學(xué)生得到成功的體驗，享受成功的愉悅，激發(fā)學(xué)習(xí)的熱情和責(zé)任感．

因此，本節(jié)內(nèi)容的三維目標(biāo)設(shè)置如下.

“知識與技能”方面：通過對圓周運動實例的分析，歸納總結(jié)物體做圓周運動的條件，理解向心力的概念；歸納影響向心力大小的相關(guān)因素，理解向心力公式的確切含義；知道向心加速度的概念，并能用公式計算向心加速度的大小．

“過程與方法”方面：通過學(xué)生活動“感受向心力”的體驗式研究，以及對物理現(xiàn)象的觀察、體驗、分析和歸納，體會物體做圓周運動的條件以及向心力的大小與哪些因素有關(guān)；通過對向心力大小決定因素的研究，提高學(xué)生的科學(xué)探究能力，體會物理研究的重要方法——控制變量法；通過圓周運動的實例分析，增強學(xué)生將物理知識應(yīng)用于生活和生產(chǎn)的意識.

“情感態(tài)度與價值觀”方面：通過親身的探究活動，使學(xué)生獲得成功的樂趣，培養(yǎng)學(xué)生參與物理活動的興趣；培養(yǎng)學(xué)生對科學(xué)的求知欲，樂于參與觀察，敢于實驗，體會實驗在探索物理規(guī)律中的作用和方法；培養(yǎng)學(xué)生實事求是、尊重客觀規(guī)律的科學(xué)態(tài)度，培養(yǎng)學(xué)生在實驗中嚴(yán)謹(jǐn)、細致、耐心的態(tài)度．

1.3 教學(xué)重點得以突出教學(xué)難點得以突破

向心力概念的建立是本節(jié)的重點內(nèi)容之一．為此，筆者通過對月球繞地球運動、旋轉(zhuǎn)秋千、繩拉小球在光滑的水平桌面上勻速轉(zhuǎn)動、光滑玻璃球沿碗(透明)的內(nèi)壁在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動、水平轉(zhuǎn)臺上的物體隨轉(zhuǎn)臺一起做勻速圓周運動等實例的分析，總結(jié)歸納出向心力是做圓周運動的物體受到的指向圓心方向上的合力．

探究影響向心力大小的因素、推導(dǎo)向心力的計算公式是本節(jié)的又一個重點內(nèi)容．

首先，讓學(xué)生通過實驗感受：物體做勻速圓周運動所需向心力的大小與物體的質(zhì)量、角速度大小和運動半徑有關(guān)．引導(dǎo)學(xué)生的思考： 怎樣研究一個物理量和諸多物理量的關(guān)系？啟發(fā)學(xué)生運用控制變量法．

其次，讓學(xué)生利用向心力演示儀通過分組實驗探究向心力與物體的質(zhì)量m，運動的半徑R和角速度ω的關(guān)系， 并得出相應(yīng)的實驗結(jié)果.

(1)探究向心力與質(zhì)量之間的關(guān)系[圖1]

圖1

用質(zhì)量比為2∶1的鋼球和鋁球，使他們運動的半徑R和角速度ω均相同，觀察露出的紅白相間方格數(shù)比值為2∶1，即兩球所受向心力的比值為2∶1，因此F與m成正比.

(2)探究向心力與角速度之間的關(guān)系[圖2]

圖2

用質(zhì)量相同的兩個鋼球，使他們運動的半徑R相同，角速度ω的比值為1∶2，觀察露出的紅白相間方格數(shù)比值為1∶4 ，即兩球所受向心力的比值為1∶4，因此F與ω2成正比.

(3)探究向心力與半徑之間的關(guān)系[圖3]

圖3

用質(zhì)量相同的兩個鋼球，使他們運動的角速度ω相同，運動半徑R的比值為2∶1，觀察露出的紅白相間方格數(shù)比值為2∶1 ，即兩球所受向心力的比值為2∶1，因此F與R成正比.

最后，在學(xué)生思考、研究討論的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生得出結(jié)論：物體做勻速圓周運動需要的向心力與物體的質(zhì)量成正比，與半徑成正比，與角速度的二次方成正比，即

F=mRω2

由于v=Rω，可得

并討論交流：為什么在向心力大小的兩種表達式中，一個式子中向心力的大小與半徑成正比，而另一個式子中向心力的大小卻與半徑成反比？它們相互矛盾嗎？

向心力是一個比較抽象的概念，主要是因為向心力是按效果來命名的力，與之前所學(xué)重力、彈力等按性質(zhì)來命名的力不同．任何一個力或者某一個力的分力或者某幾個力的合力都可以提供向心力，這樣的例子很多，而且實例分析往往各不相同，這對學(xué)生來說是比較難理解的．所以，向心力概念的得出以及向心力的來源被確定為本節(jié)課的難點．

為了突破這個難點，筆者在總結(jié)分析有關(guān)圓周運動實例的基礎(chǔ)之上用一句話歸納出尋找向心力來源的靈丹妙藥，即“一切外力沿半徑方向分力的合力”．這句話為如何尋找實際問題中的向心力打開了方便之門．告訴了我們尋找向心力來源的基本步驟.首先，對物體進行受力分析尋找一切外力；其次，找準(zhǔn)物體做圓周運動的軌道平面，確定物體做圓周運動的半徑方向和大??；第三，將物體所受的所有外力沿半徑方向和垂直于半徑方向分解；第四，將所有外力沿半徑方向的分力進行矢量運算求出合力，即為向心力．

1.4 課堂導(dǎo)入經(jīng)過反復(fù)思考和設(shè)計實現(xiàn)了課堂引入的多重功能

(1)聯(lián)系生活實際能吸引學(xué)生學(xué)習(xí)興趣．用在公園里常見的游戲設(shè)施“旋轉(zhuǎn)秋千”視頻來導(dǎo)入，非常貼近學(xué)生的實際生活，拉近學(xué)生與所研究物理問題距離，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情．

(2)通過復(fù)習(xí)前一節(jié)課的難點內(nèi)容“勻速圓周運動是速度大小不變，方向時刻改變的變速運動”，同時提出更深刻的問題“勻速圓周運動的速度方向為什么會改變，是什么力使物體不停的改變運動的方向？”這樣就使學(xué)生在復(fù)習(xí)上節(jié)課難點內(nèi)容的同時，使前后兩節(jié)內(nèi)容形成了有機的聯(lián)系，便于學(xué)生形成知識系統(tǒng)．

(3)導(dǎo)入提出的問題有深度，讓學(xué)生帶著問題聽課，從而形成一種探究式教學(xué)的整體氛圍．本節(jié)課的內(nèi)容實際上就是圍繞著“向心力”展開的，所以在導(dǎo)入中形成對向心力的探究氛圍十分的重要．而且向心力概念得出后教師特意與導(dǎo)入呼應(yīng)，使學(xué)生對勻速圓周運動向心力的作用理解更加深刻了．

1.5 注重師生交流

本節(jié)課的又一成功之處在于，注重了師生交流，強調(diào)形成積極主動的學(xué)習(xí)態(tài)度，建立了良好的師生關(guān)系，引導(dǎo)學(xué)生參與教學(xué)，體現(xiàn)了教師的主導(dǎo)和學(xué)生的主體作用．在上課過程中，筆者每一次提出問題后都會給學(xué)生引導(dǎo)、講解并給學(xué)生留出一定的思考時間，體現(xiàn)了學(xué)生的主體作用．學(xué)生回答完問題以后筆者會真誠地贊揚、鼓勵學(xué)生，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性．

在利用向心力演示儀進行探究實驗的時候，請同學(xué)親自動手操作實驗，極大地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)了學(xué)生的動手操作能力．學(xué)生在操作過程中筆者及時提醒和輔助學(xué)生完成實驗，體現(xiàn)了教師與學(xué)生的交流和合作.實驗結(jié)束筆者對學(xué)生表示了由衷的感謝，體現(xiàn)了教師對學(xué)生尊重，從而建立了良好的師生關(guān)系，為今后良好教學(xué)秩序的建立墊定了基礎(chǔ)．

1.6 注重學(xué)生學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變

筆者非常重視學(xué)生學(xué)習(xí)方式的變革，實現(xiàn)了學(xué)生的主動學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)和探究學(xué)習(xí)．在這節(jié)課上課前筆者就把自己設(shè)計的一體化學(xué)案發(fā)給了學(xué)生，讓學(xué)生在課前的復(fù)習(xí)提問并自行更正答案，這樣節(jié)省了上課時間，實現(xiàn)學(xué)生的主動學(xué)習(xí)．在上課過程中主動學(xué)習(xí)的理念貫穿始終，很多時候都是在學(xué)生自主得出結(jié)論后才給予一定的指導(dǎo)．

筆者在上課前就將學(xué)生分成組，每組一套學(xué)生實驗用小球，在上課過程中多次指導(dǎo)學(xué)生相互討論，共同完成學(xué)習(xí)任務(wù)，切實體現(xiàn)了合作學(xué)習(xí)的優(yōu)勢．探究實驗教學(xué)是本節(jié)課所采用的主要教學(xué)模式，從向心力概念的得出，到猜測影響向心力大小的因素，再到最后的用向心力演示儀定量地研究向心力F和m，r，ω三個物理量的關(guān)系，都是按照先實驗再猜測最后再驗證的思維流程進行實驗探究，培養(yǎng)了學(xué)生的探究能力．在探究過程中對“控制變量法”的科學(xué)研究方法的總結(jié)與深化，在科學(xué)方法論方面給予了學(xué)生啟迪．

2 本節(jié)課的不足之處

本節(jié)課雖然取得了很多成功，但也存在著諸多不足，有待進一步改進．譬如，在學(xué)生實驗探究的過程中，總擔(dān)心學(xué)生會耗費太多的時間影響教學(xué)進度，因此在實驗條件上給學(xué)生較多的限制，影響了學(xué)生的自由發(fā)揮．在對教學(xué)各環(huán)節(jié)的時間掌握上還需加強，特別是重、難點內(nèi)容的時間比例安排上還有待研究，避免出現(xiàn)前松后緊的情況．

總之，如何最大限度地提高課堂教學(xué)效率是教師研究的永恒話題．在今后的教學(xué)工作中筆者還要不斷進取，虛心學(xué)習(xí)，努力提高自己的教學(xué)水平．