關(guān)于雙層齒輪組模型圓周運(yùn)動問題分析的物理教學(xué)思考

高旭東

摘要：雙層齒輪組蘊(yùn)含的圓周運(yùn)動機(jī)理簡單巧妙，主要在于利用各個雙層齒輪大小半徑之間半徑差的樓梯式疊加實現(xiàn)轉(zhuǎn)速的指數(shù)式增速，且第一個齒輪的微微轉(zhuǎn)動很可能會導(dǎo)致最后一個齒輪的極速轉(zhuǎn)動?；谄錁?gòu)造的簡單性與應(yīng)用的巧妙性，在圓周運(yùn)動的物理教學(xué)中利用雙層齒輪組模型的內(nèi)在連鎖運(yùn)動機(jī)理講解圓周運(yùn)動方面的知識能收到良好的課堂效果。

關(guān)鍵詞：雙層齒輪組;圓周運(yùn)動;物理教學(xué)

雙層齒輪組的機(jī)械構(gòu)件不僅在許多流水線大機(jī)器生產(chǎn)的機(jī)械運(yùn)作中起著提高生產(chǎn)效率的作用，而且能為許多諸如電風(fēng)扇之類的轉(zhuǎn)動電器以及玩具的設(shè)計帶來有價值的技術(shù)參考。

上述作為與雙層齒輪組模型有關(guān)的現(xiàn)實情境是圓周運(yùn)動課堂中的有價值的情境引入材料來源，能激發(fā)學(xué)生的探索興趣，有利于圓周運(yùn)動物理教 學(xué)的有效展開。

一、雙層齒輪組模型背后的圓周運(yùn)動原理分析

二、雙層齒輪組模型在圓周運(yùn)動物理教學(xué)中的應(yīng)用

（一）通過情境引入打開課堂

雖然雙層齒輪組模型本身所蘊(yùn)含的科技含量不是很高，但是其內(nèi)在的轉(zhuǎn)速指數(shù)式增加的原理十分巧妙。手搖風(fēng)扇正是用到了這方面的原理，才會有通過輕輕轉(zhuǎn)動手柄以實現(xiàn)扇葉的極速轉(zhuǎn)動的功效。由于關(guān)于圓周運(yùn)動方面的物理教學(xué)一般是在高一下冊進(jìn)行的，且那時離夏天不遠(yuǎn)，于是教師可以以學(xué)生很可能感興趣的手搖風(fēng)扇玩具為例，通過講解其內(nèi)在的雙層齒輪組的運(yùn)作機(jī)理來間接地講解圓周運(yùn)動，能實現(xiàn)更好的新課引入的教學(xué)效果。

在正式講授圓周運(yùn)動方面的物理概念時，教師可以先將買好的如圖所示的手搖風(fēng)扇玩具展示給學(xué)生看，且展示該手搖風(fēng)扇的使用方式及制冷功效（可以讓某個學(xué)生試用一下），以通過引起學(xué)生的直接注意間接引起學(xué)生對接下來所學(xué)內(nèi)容的直接興趣。揭示手搖風(fēng)扇背后的雙層齒輪組的圓周運(yùn)動原理，然后畫出如圖 2所示的連鎖雙層齒輪圖展開圓周運(yùn)動方面的探究教學(xué)。

（二）以問題為導(dǎo)向引導(dǎo)學(xué)生更好地參與課堂

（1-2）和（1-3）分別為雙層齒輪組最后一個雙層齒輪的最終推導(dǎo)公式（不考慮齒輪之間滑脫的情況以及串接齒輪的細(xì)桿與齒輪間的摩擦力作用），教師可以將這方面公式的推導(dǎo)作為圓周運(yùn)動教學(xué)過程的“終極目標(biāo)”，引導(dǎo)學(xué)生帶著問題與目標(biāo)高效地參與到課堂中來。畫好如圖 2所示的連鎖雙層齒輪組之后，教師可以在其下面批注（1-2）式和（1-3）式，解釋公式的基本含義，將對于其推導(dǎo)過程的理解和梳理作為課堂后期的任務(wù)。

在引導(dǎo)學(xué)生推導(dǎo)這兩個公式之前，教師可通過常規(guī)的科學(xué)探究的教學(xué)手段先讓學(xué)生熟練掌握跟圓周運(yùn)動有關(guān)的基本物理概念，然后引導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)知識通過自主探究及合作探究共同推導(dǎo)這兩個公式，最后教師展示 PPT中的關(guān)于這兩個公式的實際推導(dǎo)過程，通過師生間的互動討論驗證學(xué)生推導(dǎo)的科學(xué)性，并且通過講解幫助學(xué)生更好地鞏固所學(xué)知識。

三、結(jié)語

雙層齒輪組模型的簡單巧妙性決定了其對于機(jī)械運(yùn)動器具制造的實用性，且在手搖風(fēng)扇這類玩具中有所涉及。在課堂中以手搖風(fēng)扇的使用為例實現(xiàn)情境引入有助于學(xué)生帶著直接興趣融入物理課堂，且以雙層齒輪組的運(yùn)動公式推導(dǎo)作為后期的學(xué)習(xí)目標(biāo)有助于學(xué)生帶著間接興趣參與課堂，有助于學(xué)生鞏固圓周運(yùn)動方面的物理知識。直接興趣與間接興趣的雙向激發(fā)有助于全面激發(fā)學(xué)生的積極性，以此提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率以及教師的教學(xué)效率。

參考文獻(xiàn)：

[1]王協(xié)芬 .淺談創(chuàng)新物理教學(xué) [J].衛(wèi)星電視與寬帶多媒體，2017（22）.