《豎直平面內的圓周運動之桿模型》張帆

【設計思想】

本教學設計以新課程的三維目標為依據，重視學生的學習過程，體現“以學生為主體，以教師為主導”的新型師生關系，強化情感、態度與價值觀的教育，發展學生的科學素養。力圖在教學中營造活躍、寬松的學習氛圍，鼓勵學生合作探究，為學生與學生、教師與學生的交流與合作創設更多的機會，也為教學活動中的“生成”搭建舞臺。其設計特色有二，其一，密切聯系和關注時代的發展和社會的進步（火車提速）；其二，創造性地利用現代化儀器和設備進行實驗為教學服務，突破教學難點。

【教材分析】

《課程標準》要求學生能用牛頓第二定律分析勻速圓周運動的向心力。這就要求學生首先要知道什么是向心力，明確向心力與向心加速度的關系，然后應用牛頓第二定律布列方程。本課內容是圓周運動有關知識的綜合應用，是牛頓第二定律的重要應用之一，學習它有助于了解物理學的特點和研究方法，體會物理學在生活中的應用以及對社會發展的影響，同時也為后續知識的學習打下基礎。這節內容安排1課時。

【學情分析】

在學習本節內容之前，學生已學習了描述圓周運動的運動學量（如線速度、角速度、向心加速度等）和向心力；并已知道對于一般的曲線運動，盡管這時曲線各個地方的彎曲程度不一樣，但在研究時只要取足夠短的一小段，就可以采用圓周運動的分析方法進行處理；但學生對向心力的理解還不夠透徹，存在一些錯誤的前概念，例如部分學生錯誤地理解為因為圓周運動而產生了向心力。

處于高一階段的學生，其思維習慣中形象思維占的比例還比較大，邏輯思維的能力有待進一步的開發和提高；對于物理學科特定的研究方法和分析方法已有了一定的了解，但還不是非常的熟練，有待進一步地培養。

【教學目標】

1.知識與技能：

（1）回憶輕桿彈力方向的特點，歸納推理桿球模型最高點小球的受力情況；

（2）總結并正確闡述桿球模型最高點彈力方向與速度之間的關系；

（3）嘗試總結拱橋、繩球模型最高點、桿球模型最高點的動力學特征。

2.過程與方法：

（1）經歷桿球模型的臨界問題的實例分析，提高分析、解決問題能力，發展交流與合作能力；

（2）通過歸納總結桿球模型臨界問題，嘗試運用物理原理和研究方法解決一些與生產和生活相關的實際問題；

3.情感態度價值觀：

（1）通過深挖掘現實生活中易忽視的細節，發展學習興趣；

（2）假設自己是工程師，親身體驗利用物理知識解決現實問題所帶來的愉悅感；

（3）發展將物理知識應用于生活和生產實踐的意識，以及勇于探究與日常生活有關的物理學問題的精神。

【教學重點】

桿球模型最高點的臨界問題分析

【教學難點】

分析具體問題中向心力的來源；

用牛頓第二定律列方程。

【教學過程】

引入課題 ：

師：大家回憶一下圓周運動的基本公式

生： ……

師：大家還記得火車轉彎和拱形橋嗎?

生： ……

師：大家還記得咱們繩模型，還記得在最高點的臨界條件嗎？

生： ……

師：生活中在豎直面內的圓周運動是多種多樣的，大家還能繼續舉一些例子嗎？

生1：摩天輪；

生2：把繩球的繩子換成輕質桿吧；

……

師：對學生的提問，教師首先要肯定其勇氣，并告訴學生他們所提的問題多數會在這堂課中得到解決，這堂課將深入分析豎直面內圓周運動的桿球模型，解決圓周運動問題的關鍵是分析向心力的來源，應用的規律仍然是牛頓第二定律，與前面所學的知識大同小異。
????點評：傳統教學中常見的是老師問、學生答，學生處于被動的地位。而現在推行的新課程強調以學生為主體，因此我們要把提問權還給學生。?“提出問題往往比解決問題更重要”，善于提出問題或發現問題是學生自主學習與主動探求知識的生動表現。在質疑狀態下的學生取之所需，求知欲強，學生主動地參與到學習中去，學習興趣高，學習效率高。

實例1——對桿球模型最低點和最高點的分析

師：首先我們來回憶一下桿對物體的力的方向。

生1：沿著桿

生2：活桿沿著桿

生3：死桿可以不沿著桿

師：好的，非常好，那么讓我們一起來看一下桿球模型最低點的分析。

生：觀察和思考

師：當小球在最低點A的速度為v1時，桿對球的力與速度的關系怎樣？是拉力還是支持力？

生：汽車受到的力有重力、拉力的作用，合力豎直向上。向心力由合力提供（教師在ppt上用對學生的回答進行分析和展示）。

師：那么合力提供向心力的方程如何得出？（即動力學方程）

生：動力學方程為

，是拉力；

師：當小球在最高點B的速度為v2時，桿對球的力與速度的關系怎樣？是拉力還是支持力？

生：動力學方程

，此時受到桿的拉力；

，此時受到桿的支持力。

師：接下來我們思考一下最高點的最小速度是多少?

生：最小速度v=0，此時mg=F3。

師：總結一下，在最高點時，桿對球何時表現為拉力？何時表現為支持力？試求其臨界速度。

生：討論和交流后得到：F=0，

(臨界狀態）; 當v<v0，桿對球有向上的支持力：

當v>v0，桿對球有向下的拉力：

最小速度v=0，此時mg=F3。

師：你會判斷了嗎？

實例２——對管型軌道最低點和最高點的分析

師：掌握了桿球模型，我們看一個拓展，管型軌道。我們來思考一下，管型軌道的分析和桿球模型有沒有相似的情況呢，如果不相同，該如何分析？

生1：應該不太一樣吧

生2：我覺得一樣

師：好的，咱們的想出現了分歧，那么讓我們先一起來看一下管型軌道最低點的分析。

生：觀察和思考

師：小球運動到最低點時，受力與速度的關系如何？方向有如何？

生：汽車受到的力有重力、豎直向上的支持力的作用，合力豎直向上。向心力由合力提供（教師在ppt上用對學生的回答進行分析和展示）。

師：那么合力提供向心力的方程如何得出？（即動力學方程）

生：動力學方程為

，是支持力。

師：小球運動到最高點時，受力與速度的關系如何？

生：動力學方程

，此時小球受到軌道外壁對它豎直向下的壓力；

，此時小球受到軌道內壁對它豎直向上的支持力。

師：接下來我們思考一下最高點的最小速度是多少?

生：最小速度v=0，此時mg=F3。

師：思考：在最高點時，何時外管壁對小球有壓力，何時內管壁對小球有支持力?什么時候內外管壁都沒有力的作用？

生：討論和交流后得到：F=0，

(臨界狀態）; 當v<v0，內壁對球有向上的支持力：

當v>v0，外壁對球有向下的壓力：

最小速度v=0，此時mg=F3。

師：你會判斷了嗎？

課堂小結

師：通過這堂課的學習，你學到了什么？（鼓勵學生發言并輔以適當的引導和提示）

生：踴躍發言。

師：肯定學生的發言，并在學生發言的基礎上，進一步明確本堂課的主要知識和方法。

作業布置

課后習題，要求：按照課上例題的解題步驟，正確運用牛頓第二定律列方程并進行解答。

【板書設計】[來源:學|科|網]

【問題研討】

如何實現課堂教學的有效互動

我國的中學教學長期以來普遍采用傳授式的課堂教學模式，并以講解基礎知識和訓練基本技能為其主要特征，忽視對學習過程和實踐能力的研究、培養。我認為，深化教學改革就應打破以講授、灌輸為主的教學套路，在教學活動中，既要強調學生的主體性和師生的互動作用，又要看到探究是它的重要特征，只有開展探究性學習才能真正調動學生的學習積極性，才能充分發揮師生的雙向互動作用，讓學生自主地完成知識建構，獲得知識、能力、品德上的全面發展?，F代教學理論認為，即使是在空中課堂在教學過程中，教師也不再是知識的提供者，而是一個“協助者”，要為學生創設良好的學習環境，設置恰當的問題情境，誘發學生在認知上沖突，引導學生通過自主活動去建構起自己新的認知結構，從而扎實地培養學生的創新精神和實踐能力。