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        《竖直平面内的圆周运动之杆模型》张帆

        设计思想

        本教学设计以新课程的三维目标为依据,重视学生的学习过程,体现“以学生为主体,以教师为主导”的新型师生关系,强化情感、态度与价值观的教育,发展学生的科学素养。力图在教学中营造活跃、宽松的学习氛围,鼓励学生合作探究,为学生与学生、教师与学生的交流与合作创设更多的机会,也为教学活动中的“生成”搭建舞台。其设计特色有二,其一,密切联系和关注时代的发展和社会的进步(火车提速);其二,创造性地利用现代化仪器和设备进行实验为教学服务,突破教学难点。

        教材分析

        《课程标准》要求学生能用牛顿第二定律分析匀速圆周运动的向心力。这就要求学生首先要知道什么是向心力,明确向心力与向心加速度的关系,然后应用牛顿第二定律布列方程。本课内容是圆周运动有关知识的综合应用,是牛顿第二定律的重要应用之一,学习它有助于了解物理学的特点和研究方法,体会物理学在生活中的应用以及对社会发展的影响,同时也为后续知识的学习打下基础。这节内容安排1课时。

        学情分析

        在学习本节内容之前,学生已学习了描述圆周运动的运动学量(如线速度、角速度、向心加速度等)和向心力;并已知道对于一般的曲线运动,尽管这时曲线各个地方的弯曲程度不一样,但在研究时只要取足够短的一小段,就可以采用圆周运动的分析方法进行处理;但学生对向心力的理解还不够透彻,存在一些错误的前概念,例如部分学生错误地理解为因为圆周运动而产生了向心力。

        处于高一阶段的学生,其思维习惯中形象思维占的比例还比较大,逻辑思维的能力有待进一步的开发和提高;对于物理学科特定的研究方法和分析方法已有了一定的了解,但还不是非常的熟练,有待进一步地培养。

        【教学目标】

        1.知识与技能:

        (1)回忆轻杆弹力方向的特点,归纳推理杆球模型最高点小球的受力情况;

        (2)总结并正确阐述杆球模型最高点弹力方向与速度之间的关系;

        (3)尝试总结拱桥、绳球模型最高点、杆球模型最高点的动力学特征。

        2.过程与方法:

        (1)经历杆球模型的临界问题的实例分析,提高分析、解决问题能力,发展交流与合作能力;

        (2)通过归纳总结杆球模型临界问题,尝试运用物理原理和研究方法解决一些与生产和生活相关的实际问题;

        3.情感态度价值观:

        (1)通过深挖掘现实生活中易忽视的细节,发展学习兴趣;

        (2)假设自己是工程师,亲身体验利用物理知识解决现实问题所带来的愉悦感;

        (3)发展将物理知识应用于生活和生产实践的意识,以及勇于探究与日常生活有关的物理学问题的精神。

        教学重点】

        杆球模型最高点的临界问题分析

        教学难点】

        分析具体问题中向心力的来源;

        用牛顿第二定律列方程。

        【教学过程】

        引入课题 :

        师:大家回忆一下圆周运动的基本公式

        生: ……

        师:大家还记得火车转弯和拱形桥吗?

        生: ……

        师:大家还记得咱们绳模型,还记得在最高点的临界条件吗?

        生: ……

        师:生活中在竖直面内的圆周运动是多种多样的,大家还能继续举一些例子吗?

        生1:摩天轮;

        生2:把绳球的绳子换成轻质杆吧;

        ……

        师:对学生的提问,教师首先要肯定其勇气,并告诉学生他们所提的问题多数会在这堂课中得到解决,这堂课将深入分析竖直面内圆周运动的杆球模型,解决圆周运动问题的关键是分析向心力的来源,应用的规律仍然是牛顿第二定律,与前面所学的知识大同小异。
        ????点评:传统教学中常见的是老师问、学生答,学生处于被动的地位。而现在推行的新课程强调以学生为主体,因此我们要把提问权还给学生。?“提出问题往往比解决问题更重要”,善于提出问题或发现问题是学生自主学习与主动探求知识的生动表现。在质疑状态下的学生取之所需,求知欲强,学生主动地参与到学习中去,学习兴趣高,学习效率高。

        实例1——对杆球模型最低点和最高点的分析

        师:首先我们来回忆一下杆对物体的力的方向。

        生1:沿着杆

        生2:活杆沿着杆

        生3:死杆可以不沿着杆

        师:好的,非常好,那么让我们一起来看一下杆球模型最低点的分析。

        生:观察和思考

        师:当小球在最低点A的速度为v1时,杆对球的力与速度的关系怎样?是拉力还是支持力?

        生:汽车受到的力有重力、拉力的作用,合力竖直向上。向心力由合力提供(教师在ppt上用对学生的回答进行分析和展示)。

        师:那么合力提供向心力的方程如何得出?(即动力学方程)

        生:动力学方程为

        ,是拉力;

        师:当小球在最高点B的速度为v2时,杆对球的力与速度的关系怎样?是拉力还是支持力?

        生:动力学方程

        ,此时受到杆的拉力;

        ,此时受到杆的支持力。

        师:接下来我们思考一下最高点的最小速度是多少?

        生:最小速度v=0,此时mg=F3。

        师:总结一下,在最高点时,杆对球何时表现为拉力?何时表现为支持力?试求其临界速度。

        生:讨论和交流后得到:F=0,

        (临界状态); 当v<v0,杆对球有向上的支持力:

        当v>v0,杆对球有向下的拉力:

        最小速度v=0,此时mg=F3。

        师:你会判断了吗?

        实例2——对管型轨道最低点和最高点的分析

        师:掌握了杆球模型,我们看一个拓展,管型轨道。我们来思考一下,管型轨道的分析和杆球模型有没有相似的情况呢,如果不相同,该如何分析?

        生1:应该不太一样吧

        生2:我觉得一样

        师:好的,咱们的想出现了分歧,那么让我们先一起来看一下管型轨道最低点的分析。

        生:观察和思考

        师:小球运动到最低点时,受力与速度的关系如何?方向有如何?

        生:汽车受到的力有重力、竖直向上的支持力的作用,合力竖直向上。向心力由合力提供(教师在ppt上用对学生的回答进行分析和展示)。

        师:那么合力提供向心力的方程如何得出?(即动力学方程)

        生:动力学方程为

        ,是支持力。

        师:小球运动到最高点时,受力与速度的关系如何?

        生:动力学方程

        ,此时小球受到轨道外壁对它竖直向下的压力;

        ,此时小球受到轨道内壁对它竖直向上的支持力。

        师:接下来我们思考一下最高点的最小速度是多少?

        生:最小速度v=0,此时mg=F3。

        师:思考:在最高点时,何时外管壁对小球有压力,何时内管壁对小球有支持力?什么时候内外管壁都没有力的作用?

        生:讨论和交流后得到:F=0,

        (临界状态); 当v<v0,内壁对球有向上的支持力:

        当v>v0,外壁对球有向下的压力:

        最小速度v=0,此时mg=F3。

        师:你会判断了吗?

        课堂小结

        师:通过这堂课的学习,你学到了什么?(鼓励学生发言并辅以适当的引导和提示)

        生:踊跃发言。

        师:肯定学生的发言,并在学生发言的基础上,进一步明确本堂课的主要知识和方法。

        作业布置

        课后习题,要求:按照课上例题的解题步骤,正确运用牛顿第二定律列方程并进行解答。

        【板书设计】[来源:学|科|网]

        【问题研讨】

        如何实现课堂教学的有效互动

        我国的中学教学长期以来普遍采用传授式的课堂教学模式,并以讲解基础知识和训练基本技能为其主要特征,忽视对学习过程和实践能力的研究、培养。我认为,深化教学改革就应打破以讲授、灌输为主的教学套路,在教学活动中,既要强调学生的主体性和师生的互动作用,又要看到探究是它的重要特征,只有开展探究性学习才能真正调动学生的学习积极性,才能充分发挥师生的双向互动作用,让学生自主地完成知识建构,获得知识、能力、品德上的全面发展。现代教学理论认为,即使是在空中课堂在教学过程中,教师也不再是知识的提供者,而是一个“协助者”,要为学生创设良好的学习环境,设置恰当的问题情境,诱发学生在认知上冲突,引导学生通过自主活动去建构起自己新的认知结构,从而扎实地培养学生的创新精神和实践能力。

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