戴邦利

(永昌縣第一高級(jí)中學(xué) 甘肅 金昌 737200)

人教版高中物理新課程《物理·必修2》第五章“曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)”中，圓周運(yùn)動(dòng)的內(nèi)容安排在曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)之后，這樣安排合乎認(rèn)識(shí)的一般規(guī)律，也便于學(xué)生用理論指導(dǎo)實(shí)踐.但教材是按圓周運(yùn)動(dòng)—向心加速度—向心力—生活中的圓周運(yùn)動(dòng)這樣的順序編排的，只是在向心力一節(jié)的最后才專(zhuān)門(mén)提到變速圓周運(yùn)動(dòng)和一般曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題.

根據(jù)筆者的教學(xué)實(shí)踐，這種編排順序不利于學(xué)生通過(guò)探究方式達(dá)到認(rèn)知目的，應(yīng)該把“圓周運(yùn)動(dòng)和一般曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)”單獨(dú)作為一節(jié)放在平拋運(yùn)動(dòng)之后，讓學(xué)生充分利用已有知識(shí)去分析和探究，從曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)到圓周運(yùn)動(dòng)，便于發(fā)揮學(xué)生的主體作用，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，加強(qiáng)內(nèi)容的銜接性，最后自然而然過(guò)渡到勻速圓周運(yùn)動(dòng)上來(lái)，進(jìn)一步再研究勻速圓周運(yùn)動(dòng)的定義、性質(zhì)、特點(diǎn)和規(guī)律.現(xiàn)將筆者的做法、體會(huì)闡述如下，與各位同仁交流和共享.

1 設(shè)計(jì)問(wèn)題 復(fù)習(xí)回顧

根據(jù)學(xué)生已有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，首先，精心設(shè)計(jì)這樣幾個(gè)問(wèn)題讓學(xué)生復(fù)習(xí)回顧，學(xué)生在解決問(wèn)題后自然就會(huì)進(jìn)入本節(jié)課的學(xué)習(xí)內(nèi)容.

(1)力的作用效果除了能使物體發(fā)生形變還有什么？

(2)什么是物體產(chǎn)生加速度的原因？

(3)加速度的物理意義是什么？

(4)物體做曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的條件是什么？

(5)做曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的物體在什么情況下做加速運(yùn)動(dòng)，在什么情況下做減速運(yùn)動(dòng)？

(6)做圓周運(yùn)動(dòng)的物體在怎樣的條件下速度大小不變？

根據(jù)學(xué)生對(duì)以上問(wèn)題的回答可知，力可以改變物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，也就是改變物體速度的原因.速度改變必然有加速度，根據(jù)牛頓第二定律可知力是物體產(chǎn)生加速度的原因.因?yàn)樽銮€(xiàn)運(yùn)動(dòng)的物體的速度方向總是在不斷改變，因此，做曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的物體加速度一定不為零，物體所受合外力一定不等于零.

2 原因分析

物體做曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的條

圖1

件是合外力與速度不在一條直線(xiàn)上.如圖1所示，我們?cè)O(shè)F合與速度v的夾角為θ，將F合分解到沿速度v方向的分力F1和垂直速度v方向的分力F2,則

F1=F合cosθF2=F合sinθ

根據(jù)牛頓第二定律和力的獨(dú)立作用性原理可知，切向合外力只產(chǎn)生切向加速度，法向合外力只產(chǎn)生法向加速度.因而切向合外力為

Fτ=F合cosθ=maτ

切向加速度

法向合外力

Fn=F合sinθ=man

法向加速度

根據(jù)做曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的物體加速和減速的條件可知,在0°<θ<90°時(shí)，aτ和v同向，物體做加速曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)；在90°<θ<180°時(shí)，aτ和v反向，物體做減速曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng).切向合外力Fτ的作用就是改變線(xiàn)速度v大小的原因，切向加速度aτ的大小只反映線(xiàn)速度v大小變化的快慢.法向合外力Fn的作用只是改變線(xiàn)速度v方向的原因，法向加速度an的大小只反映線(xiàn)速度v方向變化的快慢.

通過(guò)分析不難發(fā)現(xiàn)，合外力與速度不在一條直線(xiàn)上且?jiàn)A角θ≠90°時(shí)，物體做曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，此時(shí)F合的作用一方面要改變速度的大小，另一方面要改變速度的方向.當(dāng)θ=0°或θ=180°時(shí)，F(xiàn)合與速度v共線(xiàn)，物體做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，合外力的作用只改變速度的大小.此時(shí),加速度的大小僅僅反映了速度大小變化的快慢，學(xué)生很容易理解.當(dāng)物體做曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，速度的大小和方向都發(fā)生變化，根據(jù)牛頓第二定律求出的加速度，學(xué)生就很難理解此時(shí)加速度大小的物理意義了.

3 改進(jìn)策略

根據(jù)以上分析，這時(shí)如果采用上述的正交分解方法，分別求出切向和法向的加速度，加強(qiáng)思維的有序性，學(xué)生就會(huì)一目了然.同時(shí)，再引入圓周運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題，知識(shí)銜接緊密，學(xué)生思維自然，知識(shí)鋪墊到位，必然是水到渠成，更有利于促進(jìn)學(xué)生思維的有序發(fā)展.

具體做法如下：首先，讓學(xué)生知道圓周運(yùn)動(dòng)一定是曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng).讓學(xué)生思考，做圓周運(yùn)動(dòng)的物體如果合外力與速度不垂直時(shí)，速度如何變化？學(xué)生都能很快得出結(jié)論，要么速度越來(lái)越大，要么速度越來(lái)越小.最后總結(jié)得出這種速度大小發(fā)生變化的圓周運(yùn)動(dòng)叫非勻速圓周運(yùn)動(dòng)(變速圓周運(yùn)動(dòng)).如果合外力與速度的夾角θ=90°時(shí)，物體所受合外力無(wú)切向分力，切向加速度aτ=0，這時(shí)速度大小保持不變.物體所受的合外力全部用來(lái)改變速度的方向，不改變速度的大小，物體必然做勻速圓周運(yùn)動(dòng).

由此得出結(jié)論，只要物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，所受合外力一定指向圓心，把這個(gè)指向圓心的合外力叫向心力；物體所受合外力不指向圓心，一定做非勻速圓周運(yùn)動(dòng).當(dāng)學(xué)生真正知道什么樣的運(yùn)動(dòng)是勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，再去研究相關(guān)的描述圓周運(yùn)動(dòng)和勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物理量以及解決做勻速圓周運(yùn)動(dòng)物體的問(wèn)題才能得心應(yīng)手.

4 感受體會(huì)

對(duì)以上典型問(wèn)題的解決，使我們深刻感受到高中物理新課程的真正內(nèi)涵，教師、課程、學(xué)生等都是重要的課程資源.教師只有充分考慮學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)、發(fā)展要求等多種綜合因素，適當(dāng)?shù)卣{(diào)整教學(xué)內(nèi)容，合理選擇教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)和興趣，使教師、課程、學(xué)生和諧、有機(jī)地融為一體，才能取得最顯著的教學(xué)效果.教師根據(jù)教學(xué)實(shí)際靈活多樣地選擇有效教學(xué)策略是課程改革的靈魂，課程改革為教師的創(chuàng)造性魅力提供了寬闊的平臺(tái)！