江蘇省蘇州市青云實驗中學(xué)(215200)

周 鑫●

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生活中的圓周運動

江蘇省蘇州市青云實驗中學(xué)(215200)

周 鑫●

教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)的過程.當(dāng)今的課堂教學(xué)需要突出學(xué)生在學(xué)習(xí)中的主體地位，課堂就必須讓他們積極主動地參與學(xué)習(xí)過程，融于到真實的物理情景中去，在課堂上積極分析、探究，在實驗?zāi)M的過程中不斷提升技能.本文以“生活中的圓周運動”為例，來談?wù)勗鯓幼寣W(xué)生在課堂上敢于嘗試，勇于親歷科學(xué)探究的全過程，通過感悟歷練戰(zhàn)勝困難，享受解決物理問題的喜悅，循序漸進地揭示物理科學(xué)知識的奧秘.

圓周運動;生活;案例

通過運動員的體操表演，可以看到圓周運動是實際中的一種完美、和諧的一種運動形式.是怎樣的神秘力量操縱著運動員的身體，讓他們做出了這種完美、和諧的運動呢？讓我們一起去揭秘生活中的圓周運動的面紗吧.

一、感悟物理知識的生活案例，分析物理規(guī)律的奧秘所在

給出生活中的幾個常見的案例，讓學(xué)生去體驗向心力是怎樣產(chǎn)生的.

案例1：用一根粗線拉小物體在光滑桌面上做勻速圓周運動(讓學(xué)生課前準(zhǔn)備)；

案例2：讓學(xué)生想一想家庭的餐桌上的轉(zhuǎn)盤盤子、碗筷隨轉(zhuǎn)盤做勻速周圍運動的情況；

案例3：讓學(xué)生通過實驗器材做圓錐擺運動.

通過以上案例讓學(xué)生感悟向心力的產(chǎn)生原因，如案例1的向心力是粗線的拉力、案例2的向心力是轉(zhuǎn)盤對盤子、碗筷產(chǎn)生的摩擦力……它并不是一種新性質(zhì)的力，在這里就要去強調(diào)在做圓周運動的物體受力分析過程中額外加上一個向心力是錯誤的.

二、掌握物理概念的內(nèi)涵與外延，進一步探究生活中的新實例

通過以上三個案例，讓學(xué)生掌握向心力概念的內(nèi)涵與外延，認(rèn)識到它是做圓周運動的物體因受到外界給予的一個力或幾個力的合力體現(xiàn)出來的一種力，所以，分析做圓周運動的物體所受到的力，就能找出向心力.

1.行駛的火車轉(zhuǎn)彎時是做圓周運動的實例

讓學(xué)生探究在平直軌道上勻速行駛的火車受到哪些力的作用，它們有什么關(guān)系.

學(xué)生探究發(fā)現(xiàn)此時火車車輪受四個力：重力(G)、支持力(N)、牽引力(F)和摩擦力(f)，讓學(xué)生展示結(jié)果如下：

再觀察分析發(fā)現(xiàn)其中重力(G)和支持力(N) 是一對平衡力，牽引力(F)和摩擦力(f)是一對平衡力，這四個力的合力為零.

類似平直軌道上勻速行駛的火車的受力分析，火車勻速轉(zhuǎn)彎的狀態(tài)又是怎樣的呢？激發(fā)出學(xué)生探究的好奇心.

讓學(xué)生探究時一定要明確火車勻速直線運動時合外力為零，火車勻速轉(zhuǎn)彎時受向心力，合外力不為零.然后，學(xué)生自然提出了“火車轉(zhuǎn)彎時所需的向心力是如何產(chǎn)生的？”的質(zhì)疑，讓探究進入學(xué)生的視野.

在質(zhì)疑的引導(dǎo)下學(xué)生討論的激情高漲，有的學(xué)生聯(lián)想到了自己騎單車的轉(zhuǎn)彎的情況：因為火車轉(zhuǎn)彎做的是曲線運動，所以，所受合外力不為零，合外力提供火車轉(zhuǎn)彎所需的向心力(應(yīng)是指向圓心的)；通過以上受力分析，提供火車轉(zhuǎn)彎時所需向心力的是外側(cè)鐵軌和輪緣相互擠壓產(chǎn)生的彈力.

火車質(zhì)量很大，行駛的速度快，所以，所需向心力就很大，從而導(dǎo)致鐵軌和輪緣的損壞，怎樣才能避免這種后果的發(fā)生呢？學(xué)生又會提出新的質(zhì)疑.

課堂上學(xué)生再通過實物模型模擬在平面彎曲軌道上火車轉(zhuǎn)彎的情景進一步探究，最終得出發(fā)現(xiàn)：當(dāng)外軌高于內(nèi)軌時，鐵軌對火車的支持力不再是豎直向上，這種支持力和重力的合力可以提供向心力，學(xué)生展示分析如上圖，這樣，就減輕了火車對鐵軌外緣的擠壓.

2.行駛的火車轉(zhuǎn)彎時做圓周運動的理論分析

因為行駛的火車轉(zhuǎn)彎時支持力和重力的合力提供了向心力，鐵軌的內(nèi)、外軌均不受到側(cè)向擠壓的力.何時火車轉(zhuǎn)彎處于最佳狀況呢？這樣的質(zhì)疑學(xué)生就會油然而生，探究的欲望就會再次點燃.

首先根據(jù)上述分析，火車轉(zhuǎn)彎的向心力是火車受到的支持力和重力的合力，它水平指向圓心.

總之，通過轉(zhuǎn)彎問題的探究，用勻速圓周運動和力的分析揭示了物體曲線運動的真正內(nèi)涵.因為站在力的角度分析火車轉(zhuǎn)彎的特點，火車所受的合外力的方向一定在水平方向上向內(nèi).案例讓學(xué)生一定會明確物體除了重力外，至少還要受到一個其他的力，確保物體在做勻速圓周運動產(chǎn)生一個水平面的向心力.

[1]郝國勝.生活中的圓周運動[J].《中學(xué)生數(shù)理化:高一版》, 2008(1):55-57

[2]鄭康.ARCS動機模型在高中物理課堂中的應(yīng)用——以“生活中的圓周運動”為例[J].《中學(xué)物理教學(xué)參考》, 2016(12)

[3]楊亞芳.基于物理核心素養(yǎng)提升的教學(xué)設(shè)計——以“生活中的圓周運動”為例[J].《物理教學(xué)》, 2016(5):11-15

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