《豎直平面內(nèi)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(jù)，重視學生的學習過程，體現(xiàn)“以學生為主體，以教師為主導”的新型師生關系，強化情感、態(tài)度與價值觀的教育，發(fā)展學生的科學素養(yǎng)。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(chuàng)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(lián)系和關注時代的發(fā)展和社會的進步（火車提速）；其二，創(chuàng)造性地利用現(xiàn)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(nèi)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(fā)展的影響，同時也為后續(xù)知識的學習打下基礎。這節(jié)內(nèi)容安排1課時。

【學情分析】

在學習本節(jié)內(nèi)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(chǎn)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(fā)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(yǎng)。

【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(jīng)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(fā)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(chǎn)和生活相關的實際問題；

3.情感態(tài)度價值觀：

（1）通過深挖掘現(xiàn)實生活中易忽視的細節(jié)，發(fā)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(xiàn)實問題所帶來的愉悅感；

（3）發(fā)展將物理知識應用于生活和生產(chǎn)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(nèi)的圓周運動是多種多樣的，大家還能繼續(xù)舉一些例子嗎？

生1：摩天輪；

生2：把繩球的繩子換成輕質(zhì)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(shù)會在這堂課中得到解決，這堂課將深入分析豎直面內(nèi)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(guī)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(tǒng)教學中常見的是老師問、學生答，學生處于被動的地位。而現(xiàn)在推行的新課程強調(diào)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(fā)現(xiàn)問題是學生自主學習與主動探求知識的生動表現(xiàn)。在質(zhì)疑狀態(tài)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(xiàn)為拉力？何時表現(xiàn)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(tài)）; 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(xiàn)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(nèi)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(nèi)管壁對小球有支持力?什么時候內(nèi)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(tài)）; 當v<v0，內(nèi)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(fā)言并輔以適當?shù)囊龑Ш吞崾荆?

生：踴躍發(fā)言。

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

作業(yè)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(wǎng)]

【問題研討】

如何實現(xiàn)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(yǎng)。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(diào)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(diào)動學生的學習積極性，才能充分發(fā)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(fā)展?，F(xiàn)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(xié)助者”，要為學生創(chuàng)設良好的學習環(huán)境，設置恰當?shù)膯栴}情境，誘發(fā)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(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和實踐能力。