《豎直平面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)之桿模型》張帆

【設(shè)計(jì)思想】

本教學(xué)設(shè)計(jì)以新課程的三維目標(biāo)為依據(jù)，重視學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，體現(xiàn)“以學(xué)生為主體，以教師為主導(dǎo)”的新型師生關(guān)系，強(qiáng)化情感、態(tài)度與價(jià)值觀的教育，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。力圖在教學(xué)中營造活躍、寬松的學(xué)習(xí)氛圍，鼓勵(lì)學(xué)生合作探究，為學(xué)生與學(xué)生、教師與學(xué)生的交流與合作創(chuàng)設(shè)更多的機(jī)會(huì)，也為教學(xué)活動(dòng)中的“生成”搭建舞臺(tái)。其設(shè)計(jì)特色有二，其一，密切聯(lián)系和關(guān)注時(shí)代的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步（火車提速）；其二，創(chuàng)造性地利用現(xiàn)代化儀器和設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)為教學(xué)服務(wù)，突破教學(xué)難點(diǎn)。

【教材分析】

《課程標(biāo)準(zhǔn)》要求學(xué)生能用牛頓第二定律分析勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力。這就要求學(xué)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(guān)系，然后應(yīng)用牛頓第二定律布列方程。本課內(nèi)容是圓周運(yùn)動(dòng)有關(guān)知識(shí)的綜合應(yīng)用，是牛頓第二定律的重要應(yīng)用之一，學(xué)習(xí)它有助于了解物理學(xué)的特點(diǎn)和研究方法，體會(huì)物理學(xué)在生活中的應(yīng)用以及對社會(huì)發(fā)展的影響，同時(shí)也為后續(xù)知識(shí)的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。這節(jié)內(nèi)容安排1課時(shí)。

【學(xué)情分析】

在學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容之前，學(xué)生已學(xué)習(xí)了描述圓周運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)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(yùn)動(dòng)，盡管這時(shí)曲線各個(gè)地方的彎曲程度不一樣，但在研究時(shí)只要取足夠短的一小段，就可以采用圓周運(yùn)動(dòng)的分析方法進(jìn)行處理；但學(xué)生對向心力的理解還不夠透徹，存在一些錯(cuò)誤的前概念，例如部分學(xué)生錯(cuò)誤地理解為因?yàn)閳A周運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生了向心力。

處于高一階段的學(xué)生，其思維習(xí)慣中形象思維占的比例還比較大，邏輯思維的能力有待進(jìn)一步的開發(fā)和提高；對于物理學(xué)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(jìn)一步地培養(yǎng)。

【教學(xué)目標(biāo)】

1.知識(shí)與技能：

（1）回憶輕桿彈力方向的特點(diǎn)，歸納推理?xiàng)U球模型最高點(diǎn)小球的受力情況；

（2）總結(jié)并正確闡述桿球模型最高點(diǎn)彈力方向與速度之間的關(guān)系；

（3）嘗試總結(jié)拱橋、繩球模型最高點(diǎn)、桿球模型最高點(diǎn)的動(dòng)力學(xué)特征。

2.過程與方法：

（1）經(jīng)歷桿球模型的臨界問題的實(shí)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(jié)桿球模型臨界問題，嘗試運(yùn)用物理原理和研究方法解決一些與生產(chǎn)和生活相關(guān)的實(shí)際問題；

3.情感態(tài)度價(jià)值觀：

（1）通過深挖掘現(xiàn)實(shí)生活中易忽視的細(xì)節(jié)，發(fā)展學(xué)習(xí)興趣；

（2）假設(shè)自己是工程師，親身體驗(yàn)利用物理知識(shí)解決現(xiàn)實(shí)問題所帶來的愉悅感；

（3）發(fā)展將物理知識(shí)應(yīng)用于生活和生產(chǎn)實(shí)踐的意識(shí)，以及勇于探究與日常生活有關(guān)的物理學(xué)問題的精神。

【教學(xué)重點(diǎn)】

桿球模型最高點(diǎn)的臨界問題分析

【教學(xué)難點(diǎn)】

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(xué)過程】

引入課題 ：

師：大家回憶一下圓周運(yùn)動(dòng)的基本公式

生： ……

師：大家還記得火車轉(zhuǎn)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(diǎn)的臨界條件嗎？

生： ……

師：生活中在豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)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(xué)生的提問，教師首先要肯定其勇氣，并告訴學(xué)生他們所提的問題多數(shù)會(huì)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(yùn)動(dòng)的桿球模型，解決圓周運(yùn)動(dòng)問題的關(guān)鍵是分析向心力的來源，應(yīng)用的規(guī)律仍然是牛頓第二定律，與前面所學(xué)的知識(shí)大同小異。
????點(diǎn)評(píng)：傳統(tǒng)教學(xué)中常見的是老師問、學(xué)生答，學(xué)生處于被動(dòng)的地位。而現(xiàn)在推行的新課程強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為主體，因此我們要把提問權(quán)還給學(xué)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(xué)生自主學(xué)習(xí)與主動(dòng)探求知識(shí)的生動(dòng)表現(xiàn)。在質(zhì)疑狀態(tài)下的學(xué)生取之所需，求知欲強(qiáng)，學(xué)生主動(dòng)地參與到學(xué)習(xí)中去，學(xué)習(xí)興趣高，學(xué)習(xí)效率高。

實(shí)例1——對桿球模型最低點(diǎn)和最高點(diǎn)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(diǎn)的分析。

生：觀察和思考

師：當(dāng)小球在最低點(diǎn)A的速度為v1時(shí)，桿對球的力與速度的關(guān)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(xué)生的回答進(jìn)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(dòng)力學(xué)方程）

生：動(dòng)力學(xué)方程為

，是拉力；

師：當(dāng)小球在最高點(diǎn)B的速度為v2時(shí)，桿對球的力與速度的關(guān)系怎樣？是拉力還是支持力？

生：動(dòng)力學(xué)方程

，此時(shí)受到桿的拉力；

，此時(shí)受到桿的支持力。

師：接下來我們思考一下最高點(diǎn)的最小速度是多少?

生：最小速度v=0，此時(shí)mg=F3。

師：總結(jié)一下，在最高點(diǎn)時(shí)，桿對球何時(shí)表現(xiàn)為拉力？何時(shí)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(dāng)v<v0，桿對球有向上的支持力：

當(dāng)v>v0，桿對球有向下的拉力：

最小速度v=0，此時(shí)mg=F3。

師：你會(huì)判斷了嗎？

實(shí)例２——對管型軌道最低點(diǎn)和最高點(diǎn)的分析

師：掌握了桿球模型，我們看一個(gè)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(yīng)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(diǎn)的分析。

生：觀察和思考

師：小球運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí)，受力與速度的關(guān)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(xué)生的回答進(jìn)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(dòng)力學(xué)方程）

生：動(dòng)力學(xué)方程為

，是支持力。

師：小球運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí)，受力與速度的關(guān)系如何？

生：動(dòng)力學(xué)方程

，此時(shí)小球受到軌道外壁對它豎直向下的壓力；

，此時(shí)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(diǎn)的最小速度是多少?

生：最小速度v=0，此時(shí)mg=F3。

師：思考：在最高點(diǎn)時(shí)，何時(shí)外管壁對小球有壓力，何時(shí)內(nèi)管壁對小球有支持力?什么時(shí)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(dāng)v<v0，內(nèi)壁對球有向上的支持力：

當(dāng)v>v0，外壁對球有向下的壓力：

最小速度v=0，此時(shí)mg=F3。

師：你會(huì)判斷了嗎？

課堂小結(jié)

師：通過這堂課的學(xué)習(xí)，你學(xué)到了什么？（鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)言并輔以適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)和提示）

生：踴躍發(fā)言。

師：肯定學(xué)生的發(fā)言，并在學(xué)生發(fā)言的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步明確本堂課的主要知識(shí)和方法。

作業(yè)布置

課后習(xí)題，要求：按照課上例題的解題步驟，正確運(yùn)用牛頓第二定律列方程并進(jìn)行解答。

【板書設(shè)計(jì)】[來源:學(xué)|科|網(wǎng)]

【問題研討】

如何實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)的有效互動(dòng)

我國的中學(xué)教學(xué)長期以來普遍采用傳授式的課堂教學(xué)模式，并以講解基礎(chǔ)知識(shí)和訓(xùn)練基本技能為其主要特征，忽視對學(xué)習(xí)過程和實(shí)踐能力的研究、培養(yǎng)。我認(rèn)為，深化教學(xué)改革就應(yīng)打破以講授、灌輸為主的教學(xué)套路，在教學(xué)活動(dòng)中，既要強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主體性和師生的互動(dòng)作用，又要看到探究是它的重要特征，只有開展探究性學(xué)習(xí)才能真正調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，才能充分發(fā)揮師生的雙向互動(dòng)作用，讓學(xué)生自主地完成知識(shí)建構(gòu)，獲得知識(shí)、能力、品德上的全面發(fā)展?，F(xiàn)代教學(xué)理論認(rèn)為，即使是在空中課堂在教學(xué)過程中，教師也不再是知識(shí)的提供者，而是一個(gè)“協(xié)助者”，要為學(xué)生創(chuàng)設(shè)良好的學(xué)習(xí)環(huán)境，設(shè)置恰當(dāng)?shù)膯栴}情境，誘發(fā)學(xué)生在認(rèn)知上沖突，引導(dǎo)學(xué)生通過自主活動(dòng)去建構(gòu)起自己新的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，從而扎實(shí)地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。