圓周運動的概念和規律教學

摘 要：物理概念和物理規律的教學是物理教育的核心。本文以圓周運動為例，從如何引入、探究、歸納和應用概念和規律四個方面策劃教學活動，實現有效教學。

關鍵詞：概念和規律；追根溯源；設置情境；建立模型；巧設問題

物理概念是物理知識結構的基礎，物理規律反映物理概念之間的聯系，物理概念和物理規律的教學是物理教育的核心。忽視了這一點，只讓學生背誦描述物理概念的詞句和表示物理規律的條文，然后就做大量練習題，絕對達不到物理教學的目的。教學中要求學生能夠盡快地認識物理情境，熟悉物理模型，辨析物理概念，尋找應用物理規律，選擇適當方法，列方程求解討論。為了達到上面的教學目標，下面以圓周運動為例談談如何進行概念和規律教學。

一、追根溯源，引入概念和規律

任何事物的存在都有它的價值體現，為了解決物理問題，分析物理現象，概念和規律的引入具有重要的意義。在教學過程中，教師要多呈現生活中需要解決的實例，要充分讓學生認識到這些概念和規律的重要性。讓學生能切身體驗到物理是自然科學的本質，托物寓理，以物說理。

例如，在圓周運動中，涉及的概念有線速度、角速度、周期、頻率、轉速、向心力和向心加速度。為什么要用到五個物理量來描述圓周運動快慢呢？有必要這么復雜嗎？教學中必須列舉實例來消除學生的這種困惑。教材中實例的平鋪直敘可改為問題式的內容。教師設問：如圖1試分析桿繞O點做勻速旋轉的過程中桿上a、b兩點做圓周運動哪個點運動快？學生回答：第一種情況是b點運動快；第二種情況是a、b兩點運動一樣快。為什么會出現這截然不同的情況呢？讓學生表述自已的觀點，仔細分析討論。原來是看待問題的角度不同造成的。若從點所走圓弧的長度來說，b運動快；若從點和圓心的連線所轉過的角度來說，a、b一樣的快。又可設問：如圖2自行車的車鏈傳動裝置中討論a、b兩點運動的快慢。通過實例的分析讓學生處于矛盾的沖突中，不僅認識到研究圓周運動快慢引入線速度和角速度的必要性，而且可以培養學生用辯證唯物主義的觀點來看待事物，從而受到情感、態度、價值觀教育。教學中，讓學生思考勻速圓周運動的特點，認識到周期、頻率引入的必要性。教師提供硬盤、光驅的性能指標參數，讓學生認識到引入轉速的必要性。

認識到引入物理概念和規律的必要性后，能使學生產生學習的動力，明確自主學習的方向，為科學研究的歷程打開了一扇窗。在教學活動中這一環節是不可或缺的，應引起重視，做足這方面的文章。教師應深入學習物理學史，了解知識的來龍去脈，多設問思考，做好引入物理概念和規律的鋪墊。

二、設置情境，探究概念和規律

在新課程理念中，教師主要的教學任務應是開發和收集教學資源，創設情境，在物理概念和規律的教學中應忌諱越俎代庖，盡量讓學生親身經歷，總結和歸納知識。只有這樣才能使學生對物理概念和規律有深入的理解，從而提高課堂45分鐘效益，提高教學的有效性。

例如，在圓周運動中，涉及的規律有圓周運動、離心運動和向心運動。除教材中的教學資源如迷你實驗室、實驗與探究外，教師應積極地精心設計實驗。在講授什么是離心運動時，教師設計如圖3和圖4的實驗，讓學生動手探究。用繩拴住一個小球在光滑的水平桌面上做勻速圓周運動，突然斷開繩子觀察小球的運動軌跡，發現小球沿圓周切線方向飛出；讓小球做圓錐擺，轉速增大觀察小球的軌跡變化，發現小球沿弧線離開圓心。兩種情況都有一個共同的特點：小球都做一種逐漸遠離圓心的運動。通過以上的教學活動讓學生自然而然地得出離心運動的規律如圖5：條件是向心力突然消失或向心力不足，運動特點是小球跟圓心之間的距離越來越遠。

探究物理概念和規律，現在成為教學活動的主旋律，只有讓學生參與教學活動，才能點燃學生學習的熱情。教師除了要充分利用教材中有關探究性體驗教學資源，如果受到硬件條件的約束，也可以尋找生活中的常見物件設計實驗，還物理本來面目，達到教學目的。通過活動不僅提高了學生的參與性，而且能把抽象的物理規律具體化，明白易懂。

三、建立模型，歸納概念和規律

將實際問題模型化，是分析物理問題的基本能力要求。如何將具體、形象的生活實例抽象化，以圖形的形式表達分析？教學中應注意各模型的分類歸納，讓學生來進行抽象的邏輯思維。

例如，圓周運動的實例，可展示出不同的模型：

模型一、汽車在水平路面轉彎；

模型二、汽車在斜傾的路面轉彎、圓錐擺和錐形漏斗；

模型三、洗衣機側壁上的衣服；

模型四、汽車過拱橋、凹橋、水流星和過山車即桿球或繩球模型。

通過模型的變化、整合和分析，說明圓周運動問題求解規律：怎樣求解圓周運動的動力學問題呢？1、了解圓周運動的平面、圓心、半徑和運動快慢等信息。2、分析什么提供圓周運動的向心力。3、需要什么公式來表達向心力。4、利用圓周運動的條件即提 供的向心力等于所需的向心力列方程求解。

教學過程中通過以上模型的區別鑒賞，從異中求同，即解決圓周運動問題所應遵循的共同的概念和規律，達到舉一反三的效果，避免了易錯易混問題出現，提高了學生分析問題的能力。

四、巧設問題，應用概念和規律

按照高考考綱的要求，對B類知識點學生要能在實際問題中進行分析、綜合、推理和判斷。通過綜合性問題的設計，讓學生能將知識點縱橫捭闔，充分理解物理概念和規律，靈活應用物理概念和規律，從而實現能力的提高。

例如，有關圓周運動的綜合問題，如圖6用一根細線系住一個小球，小球質量為m， 繩長為L，小球在豎直面內做圓周運動。可設計出不同的問題：

問題一、在重力場中的圓周運動：

問1：在A點由靜止釋放小球，懸線和豎直方向的夾角為θ，求小球運動到最低點B點時繩的拉力？

問2：要使小球恰能做完整的圓周運動，求小球在最低點B點至少要具有多大的速度?

問題二、在電場和重力場中的圓周運動：

問1、讓小球帶上正電荷，電荷量為q，在O點固定上正的點電荷，電荷量為Q，懸線和豎直方向的夾角為θ，在A點由靜止釋放小球。求小球運動到最低點時繩的拉力？

問2、讓小球帶上正電荷，電荷量為q，加上場強大小為E，方向豎直向上的勻強電場，使小球在豎直面內做勻速圓周運動，速率為v，求小球受到的拉力？

問3、讓小球帶上正電荷，電荷量為q，加上場強大小為E，方向水平向右的勻強電場，懸線和豎直方向的夾角為θ，在A點靜止釋放小球，小球在豎直面內做圓周運動，求小球運動過程中最大速度和最小速度？

通過重力場、電場和磁場的優化組合，設計出圓周運動的綜合性問題，讓學生將有關知識點串聯，不僅可以熟悉圓周運動的解題規律，而且掌握了物理主干知識，提高了綜合分析能力，學習能力得以提高。

總之，教師應充分利用課堂教學的主陣地，活化高中物理課堂，抓住學生的認知規律和心理特點，采取各種教學措施，從多維角度啟發、誘思、認同物理概念和規律，進而靈活運用物理概念和規律。教師要做有心人，以學生為主體，以圍繞物理概念和物理規律為中心，策劃好教學活動，實現有效的教學。

參考文獻：

［1］閻金鐸.教學思想錄（中學物理卷）［M］.南京：江蘇教育出版社，1995.

［2］廖伯琴.物理2（必修）［M］.濟南:山東科學技術出版社，2004.

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