“勻速圓周運動”一課的教學設計與難點突破

梁勇

(四川省仁壽第一中學校北校區 四川 眉山 620500)

本學期，筆者上了教育科學出版社出版的《高中物理·必修2》“勻速圓周運動的向心力和向心加速度”一節，感觸頗多．現就這節課的成功與不足之處總結反思于下，以期在今后的教學中能更加得心應手地處理好這一節的教學內容．

1 本節課的成功之處

1.1 教材分析恰當合理

這節課是在學生學習了“圓周運動”一節后，知道了描述圓周運動的物理量的基礎之上進行的教學．本節課從動力學和實驗探究的角度來研究勻速圓周運動的受力情況，從而使學生逐步建立起向心力的概念，體會勻速圓周運動是變速運動的根本原因，明確物體做勻速圓周運動的向心力大小決定因素，掌握向心力及向心加速度的大小計算公式和相關導出公式的簡單應用．學好本節知識將對學習后續相關內容起著決定性的作用．

1.2 改變單純傳授知識的傾向強調三維課程目標的和諧統一

在教學中，課程目標的三個維度并不是相互孤立的，而應同時融會于教學過程之中．在設計教學過程時，需要從三個維度來構思教學內容和安排教學活動．教師應幫助學生，使他們在獨立獲取物理知識、探究物理規律、解決物理問題等方面獲得具體的成果；讓學生得到成功的體驗，享受成功的愉悅，激發學習的熱情和責任感．

因此，本節內容的三維目標設置如下.

“知識與技能”方面：通過對圓周運動實例的分析，歸納總結物體做圓周運動的條件，理解向心力的概念；歸納影響向心力大小的相關因素，理解向心力公式的確切含義；知道向心加速度的概念，并能用公式計算向心加速度的大小．

“過程與方法”方面：通過學生活動“感受向心力”的體驗式研究，以及對物理現象的觀察、體驗、分析和歸納，體會物體做圓周運動的條件以及向心力的大小與哪些因素有關；通過對向心力大小決定因素的研究，提高學生的科學探究能力，體會物理研究的重要方法——控制變量法；通過圓周運動的實例分析，增強學生將物理知識應用于生活和生產的意識.

“情感態度與價值觀”方面：通過親身的探究活動，使學生獲得成功的樂趣，培養學生參與物理活動的興趣；培養學生對科學的求知欲，樂于參與觀察，敢于實驗，體會實驗在探索物理規律中的作用和方法；培養學生實事求是、尊重客觀規律的科學態度，培養學生在實驗中嚴謹、細致、耐心的態度．

1.3 教學重點得以突出教學難點得以突破

向心力概念的建立是本節的重點內容之一．為此，筆者通過對月球繞地球運動、旋轉秋千、繩拉小球在光滑的水平桌面上勻速轉動、光滑玻璃球沿碗(透明)的內壁在水平面內轉動、水平轉臺上的物體隨轉臺一起做勻速圓周運動等實例的分析，總結歸納出向心力是做圓周運動的物體受到的指向圓心方向上的合力．

探究影響向心力大小的因素、推導向心力的計算公式是本節的又一個重點內容．

首先，讓學生通過實驗感受：物體做勻速圓周運動所需向心力的大小與物體的質量、角速度大小和運動半徑有關．引導學生的思考： 怎樣研究一個物理量和諸多物理量的關系？啟發學生運用控制變量法．

其次，讓學生利用向心力演示儀通過分組實驗探究向心力與物體的質量m，運動的半徑R和角速度ω的關系， 并得出相應的實驗結果.

(1)探究向心力與質量之間的關系[圖1]

圖1

用質量比為2∶1的鋼球和鋁球，使他們運動的半徑R和角速度ω均相同，觀察露出的紅白相間方格數比值為2∶1，即兩球所受向心力的比值為2∶1，因此F與m成正比.

(2)探究向心力與角速度之間的關系[圖2]

圖2

用質量相同的兩個鋼球，使他們運動的半徑R相同，角速度ω的比值為1∶2，觀察露出的紅白相間方格數比值為1∶4 ，即兩球所受向心力的比值為1∶4，因此F與ω2成正比.

(3)探究向心力與半徑之間的關系[圖3]

圖3

用質量相同的兩個鋼球，使他們運動的角速度ω相同，運動半徑R的比值為2∶1，觀察露出的紅白相間方格數比值為2∶1 ，即兩球所受向心力的比值為2∶1，因此F與R成正比.

最后，在學生思考、研究討論的基礎上，引導學生得出結論：物體做勻速圓周運動需要的向心力與物體的質量成正比，與半徑成正比，與角速度的二次方成正比，即

F=mRω2

由于v=Rω，可得

并討論交流：為什么在向心力大小的兩種表達式中，一個式子中向心力的大小與半徑成正比，而另一個式子中向心力的大小卻與半徑成反比？它們相互矛盾嗎？

向心力是一個比較抽象的概念，主要是因為向心力是按效果來命名的力，與之前所學重力、彈力等按性質來命名的力不同．任何一個力或者某一個力的分力或者某幾個力的合力都可以提供向心力，這樣的例子很多，而且實例分析往往各不相同，這對學生來說是比較難理解的．所以，向心力概念的得出以及向心力的來源被確定為本節課的難點．

為了突破這個難點，筆者在總結分析有關圓周運動實例的基礎之上用一句話歸納出尋找向心力來源的靈丹妙藥，即“一切外力沿半徑方向分力的合力”．這句話為如何尋找實際問題中的向心力打開了方便之門．告訴了我們尋找向心力來源的基本步驟.首先，對物體進行受力分析尋找一切外力；其次，找準物體做圓周運動的軌道平面，確定物體做圓周運動的半徑方向和大小；第三，將物體所受的所有外力沿半徑方向和垂直于半徑方向分解；第四，將所有外力沿半徑方向的分力進行矢量運算求出合力，即為向心力．

1.4 課堂導入經過反復思考和設計實現了課堂引入的多重功能

(1)聯系生活實際能吸引學生學習興趣．用在公園里常見的游戲設施“旋轉秋千”視頻來導入，非常貼近學生的實際生活，拉近學生與所研究物理問題距離，提高了學生的學習熱情．

(2)通過復習前一節課的難點內容“勻速圓周運動是速度大小不變，方向時刻改變的變速運動”，同時提出更深刻的問題“勻速圓周運動的速度方向為什么會改變，是什么力使物體不停的改變運動的方向？”這樣就使學生在復習上節課難點內容的同時，使前后兩節內容形成了有機的聯系，便于學生形成知識系統．

(3)導入提出的問題有深度，讓學生帶著問題聽課，從而形成一種探究式教學的整體氛圍．本節課的內容實際上就是圍繞著“向心力”展開的，所以在導入中形成對向心力的探究氛圍十分的重要．而且向心力概念得出后教師特意與導入呼應，使學生對勻速圓周運動向心力的作用理解更加深刻了．

1.5 注重師生交流

本節課的又一成功之處在于，注重了師生交流，強調形成積極主動的學習態度，建立了良好的師生關系，引導學生參與教學，體現了教師的主導和學生的主體作用．在上課過程中，筆者每一次提出問題后都會給學生引導、講解并給學生留出一定的思考時間，體現了學生的主體作用．學生回答完問題以后筆者會真誠地贊揚、鼓勵學生，培養學生的學習積極性．

在利用向心力演示儀進行探究實驗的時候，請同學親自動手操作實驗，極大地提高了學生的學習興趣，培養了學生的動手操作能力．學生在操作過程中筆者及時提醒和輔助學生完成實驗，體現了教師與學生的交流和合作.實驗結束筆者對學生表示了由衷的感謝，體現了教師對學生尊重，從而建立了良好的師生關系，為今后良好教學秩序的建立墊定了基礎．

1.6 注重學生學習方式的轉變

筆者非常重視學生學習方式的變革，實現了學生的主動學習、合作學習和探究學習．在這節課上課前筆者就把自己設計的一體化學案發給了學生，讓學生在課前的復習提問并自行更正答案，這樣節省了上課時間，實現學生的主動學習．在上課過程中主動學習的理念貫穿始終，很多時候都是在學生自主得出結論后才給予一定的指導．

筆者在上課前就將學生分成組，每組一套學生實驗用小球，在上課過程中多次指導學生相互討論，共同完成學習任務，切實體現了合作學習的優勢．探究實驗教學是本節課所采用的主要教學模式，從向心力概念的得出，到猜測影響向心力大小的因素，再到最后的用向心力演示儀定量地研究向心力F和m，r，ω三個物理量的關系，都是按照先實驗再猜測最后再驗證的思維流程進行實驗探究，培養了學生的探究能力．在探究過程中對“控制變量法”的科學研究方法的總結與深化，在科學方法論方面給予了學生啟迪．

2 本節課的不足之處

本節課雖然取得了很多成功，但也存在著諸多不足，有待進一步改進．譬如，在學生實驗探究的過程中，總擔心學生會耗費太多的時間影響教學進度，因此在實驗條件上給學生較多的限制，影響了學生的自由發揮．在對教學各環節的時間掌握上還需加強，特別是重、難點內容的時間比例安排上還有待研究，避免出現前松后緊的情況．

總之，如何最大限度地提高課堂教學效率是教師研究的永恒話題．在今后的教學工作中筆者還要不斷進取，虛心學習，努力提高自己的教學水平．