“圓周運動”一課內容適當調整的實踐及思考

戴邦利

(永昌縣第一高級中學 甘肅 金昌 737200)

人教版高中物理新課程《物理·必修2》第五章“曲線運動”中，圓周運動的內容安排在曲線運動之后，這樣安排合乎認識的一般規律，也便于學生用理論指導實踐.但教材是按圓周運動—向心加速度—向心力—生活中的圓周運動這樣的順序編排的，只是在向心力一節的最后才專門提到變速圓周運動和一般曲線運動的問題.

根據筆者的教學實踐，這種編排順序不利于學生通過探究方式達到認知目的，應該把“圓周運動和一般曲線運動”單獨作為一節放在平拋運動之后，讓學生充分利用已有知識去分析和探究，從曲線運動到圓周運動，便于發揮學生的主體作用，激發學生學習物理的興趣，加強內容的銜接性，最后自然而然過渡到勻速圓周運動上來，進一步再研究勻速圓周運動的定義、性質、特點和規律.現將筆者的做法、體會闡述如下，與各位同仁交流和共享.

1 設計問題 復習回顧

根據學生已有的認知結構，首先，精心設計這樣幾個問題讓學生復習回顧，學生在解決問題后自然就會進入本節課的學習內容.

(1)力的作用效果除了能使物體發生形變還有什么？

(2)什么是物體產生加速度的原因？

(3)加速度的物理意義是什么？

(4)物體做曲線運動的條件是什么？

(5)做曲線運動的物體在什么情況下做加速運動，在什么情況下做減速運動？

(6)做圓周運動的物體在怎樣的條件下速度大小不變？

根據學生對以上問題的回答可知，力可以改變物體的運動狀態，也就是改變物體速度的原因.速度改變必然有加速度，根據牛頓第二定律可知力是物體產生加速度的原因.因為做曲線運動的物體的速度方向總是在不斷改變，因此，做曲線運動的物體加速度一定不為零，物體所受合外力一定不等于零.

2 原因分析

物體做曲線運動的條

圖1

件是合外力與速度不在一條直線上.如圖1所示，我們設F合與速度v的夾角為θ，將F合分解到沿速度v方向的分力F1和垂直速度v方向的分力F2,則

F1=F合cosθF2=F合sinθ

根據牛頓第二定律和力的獨立作用性原理可知，切向合外力只產生切向加速度，法向合外力只產生法向加速度.因而切向合外力為

Fτ=F合cosθ=maτ

切向加速度

法向合外力

Fn=F合sinθ=man

法向加速度

根據做曲線運動的物體加速和減速的條件可知,在0°<θ<90°時，aτ和v同向，物體做加速曲線運動；在90°<θ<180°時，aτ和v反向，物體做減速曲線運動.切向合外力Fτ的作用就是改變線速度v大小的原因，切向加速度aτ的大小只反映線速度v大小變化的快慢.法向合外力Fn的作用只是改變線速度v方向的原因，法向加速度an的大小只反映線速度v方向變化的快慢.

通過分析不難發現，合外力與速度不在一條直線上且夾角θ≠90°時，物體做曲線運動，此時F合的作用一方面要改變速度的大小，另一方面要改變速度的方向.當θ=0°或θ=180°時，F合與速度v共線，物體做直線運動，合外力的作用只改變速度的大小.此時,加速度的大小僅僅反映了速度大小變化的快慢，學生很容易理解.當物體做曲線運動時，速度的大小和方向都發生變化，根據牛頓第二定律求出的加速度，學生就很難理解此時加速度大小的物理意義了.

3 改進策略

根據以上分析，這時如果采用上述的正交分解方法，分別求出切向和法向的加速度，加強思維的有序性，學生就會一目了然.同時，再引入圓周運動的問題，知識銜接緊密，學生思維自然，知識鋪墊到位，必然是水到渠成，更有利于促進學生思維的有序發展.

具體做法如下：首先，讓學生知道圓周運動一定是曲線運動.讓學生思考，做圓周運動的物體如果合外力與速度不垂直時，速度如何變化？學生都能很快得出結論，要么速度越來越大，要么速度越來越小.最后總結得出這種速度大小發生變化的圓周運動叫非勻速圓周運動(變速圓周運動).如果合外力與速度的夾角θ=90°時，物體所受合外力無切向分力，切向加速度aτ=0，這時速度大小保持不變.物體所受的合外力全部用來改變速度的方向，不改變速度的大小，物體必然做勻速圓周運動.

由此得出結論，只要物體做勻速圓周運動，所受合外力一定指向圓心，把這個指向圓心的合外力叫向心力；物體所受合外力不指向圓心，一定做非勻速圓周運動.當學生真正知道什么樣的運動是勻速圓周運動時，再去研究相關的描述圓周運動和勻速圓周運動的物理量以及解決做勻速圓周運動物體的問題才能得心應手.

4 感受體會

對以上典型問題的解決，使我們深刻感受到高中物理新課程的真正內涵，教師、課程、學生等都是重要的課程資源.教師只有充分考慮學生的認知結構、發展要求等多種綜合因素，適當地調整教學內容，合理選擇教學方法，激發學生的學習動機和興趣，使教師、課程、學生和諧、有機地融為一體，才能取得最顯著的教學效果.教師根據教學實際靈活多樣地選擇有效教學策略是課程改革的靈魂，課程改革為教師的創造性魅力提供了寬闊的平臺！