“玩”玩具玩出了“玄機”
——以“曲線運動”的教學為例

崔愛玉

(江蘇省南京市第十三中學，江蘇 南京 210008)

“玩”玩具玩出了“玄機”
——以“曲線運動”的教學為例

崔愛玉

(江蘇省南京市第十三中學，江蘇 南京 210008)

筆者設計了許多新穎的小實驗，特別是對兒童玩具“小風車”進行了改裝，可使學生理解曲線運動的速度方向.課堂上還安排了分組實驗，用涂了紅墨水鋼球穿過塑料管子，能讓學生親身感受曲線運動速度的方向.總而言之，本課題設計了許多有趣好玩的實驗，讓課堂更加生動有趣，進一步激發了學生的學習興趣.

趣味實驗;曲線運動；實驗探究

1 背景分析

本課題是人教版物理必修2第五章曲線運動第一節“曲線運動”，仔細研讀教材，發現教材和以往的教材有所變動，把以往的第一節內容和第二節“運動的合成與分解”整合到一節內容.從整合的形式上分析，先講曲線運動的位移，然后講速度，接著講運動的合成與分解，最后講物體做曲線運動的條件.如果按照課本的教材順序來上這節課，內容繁多，學生完全掌握不易.從教學的角度分析，按著教材順序很難流暢過渡，所以在整體教學設計上，需要把這節課的內容分解成兩節課來講解.

本課目標是：(1) 知道什么是曲線運動；(2) 理解曲線運動的速度方向特點，知道曲線運動是變速運動；(3) 理解物體做曲線運動的條件，知道合力方向與軌跡彎曲方向的關系.

教學重難點是：(1) 物體做曲線運動的方向的確定；(2) 物體做曲線運動的條件.

2 設計理念

本節的知識點主要圍繞曲線運動的速度方向及做曲線運動的條件，設計了一個演示實驗、兩個分組實驗.演示實驗一：自制的小風車，在其頂端粘了一次性杯子的底部，在其邊緣鉆了4個孔.用吸管滴入水，讓其轉動，請大家觀察水滴被甩出轉盤時，其速度方向如何？實驗二：在軟管中放入鋼珠，在紙上留下痕跡，研究小球沿切線方向滾出.學生通過親手實驗，總結出曲線運動速度的方向.實驗三：在光滑水平桌面上做用線拉小球運動的實驗，通過提問，由學生自主得出曲線運動的條件.

3 案例描述

3.1 曲線運動的定義

師(用PPT展示圖片，引出曲線運動的概念)：汽車轉彎、運動員騎車比賽、表針的轉動，這些圖片有什么共性呢？

生：物體的運動軌跡都是曲線.

師：物理學中定義曲線運動是運動軌跡為曲線的運動.

3.2 曲線運動速度的方向

(1) 猜測物體做曲線運動時,在某一時刻的速度方向

(2) 觀看實驗視頻

視頻1：兩個朝鮮族小朋友蕩秋千，視頻稍作處理，蕩秋千的軌跡都合成在一個界面上，請大家關注兩位小朋友的運動軌跡及某一時刻速度方向.

視頻2：雨滴從傘的邊緣甩出，請仔細觀察雨滴被甩的瞬間的速度方向.

(3) 演示實驗

自制的小風車如圖1，在其頂端粘了一次性杯子的底部，在其邊緣鉆了4個孔.在一張白紙上畫一個和杯子底部一樣的圓，然后把小風車放在圓的上方，用吸管滴入紅墨水，讓其轉動，請大家仔細觀察水滴被甩出轉盤后在紙面上留下的軌跡，分析水滴離開圓盤邊緣時，水平方向的速度.

圖1

師：通過這幾個實驗，大家能不能猜猜做曲線運動的物體在某一時刻的速度方向？

生：質點在某一點的速度沿曲線在這點的切線方向.

師：請同學們自己用手邊的儀器來設計一個實驗，驗證一下小球是否真的沿切線方向滾出？

器材：一根塑料軟管、2個鋼球、一瓶紅墨水、一張白紙.

方法：在白紙上畫好一個曲線，把軟管一端抬高用來給鋼珠提供初速度.另一端按照白紙上畫好的曲線彎曲，然后在其頂端滴幾滴紅墨水，使鋼珠在水平面上做曲線運動.可以看到染了紅墨水的鋼珠運動出軟管口后的軌跡(如圖2).

圖2

生：曲線運動中,質點在某一點的速度方向,沿曲線在這一點的切線方向

師：物體做曲線運動時,速度方向是時刻改變的.曲線運動中,質點在某一點的速度方向沿曲線在這一點的切線方向，與數學中的切線概念一致.

3.3 曲線運動的性質

師：曲線運動的特點是運動軌跡是曲線，那么曲線運動的速度有沒有變化呢？

生：有.

師：速度變化可分為哪幾種變化呢？

生：(1) 速度方向不變、大小變；(2) 速度方向變、大小不變；(3) 速度大小、方向都變.

師：速度變化了，說明物體具有什么？

生：以上三種情況中物體都具有加速度.因為曲線運動中速度方向時刻在改變，所以曲線運動是變速運動，具有加速度.

3.4 物體做曲線運動的條件

教師演示如圖3所示的實驗，先讓學生感受一下物體做曲線運動的合力與速度不在一條直線上，再動手做分組實驗.在光滑水平桌面上用線拉小球玩，一同學負責給小球初速度，另一同學負責拉著繩子，先松開讓小球運動起來，然后拉緊繩子，小球會做怎樣的運動？小球不沿直線運動的原因是什么？

圖3

在課堂上發現學生并沒有按照筆者預設的方案進行實驗,原本是希望學生通過實驗，得出小球做曲線運動的條件，物體的受力方向與運動方向不共線.有學生不是把帶線小球放在桌子上玩，而是直接把小球在桌面上轉，讓小球做圓周運動.還有學生拉著繩子讓小球在空中做圓周運動.

師：有些同學拿著系著繩子的小球在桌面上轉，請分析小球在桌面上做圓周運動時，受力情況是什么樣的？

生：小球受重力、桌面的彈力、繩子的拉力.

師：桌面有沒有摩擦力呢？

生：因為桌面較光滑，我們想忽略一下.

師：小球的合力指向哪里呢？

生：好像是指向圓周運動的圓心，不太確定.

師：那我們把小球從豎直方向和水平方向進行受力分析.豎直方向上，小球沒有離開桌面，重力與桌面的彈力以及拉力在豎直方向的分力的合力是為零.在水平方向上，小球只受到繩子拉力在水平方向的分力.那么小球的合力只剩水平方向指向圓心的方向了，小球做圓周運動的速度方向怎樣？

生：沿圓周運動的切線方向.

師：小球的合力方向有沒有和速度方向共線？如果小球的合力方向與速度方向共線，小球怎么運動？

生：做圓周運動的小球所受合力顯然不和速度方向共線.如果共線，小球會做直線運動.

總結歸納：當物體所受合力的方向與它的速度方向不在同一直線上時，物體做曲線運動.

在教學中學生的實驗沒有按筆者的預設進行，筆者就干脆放棄了當初的預設，抓住學生玩小球的動作，層層剖析，讓學生從玩中學，自主得出小球做曲線運動的條件.

3.5 軌跡的彎曲與力的方向的關系

師生活動：用手拋出鉛球，觀察其運動軌跡，回答下面問題：(1) 畫出它在各點的速度方向；(2) 畫出它在各點的受力方向(不計空氣阻力)；(3) 觀察軌跡的彎曲與力的方向有什么關系？然后歸納、總結.

4 教學反思

本課教學中，安排了多個實驗，目的是讓學生多實踐，從實驗中慢慢體會曲線運動之美，學生在玩中不斷思考里面的“玄機”，在放松的心態下，掌握了物理知識.有時候教師在物理教學課程中過于功利化，總是省去教學探究的過程，直接灌，然后做大量習題.學生的成績一般不會差，但是學生的創造力、思維力、學習力在無形中不斷退化.物理原本就是究萬物之理，在高中物理課堂上需要我們教師多思考，多設計實驗，以全方位達成課程目標.

[1] 耿碧玉.高中物理不同版本教材中的“曲線運動”內容的比較研究[D].蘭州：西北師范大學，2015.

[2] 哈里德.物理學基礎[M].北京：機械出版社,2002.