鏈接實際生活　培養核心素養

閔喜珍

教師以生活情境承載的物理學知識為載體，培養學生的物理學科核心素養，有利于學生更好地理解所學內容，提高解決問題的能力。筆者以高中物理“生活中的圓周運動”習題教學為例，做具體闡釋。

一、明確運動條件，建立物理觀念

本環節，筆者借助學生熟悉的游戲中的圓周運動實例，引導學生明確物體做勻速圓周運動的條件是物體所受的合外力等于向心力，體會物體做勻速圓周運動的向心力來源，理解“力是改變物體運動狀態的原因”物理觀念。

課堂上，筆者先出示習題1，引導學生分析“魔盤”中的圓周運動。

習題1（2018·汕尾高一檢測）如圖1所示，一個水平大圓盤繞過圓心的豎直軸勻速轉動，一個小孩坐在距圓心為r處的P點不動。關于小孩的受力，以下說法正確的是（?? ）。

A.小孩在P點不動，因此不受摩擦力的作用

B.小孩隨圓盤做勻速圓周運動，其重力和支持力的合力充當向心力

C.小孩隨圓盤做勻速圓周運動，圓盤對他的摩擦力充當向心力

D.若使圓盤以較小的轉速轉動，小孩在P點受到的摩擦力不變

學生分析，小孩隨“魔盤”所做的運動是水平面內的勻速圓周運動，所以改變物體運動方向的力必須是水平面上的力，若物體只受重力和支持力，它們的合力只可能在豎直方向，所以首先排除選項A。同理，學生排除了選項B。經過進一步討論，學生發現向心力的方向與物體的運動方向不能在同一條直線上，否則物體不會做曲線運動；向心力的方向要與運動方向垂直，否則速度大小會改變，故答案C正確。在此基礎上，筆者引導學生歸納向心力的特點和作用效果。關于向心力的特點，學生總結得出：向心力的方向時刻在變化，始終指向圓心，與線速度的方向垂直；在勻速圓周運動中，向心力大小不變；在非勻速圓周運動中，向心力大小隨著速率的變化而變化。由此我們可以發現答案D是錯誤的。關于向心力的作用效果，學生回答：向心力的方向與物體運動方向始終垂直，只改變物體的運動方向，不改變線速度的大小。筆者進一步引導學生回顧“運動的合成與分解”知識，理解“力是改變物體運動狀態的原因”物理觀念的內涵：與物體運動方向一致的力，改變物體的速度大小；與物體運動方向始終垂直的力，改變物體的運動方向。最后，筆者出示練習：如圖2，分析水平路面上的汽車轉彎時的向心力來源。

筆者先引導學生分析水平路面上汽車轉彎的特點。學生發現：與“魔盤”的運動類似，汽車在水平路面上轉彎相當于在做圓周運動，此時向心力由車輪與路面間的靜摩擦力f來提供，即f＝[mv2R]。接著，筆者引導學生理解汽車轉彎發生了運動方向的改變，必然是受到向心力的作用，而這個力只能是靜摩擦力，進而理解了靜摩擦力是一種被動力，即受運動狀態控制的力。然后，筆者引導學生根據向心力大小的特點思考：為什么“魔盤”轉得太快，人容易滑出去？為什么汽車在水平路面上行駛得太快容易發生側移？學生根據“在勻速圓周運動中，向心力大小不變”“在非勻速圓周運動中，向心力大小隨速率的變化而變化”分析問題，得出物體所受合外力小于需要的向心力時就會出現上述現象。由此，學生進一步理解了物體做勻速圓周運動的條件是物體所受的合外力等于向心力。

二、梳理解題步驟，培養科學思維

本環節，筆者引入兩車轉彎問題，引導學生與上述習題做對比，梳理解決勻速圓周運動問題的一般方法與步驟，培養學生的科學思維。

課堂上，筆者出示汽車在傾斜路面上轉彎的問題（如圖3），引導學生分析汽車在傾斜路面上轉彎時的向心力來源。

學生觀察圖3，發現汽車不受側向摩擦力時，重力和路面的支持力的合力完全提供向心力，并根據合外力等于向心力，得出mgtanθ[=mv2R]。由此可知，車速越快，彎道半徑越小，汽車需要的向心力越大，轉彎時傾斜的角度也越大；若彎道半徑和傾斜的角度都已確定，車的行駛速度大于或小于[gRtanθ]時，路面會出現側向的靜摩擦力，而靜摩擦力有最大值，所以汽車在傾斜路面上轉彎時的行駛速度有一定的范圍。

有了分析汽車轉彎問題的基礎，筆者讓學生根據圖4分析火車轉彎問題。

學生根據圖4分析：火車轉彎處，外軌高于內軌，可見火車轉彎與汽車在傾斜路面上轉彎類似。學生進一步得出：若火車轉彎所需的向心力完全由重力和支持力的合力提供，即mgtanθ[=mv02R]，則[v0=gRtanθ]。其中，R為彎道半徑，θ為軌道平面與水平面間的夾角，v0為轉彎處的規定速度。

基于以上分析，筆者請學生自己總結解答勻速圓周運動問題的一般方法和步驟。經過獨立思考和小組討論，學生總結：①確定研究對象；②找軌跡圓周，以及圓心、半徑和軌道平面；③分析受力情況，用合成法、正交分解法等確定向心力的大小；④根據牛頓第二定律和向心力公式列方程，必要時列出其他相關方程；⑤統一單位，代入數據計算，求出結果或進行討論和總結。

三、尋找科學依據，增強社會責任感

本環節，筆者就火車轉彎問題進一步引導學生分析速度與軌道壓力的關系：①當火車行駛速度v等于規定速度v0時，所需向心力僅由重力和彈力的合力提供，此時內外軌道對火車無擠壓作用；②當火車行駛速度v>v0時，外軌道對輪緣有側壓力，反過來，輪緣對外軌道也有擠壓作用，火車行駛速度越大，擠壓作用力越大，對輪緣和外軌道的破壞力越大；③當火車行駛速度v

為增強學生的社會責任意識，筆者引導學生說一說由上面兩道習題聯想到什么。學生發表了自己的想法：為了安全，司機必須在安全速度范圍內轉彎；為了保護火車軌道，火車轉彎時司機必須按規定速度行駛；自覺遵守限速規定是公民應盡的義務和責任。

責任編輯? 劉佳