“圆周运动”一课内容适当调整的实践及思考
2014-06-28戴邦利
戴邦利
(永昌县第一高级中学 甘肃 金昌 737200)
人教版高中物理新课程《物理·必修2》第五章“曲线运动”中，圆周运动的内容安排在曲线运动之后，这样安排合乎认识的一般规律，也便于学生用理论指导实践.但教材是按圆周运动—向心加速度—向心力—生活中的圆周运动这样的顺序编排的，只是在向心力一节的最后才专门提到变速圆周运动和一般曲线运动的问题.
根据笔者的教学实践，这种编排顺序不利于学生通过探究方式达到认知目的，应该把“圆周运动和一般曲线运动”单独作为一节放在平抛运动之后，让学生充分利用已有知识去分析和探究，从曲线运动到圆周运动，便于发挥学生的主体作用，激发学生学习物理的兴趣，加强内容的衔接性，最后自然而然过渡到匀速圆周运动上来，进一步再研究匀速圆周运动的定义、性质、特点和规律.现将笔者的做法、体会阐述如下，与各位同仁交流和共享.
1 设计问题 复习回顾
根据学生已有的认知结构，首先，精心设计这样几个问题让学生复习回顾，学生在解决问题后自然就会进入本节课的学习内容.
(1)力的作用效果除了能使物体发生形变还有什么？
(2)什么是物体产生加速度的原因？
(3)加速度的物理意义是什么？
(4)物体做曲线运动的条件是什么？
(5)做曲线运动的物体在什么情况下做加速运动，在什么情况下做减速运动？
(6)做圆周运动的物体在怎样的条件下速度大小不变？
根据学生对以上问题的回答可知，力可以改变物体的运动状态，也就是改变物体速度的原因.速度改变必然有加速度，根据牛顿第二定律可知力是物体产生加速度的原因.因为做曲线运动的物体的速度方向总是在不断改变，因此，做曲线运动的物体加速度一定不为零，物体所受合外力一定不等于零.
2 原因分析
物体做曲线运动的条
图1
件是合外力与速度不在一条直线上.如图1所示，我们设F合与速度v的夹角为θ，将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,则
F1=F合cosθF2=F合sinθ
根据牛顿第二定律和力的独立作用性原理可知，切向合外力只产生切向加速度，法向合外力只产生法向加速度.因而切向合外力为
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
根据做曲线运动的物体加速和减速的条件可知,在0°<θ<90°时，aτ和v同向，物体做加速曲线运动；在90°<θ<180°时，aτ和v反向，物体做减速曲线运动.切向合外力Fτ的作用就是改变线速度v大小的原因，切向加速度aτ的大小只反映线速度v大小变化的快慢.法向合外力Fn的作用只是改变线速度v方向的原因，法向加速度an的大小只反映线速度v方向变化的快慢.
通过分析不难发现，合外力与速度不在一条直线上且夹角θ≠90°时，物体做曲线运动，此时F合的作用一方面要改变速度的大小，另一方面要改变速度的方向.当θ=0°或θ=180°时，F合与速度v共线，物体做直线运动，合外力的作用只改变速度的大小.此时,加速度的大小仅仅反映了速度大小变化的快慢，学生很容易理解.当物体做曲线运动时，速度的大小和方向都发生变化，根据牛顿第二定律求出的加速度，学生就很难理解此时加速度大小的物理意义了.
3 改进策略
根据以上分析，这时如果采用上述的正交分解方法，分别求出切向和法向的加速度，加强思维的有序性，学生就会一目了然.同时，再引入圆周运动的问题，知识衔接紧密，学生思维自然，知识铺垫到位，必然是水到渠成，更有利于促进学生思维的有序发展.
具体做法如下：首先，让学生知道圆周运动一定是曲线运动.让学生思考，做圆周运动的物体如果合外力与速度不垂直时，速度如何变化？学生都能很快得出结论，要么速度越来越大，要么速度越来越小.最后总结得出这种速度大小发生变化的圆周运动叫非匀速圆周运动(变速圆周运动).如果合外力与速度的夹角θ=90°时，物体所受合外力无切向分力，切向加速度aτ=0，这时速度大小保持不变.物体所受的合外力全部用来改变速度的方向，不改变速度的大小，物体必然做匀速圆周运动.
由此得出结论，只要物体做匀速圆周运动，所受合外力一定指向圆心，把这个指向圆心的合外力叫向心力；物体所受合外力不指向圆心，一定做非匀速圆周运动.当学生真正知道什么样的运动是匀速圆周运动时，再去研究相关的描述圆周运动和匀速圆周运动的物理量以及解决做匀速圆周运动物体的问题才能得心应手.
4 感受体会
对以上典型问题的解决，使我们深刻感受到高中物理新课程的真正内涵，教师、课程、学生等都是重要的课程资源.教师只有充分考虑学生的认知结构、发展要求等多种综合因素，适当地调整教学内容，合理选择教学方法，激发学生的学习动机和兴趣，使教师、课程、学生和谐、有机地融为一体，才能取得最显著的教学效果.教师根据教学实际灵活多样地选择有效教学策略是课程改革的灵魂，课程改革为教师的创造性魅力提供了宽阔的平台！
