高中物理校本课程开发的案例分析

徐仁杰

帆船是靠风帆借助风力前进的，运动会的帆船比赛中，在绕标航行时会经过逆风行驶阶段.根据我们通常的理解，在逆风行驶过程中帆船受到的应该是阻力，然而我们却可以观察到帆船在逆风时也在前行.

设计目的：帆船运动是大家经常能够在电视上看到的体育运动，但学生对帆船运动动力的理解一般都停留在“风的推力作用”这一水平，很难发现帆船动力的根本原因.而靠风力逆向行船看上去不可理解，甚至感觉不可能，这一点很容易激起学生的兴趣.另外，我們很容易找到制作帆船模型的材料，用模型模拟是科学研究中常用的方法，可以培养学生的动手、动脑和善于观察分析的能力.

第一课时：在探究开始前先播放了运动员在奥运会帆板比赛中的视频，提出“逆风”可以行船的问题.

为了让学生对帆船运动有更具体的认识，教师为每个探究小组准备了如下的实验器材：小车模型、桅杆模型、硬纸板、胶水、电风扇、铅笔、直尺、三角板.这里用小车代替船，操作起来会更加方便.利用电风扇模拟海洋风.

根据帆船的基本结构，各小组制作自己的“帆车”模型.实验过程非常有趣，大家都非常积极地投入到探究的过程中.

二十分钟后，大家讨论交流，取得成果的小组表现得非常积极.A小组认为，完全的“逆风”前行应该是不可行的，当“逆风”是侧向风是可以实现逆风行船，该小组给出侧风行船的图1所示.

教师对该组的成果展示给予肯定，但其原理不易理解.可以通过直尺、三角板和铅笔给出了更加简化的模型进行讲解（如图2）.

1.将直尺和三角板放在光滑的水平桌面上，使三角板较长的一条直角边AB与直尺的一边紧靠在一起.

2.用手按住直尺，使它固定不动，用一支铅笔沿图所示方向推三角板的斜边AC.观察三角板的移动方向.（沿从A指向B的方向移动）

分析：在逆推力而行的模拟实验中，由于三角板与铅笔之间的接触面是光滑的（与风和帆的接触相似），所以无论铅笔从水平面内的哪个方向推三角板，其作用力N的方向始终是垂直AC的，对三角板产生斜向右下方向的正压力.

这个压力可以分解为两个分力N1和N2， N2的效果是使三角板与直尺相互挤压，于是直尺对三角板的AB边会产生一个推力P，与N2抵消.N1的效果是推着三角板沿AB方向移动，所以三角板就能逆推力而行了.

实际上，在帆船运动项目中，帆是像机翼一样的弧形曲面.这样设计的原因可以作为新的探究的课题，让学生课后去图书馆查阅资料解决.

第二课时：学生通过查阅资料得到了更加全面的知识.以下是某个小组的分析.

该小组发现风的是以两种方式作用于帆的，一种是我们上节课讨论的推力，即通常称为“动压力”，另一种是 “伯努利效应”.第二种方式才是帆船动力的最大来源.

由伯努利原理可知在流速越大的地方压强越小.这样，在气体流速较小的地方会对相对流速较大的地方产生侧向的压力，这个力称为静压力.帆所受的静压力主要因为帆具有像机翼一样的弧形，当气流通过帆或者机翼两侧时，一侧的气流需要走更长的距离与另一侧汇合，所以两侧会产生不同的流速，流速快的地方比流速慢的地方压强小，正是这种压强差给帆船提供了前进的动力.

在弄明白帆船逆风行船的真正原因之后，大家拿出第一节课制作的帆车模型，将平面帆改成曲面帆，再次进行实验.当然，结果与小组的分析是一致的.

由此可见，实验是进行物理科学探究的有效手段，本文在探究逆风行船的奥秘中以“动手、探究”为宗旨，引导学生发现了生活中的物理知识，感悟到了人生的哲理.总之，物理的学习就要尊重科学、掌握规律，这样才能在“逆风”中取得意想不到的成绩.