链接实际生活 培养核心素养

闵喜珍

教师以生活情境承载的物理学知识为载体，培养学生的物理学科核心素养，有利于学生更好地理解所学内容，提高解决问题的能力。笔者以高中物理“生活中的圆周运动”习题教学为例，做具体阐释。

一、明确运动条件，建立物理观念

本环节，笔者借助学生熟悉的游戏中的圆周运动实例，引导学生明确物体做匀速圆周运动的条件是物体所受的合外力等于向心力，体会物体做匀速圆周运动的向心力来源，理解“力是改变物体运动状态的原因”物理观念。

课堂上，笔者先出示习题1，引导学生分析“魔盘”中的圆周运动。

习题1（2018·汕尾高一检测）如图1所示，一个水平大圆盘绕过圆心的竖直轴匀速转动，一个小孩坐在距圆心为r处的P点不动。关于小孩的受力，以下说法正确的是（   ）。

A.小孩在P点不动，因此不受摩擦力的作用

B.小孩随圆盘做匀速圆周运动，其重力和支持力的合力充当向心力

C.小孩随圆盘做匀速圆周运动，圆盘对他的摩擦力充当向心力

D.若使圆盘以较小的转速转动，小孩在P点受到的摩擦力不变

学生分析，小孩随“魔盘”所做的运动是水平面内的匀速圆周运动，所以改变物体运动方向的力必须是水平面上的力，若物体只受重力和支持力，它们的合力只可能在竖直方向，所以首先排除选项A。同理，学生排除了选项B。经过进一步讨论，学生发现向心力的方向与物体的运动方向不能在同一条直线上，否则物体不会做曲线运动；向心力的方向要与运动方向垂直，否则速度大小会改变，故答案C正确。在此基础上，笔者引导学生归纳向心力的特点和作用效果。关于向心力的特点，学生总结得出：向心力的方向时刻在变化，始终指向圆心，与线速度的方向垂直；在匀速圆周运动中，向心力大小不变；在非匀速圆周运动中，向心力大小随着速率的变化而变化。由此我们可以发现答案D是错误的。关于向心力的作用效果，学生回答：向心力的方向与物体运动方向始终垂直，只改变物体的运动方向，不改变线速度的大小。笔者进一步引导学生回顾“运动的合成与分解”知识，理解“力是改变物体运动状态的原因”物理观念的内涵：与物体运动方向一致的力，改变物体的速度大小；与物体运动方向始终垂直的力，改变物体的运动方向。最后，笔者出示练习：如图2，分析水平路面上的汽车转弯时的向心力来源。

笔者先引导学生分析水平路面上汽车转弯的特点。学生发现：与“魔盘”的运动类似，汽车在水平路面上转弯相当于在做圆周运动，此时向心力由车轮与路面间的静摩擦力f来提供，即f＝[mv2R]。接着，笔者引导学生理解汽车转弯发生了运动方向的改变，必然是受到向心力的作用，而这个力只能是静摩擦力，进而理解了静摩擦力是一种被动力，即受运动状态控制的力。然后，笔者引导学生根据向心力大小的特点思考：为什么“魔盘”转得太快，人容易滑出去？为什么汽车在水平路面上行驶得太快容易发生侧移？学生根据“在匀速圆周运动中，向心力大小不变”“在非匀速圆周运动中，向心力大小随速率的变化而变化”分析问题，得出物体所受合外力小于需要的向心力时就会出现上述现象。由此，学生进一步理解了物体做匀速圆周运动的条件是物体所受的合外力等于向心力。

二、梳理解题步骤，培养科学思维

本环节，笔者引入两车转弯问题，引导学生与上述习题做对比，梳理解决匀速圆周运动问题的一般方法与步骤，培养学生的科学思维。

课堂上，笔者出示汽车在倾斜路面上转弯的问题（如图3），引导学生分析汽车在倾斜路面上转弯时的向心力来源。

学生观察图3，发现汽车不受侧向摩擦力时，重力和路面的支持力的合力完全提供向心力，并根据合外力等于向心力，得出mgtanθ[=mv2R]。由此可知，车速越快，弯道半径越小，汽车需要的向心力越大，转弯时倾斜的角度也越大；若弯道半径和倾斜的角度都已确定，车的行驶速度大于或小于[gRtanθ]时，路面会出现侧向的静摩擦力，而静摩擦力有最大值，所以汽车在倾斜路面上转弯时的行驶速度有一定的范围。

有了分析汽车转弯问题的基础，笔者让学生根据图4分析火车转弯问题。

学生根据图4分析：火车转弯处，外轨高于内轨，可见火车转弯与汽车在倾斜路面上转弯类似。学生进一步得出：若火车转弯所需的向心力完全由重力和支持力的合力提供，即mgtanθ[=mv02R]，则[v0=gRtanθ]。其中，R为弯道半径，θ为轨道平面与水平面间的夹角，v0为转弯处的规定速度。

基于以上分析，笔者请学生自己总结解答匀速圆周运动问题的一般方法和步骤。经过独立思考和小组讨论，学生总结：①确定研究对象；②找轨迹圆周，以及圆心、半径和轨道平面；③分析受力情况，用合成法、正交分解法等确定向心力的大小；④根据牛顿第二定律和向心力公式列方程，必要时列出其他相关方程；⑤统一单位，代入数据计算，求出结果或进行讨论和总结。

三、尋找科学依据，增强社会责任感

本环节，笔者就火车转弯问题进一步引导学生分析速度与轨道压力的关系：①当火车行驶速度v等于规定速度v0时，所需向心力仅由重力和弹力的合力提供，此时内外轨道对火车无挤压作用；②当火车行驶速度v>v0时，外轨道对轮缘有侧压力，反过来，轮缘对外轨道也有挤压作用，火车行驶速度越大，挤压作用力越大，对轮缘和外轨道的破坏力越大；③当火车行驶速度v

为增强学生的社会责任意识，笔者引导学生说一说由上面两道习题联想到什么。学生发表了自己的想法：为了安全，司机必须在安全速度范围内转弯；为了保护火车轨道，火车转弯时司机必须按规定速度行驶；自觉遵守限速规定是公民应尽的义务和责任。

责任编辑  刘佳