實(shí)驗(yàn)探究：圓周運(yùn)動的實(shí)驗(yàn)探究

摘要：通過學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究，結(jié)合理論分析，可以使學(xué)生加深對圓周運(yùn)動這類問題的認(rèn)識。！關(guān)鍵詞：圓周運(yùn)動的實(shí)驗(yàn)探究圓周運(yùn)動的實(shí)驗(yàn)探究現(xiàn)行新課標(biāo)人教版《物理》必修二《生活中的圓周運(yùn)動》一節(jié)，這節(jié)課是在學(xué)生學(xué)習(xí)了圓周運(yùn)動、向心加速度、向心力知識之后的一節(jié)實(shí)際應(yīng)用課，內(nèi)容非常的豐富，教材中每個(gè)例子的選擇也都各有特點(diǎn)，很有代表性：火車拐彎是分析水平面上的圓周運(yùn)動；汽車過拱形橋和凹形橋是分析豎直平面內(nèi)的非勻速圓周運(yùn)動；航天器中的失重現(xiàn)象是研究失重問題；離心運(yùn)動是研究向心力不足時(shí)物體的運(yùn)動趨勢等等。教材力圖通過研究圓周運(yùn)動規(guī)律在生活中的具體應(yīng)用，從而達(dá)到使學(xué)生加深理解圓周運(yùn)動的規(guī)律的目的。然而，在實(shí)際教學(xué)過程中，我們發(fā)現(xiàn)對于輕繩、輕桿類的豎直平面內(nèi)的圓周運(yùn)動中的一些問題，比如說小球下擺過程中是處于超重還是失重狀態(tài)、通過最高點(diǎn)的臨界速度是多少，這些問題在課堂上通過理論分析，學(xué)生似乎也能理解，但是，由于我們的學(xué)生缺乏對這類現(xiàn)象的直接體驗(yàn)，理論分析的結(jié)果并不能在他們的腦海中留下深刻的印象，甚至有人內(nèi)心會有抵觸理論分析結(jié)果的情緒。針對這一情況，我設(shè)計(jì)了幾個(gè)學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)（兩人一組），通過理論分析，再結(jié)合學(xué)生的實(shí)驗(yàn)體會，從而使學(xué)生加深了對這類問題的認(rèn)識，取得了較好的教學(xué)效果。

實(shí)驗(yàn)探究一、小球下擺過程中處于超重還是失重狀態(tài)？1．器材的準(zhǔn)備每個(gè)小組準(zhǔn)備一根長約為25cm的自行車鋼絲；一個(gè)直徑約為、有適當(dāng)大質(zhì)量的橡膠小球，球的中心穿有小孔；一根長約50cm的彈性細(xì)繩。將鋼絲上沒有螺紋的一端彎折成一個(gè)直徑左右的圓環(huán)以便實(shí)驗(yàn)時(shí)可將手指穿過其中，然后將帶有螺紋的一端穿過橡膠小球，并把螺帽旋上去，以防止小球在作圓周運(yùn)動的過程中脫落。本套裝置可反復(fù)拆卸使用。

2．實(shí)驗(yàn)的過程先將鋼絲上折好的圓環(huán)套在右手食指上，然后以右手食指為軸，使橡膠小球繞軸來回?cái)[動。實(shí)驗(yàn)過程中，首先讓鋼絲保持豎直，小球處于靜止?fàn)顟B(tài)，注意感受此時(shí)食指所受的拉力大小接著再將小球所在一端抬高一段距離然后釋放，在小球下擺的過程中再次感受食指所受的拉力大小注意與原先靜止時(shí)相比手指受到的拉力有何變化。

3．實(shí)驗(yàn)的分析通過先后兩次操作，絕大部分學(xué)生都感覺第二次食指所受拉力變大了。為了讓實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更明顯，最好將圓環(huán)套在食指指尖附近，不宜太靠后，這樣比較容易感受得出力的變化；另外，在抬高小球所在一端時(shí)可將小球抬至水平位置然后再釋放，效果會好些；倘若將鋼絲取下，換成彈性細(xì)繩，依照剛才的操作，效果更好。這時(shí)只要通過比較兩次小球通過最低點(diǎn)的位置（對應(yīng)細(xì)線長度的變化）就能反應(yīng)小球到底處于什么狀態(tài)——彈性繩伸長，說明小球處于超重狀態(tài)，反之則處于失重狀態(tài)。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程把學(xué)生的眼、手和大腦都充分地調(diào)動了起來，學(xué)生學(xué)習(xí)很有興趣，最后再結(jié)合理論的分析，學(xué)生對該知識的掌握程度更好了。實(shí)驗(yàn)探究二、輕繩類豎直平面內(nèi)圓周運(yùn)動最高點(diǎn)的臨界速度能為零嗎？1．器材的準(zhǔn)備

每組仍采用實(shí)驗(yàn)一當(dāng)中的橡膠小球，再準(zhǔn)備一根長約50cm的尼龍細(xì)線，將細(xì)線一端穿過小球系緊。2．實(shí)驗(yàn)的過程先抓住細(xì)線自由端，讓小球在豎直平面內(nèi)以較快的速度做圓周運(yùn)動，接著再逐漸減慢速度，直至小球剛好無法沿圓軌道運(yùn)行，此時(shí)細(xì)線將處于松弛狀態(tài)，提醒學(xué)生注意觀察小球此時(shí)的速度大小情況。有些學(xué)生可能不能一次做到位，教學(xué)中應(yīng)注意留給他們適當(dāng)?shù)臅r(shí)間進(jìn)行反復(fù)多次操作。3．實(shí)驗(yàn)的分析

對于輕繩類的豎直平面內(nèi)圓周運(yùn)動最高點(diǎn)的臨界速度問題，很多學(xué)生主觀上都會認(rèn)為應(yīng)該為零。在實(shí)驗(yàn)過程中，卻會發(fā)現(xiàn)這個(gè)速度是明顯不等于零的某個(gè)數(shù)值，從而使學(xué)生形成了強(qiáng)烈的思維沖突。此時(shí)再提出根據(jù)小球在最高點(diǎn)由繩子拉力和重力的合力提供向心力，應(yīng)用牛頓第二運(yùn)動定律列出方程進(jìn)行分析，這時(shí)對于則細(xì)線拉緊，則細(xì)線拉力為零，則細(xì)線松弛這樣的分析結(jié)果，學(xué)生就很容易理解、接受了。實(shí)驗(yàn)探究三、輕桿類豎直平面內(nèi)圓周運(yùn)動最高點(diǎn)的臨界速度也為零嗎？1．器材的準(zhǔn)備采用實(shí)驗(yàn)一當(dāng)中的自行車鋼絲和小球，將小球安裝在鋼絲上，并將螺帽旋緊。2．實(shí)驗(yàn)的過程操作過程與實(shí)驗(yàn)二中相似，依照剛才的操作步驟，逐漸降低小球做圓周運(yùn)動的線速度。同樣要提醒學(xué)生注意觀察小球剛好通過最高點(diǎn)時(shí)的速度大小情況。3．實(shí)驗(yàn)的分析實(shí)際操作過程中學(xué)生可能難以控制得讓小球到達(dá)最高點(diǎn)時(shí)速度剛好為零，但是實(shí)驗(yàn)過程中這個(gè)速度已經(jīng)可以做到與零非常接近了，這足以讓我們的學(xué)生相信理論分析結(jié)果的正確性了。在傳統(tǒng)的教學(xué)模式中我們過多地強(qiáng)調(diào)概念、判斷、結(jié)果的掌握，重理論推導(dǎo)，忽視了學(xué)生的個(gè)體情感、體驗(yàn)、探究、領(lǐng)悟等心理過程；新課程標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)調(diào)要通過改變學(xué)習(xí)內(nèi)容的呈現(xiàn)方式，確立學(xué)生學(xué)習(xí)的主體地位，促使學(xué)生積極主動地去學(xué)習(xí)。而課堂又是我們教師開展教學(xué)活動的主陣地，所以，