物理教學(xué)案例

《生活中的圓周運動》教學(xué)案例案例背景：1、教材分析：《生活中的圓周運動》是新課標(biāo)人教版高中物理必修2第六章《曲線運動》第八節(jié)的內(nèi)容。是在學(xué)生學(xué)習(xí)了圓周運動、向心加速度、向心力以后的一節(jié)應(yīng)用課，本節(jié)課通過研究圓周運動規(guī)律在生活中的具體應(yīng)用，使學(xué)生深入理解圓周運動規(guī)律，并結(jié)合生活體驗，加深物理知識在頭腦中的印象。教材中的四個事例都各有特點，很有代表性：鐵路的彎道——是分析水平面上的勻速圓周運動，拱形橋和凹形橋是分析豎直面上的非勻速圓周運動，航天器中的失重現(xiàn)象——研究失重問題，離心運動是研究向心力不足時物體的運動趨勢。本節(jié)內(nèi)容大綱要求2課時完成，本節(jié)課我們只研究前兩個事例：鐵路的彎道、拱形橋和凹形橋。鐵路的彎道分析，也會放在先分析汽車在水平路面轉(zhuǎn)彎之后進(jìn)行，這樣做的目的是為了讓學(xué)生的探究從易到難。這節(jié)課除了鞏固學(xué)生學(xué)習(xí)過的受力分析、牛頓第二定律、向心加速度、向心力等知識外，還增強了物理知識與日常生活、宇宙開發(fā)的聯(lián)系，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科學(xué)、愛科學(xué)、用科學(xué)的思想。2、學(xué)情分析：我班學(xué)生基礎(chǔ)好、反應(yīng)快、動手能力強，對物理學(xué)科有濃厚的興趣。學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了勻速圓周運動、向心力、向心加速度的概念，已經(jīng)對圓周運動有了比較清晰的認(rèn)識，并對解決生活中問題有強烈的探索欲，但對于向心力來源，向心力由誰來提供，還比較模糊，不利于進(jìn)行知識遷移和解決實際問題。案例描述：（一）引入新課教師提問，組織學(xué)生復(fù)習(xí)勻速圓周運動的知識點：①描述勻速圓周運動快慢的各個物理量及其相互關(guān)系。②從動力學(xué)角度對勻速圓周運動的認(rèn)識。學(xué)生回答后教師點評、總結(jié)。引入新課：學(xué)以致用是學(xué)習(xí)的最終目的，為了更好實現(xiàn)三維教學(xué)目標(biāo)，首先通過視頻播放學(xué)生感興趣的賽車事故，讓學(xué)生觀察思考、激發(fā)學(xué)生的求知欲，在學(xué)生觀看視頻的過程中提示學(xué)生注意汽車最容易發(fā)生事故的是在哪些路段，然后引入本節(jié)課所研究的兩種生活模型，水平面內(nèi)的圓周運動和豎直平面內(nèi)的圓周運動的研究。進(jìn)行新課一、水平面內(nèi)的圓周運動1、首先分析與學(xué)生生活緊密貼近的汽車在水平面路面轉(zhuǎn)彎時向心力來源。學(xué)生通過分析得到汽車在水平路面轉(zhuǎn)彎時向心力來源于靜摩擦力。通過這部分的學(xué)習(xí)，主要讓學(xué)生知道，物體做圓周運動必然需要向心力，并學(xué)會如何從具體的問題中去找出向心力。從而得到解決實際問題的一般方法。2、緊接著探討課本的第一個問題：火車的轉(zhuǎn)彎問題，鑒于學(xué)生對于火車軌道及火車輪子結(jié)構(gòu)不是很了解，首先通過視頻圖片讓學(xué)生對火車軌道的結(jié)構(gòu)及火車輪子的結(jié)構(gòu)特點有一定的了解。師：（視頻模擬火車在平直軌道上行駛和火車轉(zhuǎn)彎）火車勻速直線運動和勻速轉(zhuǎn)彎是否同種狀態(tài)？生：不是，火車勻速直線運動時合外力為零，火車勻速轉(zhuǎn)彎時有向心力，合外力不為零師：如果內(nèi)、外軌一樣平，什么力提供向心力？（重新放剛才的火車拐彎的視頻，學(xué)生觀察火車運動情況，在草稿紙上畫出受力示意圖，結(jié)合運動情況分析各力的關(guān)系。）生：內(nèi)外軌一樣平時,鐵軌外軌的輪緣和鐵軌之間互相擠壓而產(chǎn)生的彈力提供向心力。師：這樣會產(chǎn)生什么樣的后果？教師引導(dǎo)學(xué)生通過對具體問題的分析，認(rèn)識向心力是按效果命名的力，而不是物體另外受到的力。生：由于火車質(zhì)量、速度都比較大，所以所需向心力也很大。這樣的話，輪緣和鐵軌之間的擠壓作用力將很大，導(dǎo)致的后果是鐵軌容易損壞，軌緣也容易損壞。師：如果請你設(shè)計，怎樣才能解決這一問題？（學(xué)生開始小聲討論，并在草稿紙上畫受力圖）生：把外軌道墊高。師：能不能說明你的理由？生：當(dāng)外軌道比內(nèi)軌高時，軌道對火車的支持力不再豎直向上，和重力的合力可以提供向心力，可以減輕軌道和輪緣的擠壓。師：說的非常好！實際在修筑鐵路時，要根據(jù)轉(zhuǎn)彎處的半徑r和規(guī)定的行駛速度vo，選擇適當(dāng)?shù)膬?nèi)外軌的高度差，使轉(zhuǎn)彎時所需的向心力完全由重力G和支持力F的合力來提供，鐵軌的內(nèi)外軌均不受側(cè)向擠壓的力（用課件演示此時火車的受力分析圖）。在半徑和高度差確定的情況下能否求出內(nèi)外軌均不受力的最佳速度?生板演：根據(jù)牛頓第二定律得mgtanθ=mv2/r師：分析一下如果火車實際速度為v時的三種可能？生：思考，討論。師生共同得出：①當(dāng)v＝v0時，內(nèi)外軌均不受側(cè)向擠壓的力；②當(dāng)v＞v0時，外軌受到側(cè)向擠壓的力（這時向心力增大，外軌提供一部分力）；③當(dāng)v＜v0時，外軌受到側(cè)向擠壓的力（這時向心力減少，內(nèi)軌提供一部分力）師：還有哪些實例與這一模型相同?生：自行車轉(zhuǎn)彎、高速公路上汽車轉(zhuǎn)彎……師總結(jié)：火車轉(zhuǎn)彎問題，實質(zhì)是物體在水平面的勻速圓周運動，從力的角度看其特點是：合外力的方向一定在水平方向上，由于重力方向在豎直方向，因此物體除了重力外，至少再受到一個力，才有可能使物體產(chǎn)生在水平面勻速圓周運動的向心力．根據(jù)剛才的分析做下面練習(xí)。練習(xí)

1、在高速公路的拐彎處，路面造的外高內(nèi)低，拐彎處路面與水平面間夾角為θ，該段是半徑為R的圓弧，要使車速為v時車輪與路面的橫向（與速度方向垂直）摩擦力為零，角應(yīng)為多大？（為充分體現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)主體地位，采用的基本程序是：教師提出問題→學(xué)生獨立思考、觀察、討論分析→教師根據(jù)學(xué)生交流的情況進(jìn)行點撥引導(dǎo)→總結(jié)得出結(jié)論。老師邊演示、邊提問，讓學(xué)生邊觀察、邊思考，最大限度地調(diào)動學(xué)生積極參與教學(xué)活動，充分體現(xiàn)學(xué)生的主體地位和作用，讓學(xué)生在問題中激發(fā)興趣，在問題的爭論中辨清問題，在問題的解決中提升能力。）二、豎直平面內(nèi)的圓周運動在這一部分中，我首先設(shè)置了三個問題。1、汽車在水平路面勻速行駛或靜止時，路面所受到的壓力如何？生：壓力等于汽車的重力2、汽車在拱形橋頂點靜止時，橋面所受到的壓力如何？生：壓力等于汽車的重力接下來使問題進(jìn)一步深化3、汽車以速度v通過拱形橋最高點時，橋面所受到的壓力又如何？（播放課件，汽車過拱形橋，設(shè)置問題情境）質(zhì)量為m的汽車在拱形橋上以速度v行駛，若橋面的圓弧半徑為R，試畫出受力分析圖，是什么力提供向心力？生：汽車在最高點受到豎直方向的重力和支持了，以及水平方向的牽引力和摩擦力。向心力是由重力和支持力的合力提供的。方向豎直向下的。生：（在草稿紙上根據(jù)牛頓第二定律列方程求汽車對橋面的壓力）師：（投影學(xué)生的推導(dǎo)過程，總結(jié)）牛頓第二定律列出方程求出汽車受到的支持力；由牛頓第三定律求出橋面受到的壓力。FN'=G-mv2/r可見，汽車對橋的壓力小于汽車的重量G，并且，壓力隨汽車速度的增大而減小，汽車處于失重狀態(tài)。師：當(dāng)汽車對橋的壓力剛好減為零時，汽車的速度有多大？當(dāng)汽車的速度大于這個速度時，會發(fā)生什么現(xiàn)象？生：(思考問題并發(fā)表見解。)通過層層遞進(jìn)的問題，使學(xué)生的思維活動不斷深入，培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散性思維。師：當(dāng)汽車通過凹形橋最低點時，情況如何？生：依照上述討論進(jìn)行分析。師：（總結(jié)）我們討論的汽車過橋問題，實質(zhì)是物體在豎直面的圓周運動，要求掌握的是在最高點和最低點的情況練習(xí)

2、如圖所示汽車質(zhì)量為1.5×104kg,以不變的速率先后駛過凹形橋和拱形橋，橋面圓弧半徑為15m，如果橋面承受的最大壓力不得超過2.0×105N，汽車允許的最大速率是多少？汽車以此速率駛過橋頂時對橋面的壓力是多少？（通過對汽車在拱橋最高點地受力分析，進(jìn)一步幫助學(xué)生掌握分析向心力來源的方法，進(jìn)一步強化“向心力不是一種特殊的力，而是按效果命名的力，它可以是一個力，也可以是某幾個力的合力”這種觀點。真正幫助學(xué)生用所學(xué)知識去建立物理模型，處理實際問題，培養(yǎng)學(xué)生的獨立思考能力及知識的遷移能力。）（三）課堂小結(jié)本節(jié)課通過對兩個勻速圓周運動的實例的分析，學(xué)會在具體問題中分析向心力的來源。并引導(dǎo)學(xué)生歸納出解決這類問題的一般步驟：受力分析→找圓心、半徑→求向心力→列方程（四）作業(yè)布置作業(yè)的布置要求學(xué)生完成思考與討論，假如將整個地球看成一個巨大的拱形橋，汽車以多大的速率通過地面時，可對地面的壓力為零，通過這一部分的思考與討論可激發(fā)學(xué)生的求知欲、增進(jìn)學(xué)生的想象力，并為進(jìn)一步探索新知識，解決新問題開辟更廣闊的空間。案例反思：本節(jié)課是在學(xué)生學(xué)習(xí)描述圓周運動的物理量（線速度、角速度、向心力和向心加速度）之后，安排的一節(jié)實例分析課。課堂氣氛如此活躍，學(xué)生興趣如此濃厚，學(xué)習(xí)態(tài)度如此積極是我沒有想到的。反思整個教學(xué)過程我認(rèn)為有以下幾方面的原因：一、課前我認(rèn)真研讀了教材，收集、整理了大量資料，包括視頻、圖片、習(xí)題等，做到了胸有成竹。教學(xué)過程中通過創(chuàng)設(shè)情景，引導(dǎo)學(xué)生觀察分析，發(fā)現(xiàn)問題；通過層層設(shè)疑，引導(dǎo)學(xué)生對問題的思考，引發(fā)學(xué)生的積極性和主動性，體現(xiàn)學(xué)生的主體地位。滲透理論聯(lián)系實際的觀點，提高學(xué)生的分析和解決問題的能力。能夠有效利用多媒體課件給學(xué)生展示視頻與圖片，利于學(xué)生直觀了解，同時在處理不宜理解的火車拐彎中的向心力分析問題上，能夠分層次逐步滲透設(shè)計思想，更符合學(xué)生掌握知識的客觀規(guī)律；在處理豎直面上的圓周運動時能夠分類討論，做到點滴不漏；整個教學(xué)過程中不僅注重學(xué)生知識能力的培養(yǎng)，也注重了學(xué)生情感、態(tài)度的教育。二、身邊的課程資源是創(chuàng)設(shè)問題情境的源泉，學(xué)生最熟悉的現(xiàn)象莫過于身邊的物理。對身邊的物理現(xiàn)象感興趣，是學(xué)生的天性。因此，在本節(jié)課教學(xué)過程中，我應(yīng)充分利用身邊的課程資源，接近學(xué)生的經(jīng)驗，例如：汽車在水平路面轉(zhuǎn)彎，汽車過拱形橋等都是學(xué)生親身經(jīng)歷的事例。這樣創(chuàng)設(shè)出來的問題情境才有親切感，才會營造出良好的課堂氛圍。三、情境創(chuàng)設(shè)應(yīng)為“難點問題”而鋪墊情境創(chuàng)設(shè)就是為了能讓教師更好地引導(dǎo)學(xué)生圍繞焦點問題展開探究活動，使學(xué)生掌握知識與技能，體驗過程與方法，受到情感態(tài)度與價值觀的熏陶。在開展探究活動的過程中，我根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知水平，實驗?zāi)芰Φ惹闆r，設(shè)置一些由易到難的子問題，為學(xué)生“鋪墊”好合適的“臺階”，引導(dǎo)學(xué)生由解決子問題逐步過渡到“難點問題”，最終達(dá)到解決“難點問題的”目的。