架设楼梯 变难为易

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  1 问题背景
  水平方向的圆盘模型是高一物理必修二《圆周运动》这一部分的常见习题.“水平转盘问题”这一知识点的教学是重点,也是难点.我们教师以往对这一知识点的处理,往往是就题论题,过高的估计了学生的理解能力和思维能力.经常是自我感觉问题已经讲的很到位了,而学生对这一问题还是云里雾里.结果确是教师遇题讲题,学生讲后茫然,教学效果一般较差.那么如何突破习题中的这一重点和难点呢?
  2 教学策略
  水平转台模型是高一物理必修二第五章《曲线运动》中学习《向心力》后的习题内容,学生刚学了向心力的问题,他们对于向心力的理解还不到位,对于圆周运动动力学问题中的供需平衡方程还不能熟练应用.为此,在“水平转台模型”的习题教学中,我主要采取了以下的教学策略:
  (1)情景引入:视频引入,给学生提供一种感性的认识
  (2)问题导引:把知识问题化.让学生能够主动探究,能提出问题的解决方法
  (3)分层设问:把问题层次化,通过给学生架设楼梯,变难为易
  3 教学过程描述
  在2014年3月份,我校组织的深化课堂教学改革听评课活动中,我选择了讲解《圆周运动的应用——水平转盘模型》这节习题课.我的课堂教学过程如下:
  3.1 情景展示:播放视频《疯狂大转盘》
  【提出问题】 躺在大转盘上的人做的是什么运动?
  问题很简单,学生都会回答.通过这个问题,我是想让学生把实际情景与物理问题进行结合,即构建物理模型——圆周运动.
  3.2 例题分析
  典型例题1 如图1,小物体m与圆盘保持相对静止, 随盘一起做匀速圆周运动,则物体的受力情况是
  A.受重力、支持力、静摩擦力和向心力,共四个力
  B.受重力、支持力、静摩擦力
  C.摩擦力的方向始终指向圆心
  D.受重力、支持力、指向圆心的静摩擦力,沿切线方向的静摩擦力
  说明 本题主要考察的是水平转盘上物体做匀速圆周运动的向心力来源,这个问题在《向心力》这一节的课后习题中已经帮学生分析过,在此引入这道题,主要是为后面例题分析做准备.
  典型例题2 如图2,质量为m的小物体在水平转台上随转台以角速度ω作匀速圆周运动,物体到转轴的距离为d、物体与转台动摩擦因数为μ,求:(1)物体所受到的静摩擦力大小?(2)为使物体保持距离d随转台一起转动,转台转动的角速度最大值为多少?
  说明 在第1道例题的基础上,根据静摩擦力提供向心力,学生容易列出等式:f=mdω2.在此等式的基础上,学生容易看出,转动的角速度越大,所受静摩擦力越大,当静摩擦力达到最大值时,物体就要相对转盘发生滑动.
  可列等式:μmg=mdω2,即最大角速度:ω=μgd.
  典型例题3 上题情景中,若又在转台上距转轴d/2处放置质量为2m的物体,则随着转台角速度的缓慢增大,哪个物体先要发生相对滑动?为什么?
  说明 有了第2道题的结论作为依据,对于谁先发生滑动的问题,学生就容易想到去比较最大角速度.最大角速度越大的越不容易发生相对滑动.
  对物体m:ω1=μgd
  对物体2m:ω2=2μgd
  由此得出结论:离圆心越远的物体越容易发生相对滑动.
  互动探究:在得出以上结论后,顺势提出了以下两个问题,让学生进行探究.
  问题1:视频中人为什么会被甩出去?如果躺在转盘上,为了避免被甩下,你会采取哪些措施?
  问题2:增加质量对防止甩下有作用吗?
  通过以上两个问题,让学生体会用理论知识去指导实践,体现了物理知识的实用价值.
  典型例题4 如图4,在质量为m的物体A的外侧沿半径方向放置一完全相同的物体B,并用一长为L的轻绳相连(绳子无张力),已知物体A到转轴的距离为r,物体A、B与转台动摩擦因数为μ.求:
  (1)随着圆盘缓慢加速转动,求绳子刚好出现张力时,圆盘转动角速度?
  (2)要使A、B始终与圆盘保持相对静止,圆盘转动的角速度最大值为多少?
  说明 本题涉及到了两个临界问题,一个是绳子刚好出现张力,另一个是两个物体刚要相对圆盘滑动.难度相对较大.但有了第3题的结论作为依据,教学中我就引导学生用第3题的结论去分析绳子出现张力的临界条件,即当物体B与转台间的摩擦力达到最大静摩擦力时,物体B对绳子产生了拉力.这样处理,学生对于第一个临界问题的条件就更加认可.由于绳子上产生了拉力,对于A,B两个物体来说,向心力的来源就发生了变化,这时再引导学生去进行受力分析,寻找向心力的来源,依据供需平衡关系列方程.
  对B:T μmg=mω2(r l)
  对A:fA-T=mω2r
  由以上两式分析可知,ω↑T↑fA↑,当物体A与转盘间的摩擦力达到最大静摩擦力时,两个物体即要相对圆盘发生滑动.
  典型例题5 上题中当绳子出现拉力后(物体未滑动),若绳子突然断裂,两物体如何运动?
  说明 绳子断裂,则绳子拉力突然消失,对于A、B两个物体的受力发生了突变.那么如何分析两个物体的运动情况呢?在此要引导学生从圆周运动的力和运动的关系出发,去分析两个物体的供需关系.
  对B: μmg  对A: fA=mω2r 做圆周运动
  典型例题6 如图5,如果小物体m放在水平圆盘上, 随盘一起加速转动(未发生相对滑动),物体所受静摩擦力是否还指向圆心?为什么?
  说明 前面5道题都是针对水平转盘上的匀速圆周运动问题,静摩擦力均指向圆心,用来提供向心力.但有些问题中,转盘转动的角速度是在变化着呢,学生容易受到思维定势的影响,也认为静摩擦力指向圆心.如果学生做出了“指向圆心”的回答,我会提出以下问题:
  问题:如果静摩擦力指向圆心,则其方向与物体速度方向始终垂直,那么又是什么力改变了物体速度的大小呢?
  通过这个问题,可以促使学生对于曲线运动中力和运动的关系进行思考.
  4 反思评价
  (1)物理来源于生活,物理服务于生活.作为一名物理教师,我们要尽可能创设情景,通过学生感受物理与生活的联系,让学生学习物理不再感觉枯燥无味,让学生去享受学习的过程.
  (2)很多学生对于学习物理感到困难,我认为一个主要原因是教师对于学生认知水平的预期与实际存在较大偏差.作为教师,我们要善于为学生架设楼梯,变难为易.让学生在攀登知识的高峰过程中,不再是困难重重,望而生畏.
  (3)新课程教学理念倡导的新的学习方式主要有:自主学习、合作学习、探究学习、在实践中学习等.回顾本节课的教学过程,如果事先能先把本节课的例题和问题以学案形式发给学生,让学生有充足的时间进行思考,课堂让学生进行展示交流,这样会更符合以学生为主体、教师为主导的教学理念.
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