崔爱玉

(江苏省南京市第十三中学，江苏 南京 210008)

“玩”玩具玩出了“玄机”
——以“曲线运动”的教学为例

崔爱玉

(江苏省南京市第十三中学，江苏 南京 210008)

笔者设计了许多新颖的小实验，特别是对儿童玩具“小风车”进行了改装，可使学生理解曲线运动的速度方向.课堂上还安排了分组实验，用涂了红墨水钢球穿过塑料管子，能让学生亲身感受曲线运动速度的方向.总而言之，本课题设计了许多有趣好玩的实验，让课堂更加生动有趣，进一步激发了学生的学习兴趣.

趣味实验;曲线运动；实验探究

1 背景分析

本课题是人教版物理必修2第五章曲线运动第一节“曲线运动”，仔细研读教材，发现教材和以往的教材有所变动，把以往的第一节内容和第二节“运动的合成与分解”整合到一节内容.从整合的形式上分析，先讲曲线运动的位移，然后讲速度，接着讲运动的合成与分解，最后讲物体做曲线运动的条件.如果按照课本的教材顺序来上这节课，内容繁多，学生完全掌握不易.从教学的角度分析，按着教材顺序很难流畅过渡，所以在整体教学设计上，需要把这节课的内容分解成两节课来讲解.

本课目标是：(1) 知道什么是曲线运动；(2) 理解曲线运动的速度方向特点，知道曲线运动是变速运动；(3) 理解物体做曲线运动的条件，知道合力方向与轨迹弯曲方向的关系.

教学重难点是：(1) 物体做曲线运动的方向的确定；(2) 物体做曲线运动的条件.

2 设计理念

本节的知识点主要围绕曲线运动的速度方向及做曲线运动的条件，设计了一个演示实验、两个分组实验.演示实验一：自制的小风车，在其顶端粘了一次性杯子的底部，在其边缘钻了4个孔.用吸管滴入水，让其转动，请大家观察水滴被甩出转盘时，其速度方向如何？实验二：在软管中放入钢珠，在纸上留下痕迹，研究小球沿切线方向滚出.学生通过亲手实验，总结出曲线运动速度的方向.实验三：在光滑水平桌面上做用线拉小球运动的实验，通过提问，由学生自主得出曲线运动的条件.

3 案例描述

3.1 曲线运动的定义

师(用PPT展示图片，引出曲线运动的概念)：汽车转弯、运动员骑车比赛、表针的转动，这些图片有什么共性呢？

生：物体的运动轨迹都是曲线.

师：物理学中定义曲线运动是运动轨迹为曲线的运动.

3.2 曲线运动速度的方向

(1) 猜测物体做曲线运动时,在某一时刻的速度方向

(2) 观看实验视频

视频1：两个朝鲜族小朋友荡秋千，视频稍作处理，荡秋千的轨迹都合成在一个界面上，请大家关注两位小朋友的运动轨迹及某一时刻速度方向.

视频2：雨滴从伞的边缘甩出，请仔细观察雨滴被甩的瞬间的速度方向.

(3) 演示实验

自制的小风车如图1，在其顶端粘了一次性杯子的底部，在其边缘钻了4个孔.在一张白纸上画一个和杯子底部一样的圆，然后把小风车放在圆的上方，用吸管滴入红墨水，让其转动，请大家仔细观察水滴被甩出转盘后在纸面上留下的轨迹，分析水滴离开圆盘边缘时，水平方向的速度.

图1

师：通过这几个实验，大家能不能猜猜做曲线运动的物体在某一时刻的速度方向？

生：质点在某一点的速度沿曲线在这点的切线方向.

师：请同学们自己用手边的仪器来设计一个实验，验证一下小球是否真的沿切线方向滚出？

器材：一根塑料软管、2个钢球、一瓶红墨水、一张白纸.

方法：在白纸上画好一个曲线，把软管一端抬高用来给钢珠提供初速度.另一端按照白纸上画好的曲线弯曲，然后在其顶端滴几滴红墨水，使钢珠在水平面上做曲线运动.可以看到染了红墨水的钢珠运动出软管口后的轨迹(如图2).

图2

生：曲线运动中,质点在某一点的速度方向,沿曲线在这一点的切线方向

师：物体做曲线运动时,速度方向是时刻改变的.曲线运动中,质点在某一点的速度方向沿曲线在这一点的切线方向，与数学中的切线概念一致.

3.3 曲线运动的性质

师：曲线运动的特点是运动轨迹是曲线，那么曲线运动的速度有没有变化呢？

生：有.

师：速度变化可分为哪几种变化呢？

生：(1) 速度方向不变、大小变；(2) 速度方向变、大小不变；(3) 速度大小、方向都变.

师：速度变化了，说明物体具有什么？

生：以上三种情况中物体都具有加速度.因为曲线运动中速度方向时刻在改变，所以曲线运动是变速运动，具有加速度.

3.4 物体做曲线运动的条件

教师演示如图3所示的实验，先让学生感受一下物体做曲线运动的合力与速度不在一条直线上，再动手做分组实验.在光滑水平桌面上用线拉小球玩，一同学负责给小球初速度，另一同学负责拉着绳子，先松开让小球运动起来，然后拉紧绳子，小球会做怎样的运动？小球不沿直线运动的原因是什么？

图3

在课堂上发现学生并没有按照笔者预设的方案进行实验,原本是希望学生通过实验，得出小球做曲线运动的条件，物体的受力方向与运动方向不共线.有学生不是把带线小球放在桌子上玩，而是直接把小球在桌面上转，让小球做圆周运动.还有学生拉着绳子让小球在空中做圆周运动.

师：有些同学拿着系着绳子的小球在桌面上转，请分析小球在桌面上做圆周运动时，受力情况是什么样的？

生：小球受重力、桌面的弹力、绳子的拉力.

师：桌面有没有摩擦力呢？

生：因为桌面较光滑，我们想忽略一下.

师：小球的合力指向哪里呢？

生：好像是指向圆周运动的圆心，不太确定.

师：那我们把小球从竖直方向和水平方向进行受力分析.竖直方向上，小球没有离开桌面，重力与桌面的弹力以及拉力在竖直方向的分力的合力是为零.在水平方向上，小球只受到绳子拉力在水平方向的分力.那么小球的合力只剩水平方向指向圆心的方向了，小球做圆周运动的速度方向怎样？

生：沿圆周运动的切线方向.

师：小球的合力方向有没有和速度方向共线？如果小球的合力方向与速度方向共线，小球怎么运动？

生：做圆周运动的小球所受合力显然不和速度方向共线.如果共线，小球会做直线运动.

总结归纳：当物体所受合力的方向与它的速度方向不在同一直线上时，物体做曲线运动.

在教学中学生的实验没有按笔者的预设进行，笔者就干脆放弃了当初的预设，抓住学生玩小球的动作，层层剖析，让学生从玩中学，自主得出小球做曲线运动的条件.

3.5 轨迹的弯曲与力的方向的关系

师生活动：用手抛出铅球，观察其运动轨迹，回答下面问题：(1) 画出它在各点的速度方向；(2) 画出它在各点的受力方向(不计空气阻力)；(3) 观察轨迹的弯曲与力的方向有什么关系？然后归纳、总结.

4 教学反思

本课教学中，安排了多个实验，目的是让学生多实践，从实验中慢慢体会曲线运动之美，学生在玩中不断思考里面的“玄机”，在放松的心态下，掌握了物理知识.有时候教师在物理教学课程中过于功利化，总是省去教学探究的过程，直接灌，然后做大量习题.学生的成绩一般不会差，但是学生的创造力、思维力、学习力在无形中不断退化.物理原本就是究万物之理，在高中物理课堂上需要我们教师多思考，多设计实验，以全方位达成课程目标.

[1] 耿碧玉.高中物理不同版本教材中的“曲线运动”内容的比较研究[D].兰州：西北师范大学，2015.

[2] 哈里德.物理学基础[M].北京：机械出版社,2002.