高旭东

摘要：双层齿轮组蕴含的圆周运动机理简单巧妙，主要在于利用各个双层齿轮大小半径之间半径差的楼梯式叠加实现转速的指数式增速，且第一个齿轮的微微转动很可能会导致最后一个齿轮的极速转动。基于其构造的简单性与应用的巧妙性，在圆周运动的物理教学中利用双层齿轮组模型的内在连锁运动机理讲解圆周运动方面的知识能收到良好的课堂效果。

关键词：双层齿轮组;圆周运动;物理教学

双层齿轮组的机械构件不仅在许多流水线大机器生产的机械运作中起着提高生产效率的作用，而且能为许多诸如电风扇之类的转动电器以及玩具的设计带来有价值的技术参考。

上述作为与双层齿轮组模型有關的现实情境是圆周运动课堂中的有价值的情境引入材料来源，能激发学生的探索兴趣，有利于圆周运动物理教 学的有效展开。

一、双层齿轮组模型背后的圆周运动原理分析

二、双层齿轮组模型在圆周运动物理教学中的应用

（一）通过情境引入打开课堂

虽然双层齿轮组模型本身所蕴含的科技含量不是很高，但是其内在的转速指数式增加的原理十分巧妙。手摇风扇正是用到了这方面的原理，才会有通过轻轻转动手柄以实现扇叶的极速转动的功效。由于关于圆周运动方面的物理教学一般是在高一下册进行的，且那时离夏天不远，于是教师可以以学生很可能感兴趣的手摇风扇玩具为例，通过讲解其内在的双层齿轮组的运作机理来间接地讲解圆周运动，能实现更好的新课引入的教学效果。

在正式讲授圆周运动方面的物理概念时，教师可以先将买好的如图所示的手摇风扇玩具展示给学生看，且展示该手摇风扇的使用方式及制冷功效（可以让某个学生试用一下），以通过引起学生的直接注意间接引起学生对接下来所学内容的直接兴趣。揭示手摇风扇背后的双层齿轮组的圆周运动原理，然后画出如图 2所示的连锁双层齿轮图展开圆周运动方面的探究教学。

（二）以问题为导向引导学生更好地参与课堂

（1-2）和（1-3）分别为双层齿轮组最后一个双层齿轮的最终推导公式（不考虑齿轮之间滑脱的情况以及串接齿轮的细杆与齿轮间的摩擦力作用），教师可以将这方面公式的推导作为圆周运动教学过程的“终极目标”，引导学生带着问题与目标高效地参与到课堂中来。画好如图 2所示的连锁双层齿轮组之后，教师可以在其下面批注（1-2）式和（1-3）式，解释公式的基本含义，将对于其推导过程的理解和梳理作为课堂后期的任务。

在引导学生推导这两个公式之前，教师可通过常规的科学探究的教学手段先让学生熟练掌握跟圆周运动有关的基本物理概念，然后引导学生利用所学知识通过自主探究及合作探究共同推导这两个公式，最后教师展示 PPT中的关于这两个公式的实际推导过程，通过师生间的互动讨论验证学生推导的科学性，并且通过讲解帮助学生更好地巩固所学知识。

三、结语

双层齿轮组模型的简单巧妙性决定了其对于机械运动器具制造的实用性，且在手摇风扇这类玩具中有所涉及。在课堂中以手摇风扇的使用为例实现情境引入有助于学生带着直接兴趣融入物理课堂，且以双层齿轮组的运动公式推导作为后期的学习目标有助于学生带着间接兴趣参与课堂，有助于学生巩固圆周运动方面的物理知识。直接兴趣与间接兴趣的双向激发有助于全面激发学生的积极性，以此提高学生的学习效率以及教师的教学效率。

参考文献：

[1]王协芬 .浅谈创新物理教学 [J].卫星电视与宽带多媒体，2017（22）.