“共點(diǎn)力平衡條件的應(yīng)用”課堂教學(xué)設(shè)計(jì)
高中物理新課標(biāo)在課程標(biāo)準(zhǔn)中提出:“高中物理課程有助于學(xué)生繼續(xù)學(xué)習(xí)基本的物理知識與技能;體驗(yàn)科學(xué)探究過程,了解科學(xué)研究方法;增強(qiáng)創(chuàng)新意識和實(shí)踐能力……”上述目標(biāo)依賴傳統(tǒng)的教學(xué)方式已無法實(shí)現(xiàn)。時(shí)代呼喚新的教學(xué)模式,建模教學(xué)已逐漸被許多教師廣泛采納,并表現(xiàn)出了強(qiáng)大的生命力。
物理模型是對實(shí)際問題進(jìn)行科學(xué)抽象的處理,用一種反映原物本質(zhì)特性的理想物質(zhì)或過程或假想結(jié)構(gòu),去描述實(shí)際的事物或過程。建模既是一種思維過程,又是一種思維方法,其實(shí)質(zhì)就是將隱藏在復(fù)雜物理情景中的研究對象或物理過程進(jìn)行簡化、抽象、類比、提煉甚至理想化形成雛形物理模型。這種模型是物理系統(tǒng)或物理過程概念化的表征,物理建模的目的在于正確表征物理情景。因此,建模的過程應(yīng)根植于具體的物理情境,通過物理情景中各種現(xiàn)象、過程、變量之間的描述建構(gòu)物理模型,并對模型進(jìn)行分析、討論、檢驗(yàn),形成真正物理意義上的模型,再用模型來分析、處理和解決物理問題。
將物理概念的形成、物理規(guī)律的掌握和物理問題的解決整合到物理建模和模型應(yīng)用中,這有利于促使學(xué)生對物理學(xué)的一致性、靈活性和系統(tǒng)性的理解,有利于學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)探究過程,體驗(yàn)物理概念在物理建模過程中引入的必要性。物理規(guī)律是物理建模活動的結(jié)果,物理問題的解決是物理模型的應(yīng)用,有利于學(xué)生理解并掌握物理學(xué)研究的一般方法,有利于培養(yǎng)學(xué)生勤奮善思、學(xué)以致用和對物理學(xué)持久的興趣。
在建模教學(xué)中,教師要讓學(xué)生在實(shí)際情景或創(chuàng)設(shè)的物理情景中,經(jīng)歷建立模型、完善模型、評價(jià)模型、應(yīng)用模型幾個(gè)過程,促使學(xué)生對建模過程整體性的理解,達(dá)到能獨(dú)立建模,并利用物理模型解答相關(guān)問題。
【課前預(yù)習(xí)】
(1)回顧共點(diǎn)力平衡的作用特征及遵循規(guī)律。
(2)通讀教材,把自己的疑問寫出來,帶著問題進(jìn)入課堂。
【學(xué)習(xí)目標(biāo)】
(1)理解共點(diǎn)力平衡的作用特征及遵循規(guī)律。
(2)能夠運(yùn)用共點(diǎn)力平衡條件解決生產(chǎn)和生活中常見的三力(及三力以上)平衡問題。
(3)親歷問題探究全過程,體會三角形法,正交分解等方法的恰當(dāng)選擇應(yīng)用。
(4)初步總結(jié)提煉形成解決平衡問題的基本思路和方法。
【學(xué)法指導(dǎo)】
共點(diǎn)力作用下物體的平衡問題是牛頓第二定律的應(yīng)用特例,即F=ma,其中a=0。因此,其分析思路和方法與牛頓運(yùn)動定律的應(yīng)用相同。
同學(xué)們,讓我們一起來應(yīng)用平衡條件解決兩個(gè)實(shí)際問題吧!
(1)活動一 用繩子將鳥籠掛在一根橫梁上,如下圖所示,若鳥籠重20 N,求繩子OA和OB的拉力各是多大?
導(dǎo)學(xué)問題1: 可用幾種不同的方法來求解?
導(dǎo)學(xué)問題2: 繩子拉力大小與繩長有何關(guān)系?由哪個(gè)物理量決定?
導(dǎo)學(xué)問題3: 假設(shè)每條繩子所承受最大拉力相同,逐漸增大物體質(zhì)量,哪條繩子先斷?
導(dǎo)學(xué)問題4: 假設(shè)B、O點(diǎn)不動,將A點(diǎn)向左緩慢移動,繩子拉力如何變化?
導(dǎo)學(xué)問題5: 如何來選擇繩子的粗細(xì)?
導(dǎo)學(xué)問題6: 解決三力平衡問題常用什么方法?
(2)活動二 工人在移動放在水平地面上的貨箱時(shí),通常會采用“拉”與“推”兩種方法,如下圖所示,這兩種方法的作用力方向不同:拉力斜向上,而推力斜向下。
導(dǎo)學(xué)問題1: 怎樣移動箱子較省力?
導(dǎo)學(xué)問題2: 當(dāng)角度θ等于多少時(shí),拉力F最小?
導(dǎo)學(xué)問題3: 求解平衡問題的基本思路是什么?
導(dǎo)學(xué)問題4: 在裝載貨物時(shí),工人往往借助一斜面將貨物推上汽車,模型如下圖所示,使用這個(gè)斜面能省多少力?
工人要把重為1000 N的貨物沿斜面推到頂端,斜面長5 m,高為3 m。貨物與斜面間動摩擦因數(shù)是0.3。假定推力方向始終與板面平行,求工人在搬運(yùn)中推力至少為多少?
綜上所述,在倡導(dǎo)自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí)的今天,課堂教學(xué)中的學(xué)案設(shè)計(jì)被許多學(xué)校采用。筆者認(rèn)為學(xué)案設(shè)計(jì)必須體現(xiàn)學(xué)科特點(diǎn),學(xué)案設(shè)計(jì)不同于教案和練習(xí),學(xué)案設(shè)計(jì)一定要突出導(dǎo)學(xué)、導(dǎo)思、導(dǎo)用功能,學(xué)案設(shè)計(jì)要符合學(xué)生已有的認(rèn)知能力。