關于雙層齒輪組模型圓周運動問題分析的物理教學思考

高旭東

摘要：雙層齒輪組蘊含的圓周運動機理簡單巧妙，主要在于利用各個雙層齒輪大小半徑之間半徑差的樓梯式疊加實現轉速的指數式增速，且第一個齒輪的微微轉動很可能會導致最后一個齒輪的極速轉動。基于其構造的簡單性與應用的巧妙性，在圓周運動的物理教學中利用雙層齒輪組模型的內在連鎖運動機理講解圓周運動方面的知識能收到良好的課堂效果。

關鍵詞：雙層齒輪組;圓周運動;物理教學

雙層齒輪組的機械構件不僅在許多流水線大機器生產的機械運作中起著提高生產效率的作用，而且能為許多諸如電風扇之類的轉動電器以及玩具的設計帶來有價值的技術參考。

上述作為與雙層齒輪組模型有關的現實情境是圓周運動課堂中的有價值的情境引入材料來源，能激發學生的探索興趣，有利于圓周運動物理教 學的有效展開。

一、雙層齒輪組模型背后的圓周運動原理分析

二、雙層齒輪組模型在圓周運動物理教學中的應用

（一）通過情境引入打開課堂

雖然雙層齒輪組模型本身所蘊含的科技含量不是很高，但是其內在的轉速指數式增加的原理十分巧妙。手搖風扇正是用到了這方面的原理，才會有通過輕輕轉動手柄以實現扇葉的極速轉動的功效。由于關于圓周運動方面的物理教學一般是在高一下冊進行的，且那時離夏天不遠，于是教師可以以學生很可能感興趣的手搖風扇玩具為例，通過講解其內在的雙層齒輪組的運作機理來間接地講解圓周運動，能實現更好的新課引入的教學效果。

在正式講授圓周運動方面的物理概念時，教師可以先將買好的如圖所示的手搖風扇玩具展示給學生看，且展示該手搖風扇的使用方式及制冷功效（可以讓某個學生試用一下），以通過引起學生的直接注意間接引起學生對接下來所學內容的直接興趣。揭示手搖風扇背后的雙層齒輪組的圓周運動原理，然后畫出如圖 2所示的連鎖雙層齒輪圖展開圓周運動方面的探究教學。

（二）以問題為導向引導學生更好地參與課堂

（1-2）和（1-3）分別為雙層齒輪組最后一個雙層齒輪的最終推導公式（不考慮齒輪之間滑脫的情況以及串接齒輪的細桿與齒輪間的摩擦力作用），教師可以將這方面公式的推導作為圓周運動教學過程的“終極目標”，引導學生帶著問題與目標高效地參與到課堂中來。畫好如圖 2所示的連鎖雙層齒輪組之后，教師可以在其下面批注（1-2）式和（1-3）式，解釋公式的基本含義，將對于其推導過程的理解和梳理作為課堂后期的任務。

在引導學生推導這兩個公式之前，教師可通過常規的科學探究的教學手段先讓學生熟練掌握跟圓周運動有關的基本物理概念，然后引導學生利用所學知識通過自主探究及合作探究共同推導這兩個公式，最后教師展示 PPT中的關于這兩個公式的實際推導過程，通過師生間的互動討論驗證學生推導的科學性，并且通過講解幫助學生更好地鞏固所學知識。

三、結語

雙層齒輪組模型的簡單巧妙性決定了其對于機械運動器具制造的實用性，且在手搖風扇這類玩具中有所涉及。在課堂中以手搖風扇的使用為例實現情境引入有助于學生帶著直接興趣融入物理課堂，且以雙層齒輪組的運動公式推導作為后期的學習目標有助于學生帶著間接興趣參與課堂，有助于學生鞏固圓周運動方面的物理知識。直接興趣與間接興趣的雙向激發有助于全面激發學生的積極性，以此提高學生的學習效率以及教師的教學效率。

參考文獻：

[1]王協芬 .淺談創新物理教學 [J].衛星電視與寬帶多媒體，2017（22）.