教学目标
知识目标
1、知道只受重力作用,以一定的初速度水平抛出的运动,是平抛运动.了解平抛运动的定义及特点,它是本节的基础内容.
2、复习曲线运动的条件,理解平抛运动是匀变速曲线运动,使学生理解匀变速运动不一定是直线运动,还可以是曲线运动.
3、掌握研究平抛运动的方法,在学生已有的直线运动和运动合成的知识基础上,将平抛运动分解为水平的匀速运动,竖直的自由落体运动.利用匀速运动和自由落体运动规律,由合成的知识得出乎抛运动的规律,运动轨迹.
能力目标
训练逻辑推理能力,分析综合能力,以及培养学生解决实际问题的能力.
情感目标:
采用多媒体,培养学生学习的兴趣;通过课堂讨论,培养学生的团结精神.
教学建议
教材分析
教材开门见山,给出平抛物体运动的定义,通过演示实验和频闪照片引出平抛物体运动的处理方法,接着讨论平抛物体运动的规律,最后通过例题加以巩固落实,同时又附有思考和讨论及课外小实验,比较便于学生的理解和掌握.
教法建议以及教学重点难点
教法建议
平抛的规律是本章的重点知识,物体的运动按路径分为直线运动和曲线运动.平抛物体运动是曲线运动的一个重要模型,同时也是同学们首次研究曲线运动.要结合教学课件和演示实验,通过同学的讨论达到教学目的.引导同学利用运动会成与分解的知识将平抛运动分解为水平的匀速运动,竖直的自由落体运动,利用匀速运动和自由落体运动规律,由合成的知识得出平抛运动的规律.这是研究曲线运动的基本方法,化曲为直,化繁为简.掌握位移和速度公式,轨迹方程.培养自主学习能力.
教学重点,难点:
教学重要的是教给学生方法,培养能力.平抛的教学重点是利用运动合成与分解的方法将平抛运动分解为水平的匀速运动,竖直的自由落体运动.再利用合成知识求平抛运动的位移及速度.这也是难点.
教学设计方案
一、平抛运动
引入:粉笔头从桌面边缘水平飞出,观察粉笔头在空中的运动
定义:物体以一定的初速度沿水平方向抛出,物体只受重力的作用,这样的运动叫平抛运动.
学生举例;可看作平抛运动的生活事例.
二、平抛运动的规律:
(一)介绍水平竖落仪.演示:两小球同时从同高处落下,一小球自由落体,一小球平抛,它们总是同时落地
(二)用录像放慢动作,两小球同时从同一高处落下,任何时刻总在同一高度,说明平抛运动在竖直方向的分运动是自由落体运动.
(三)利用课件1:引导分析水平方向:不受力,初速度,做匀速直线运动
(四)利用课件2:平抛运动及两个分运动的闪光照片,进一步说明:平抛运动在竖直方向做自由落体运动,水平方向做匀速直线运动.
(五)引导同学推导规律:建立直角坐标系,以抛出点为坐标原点,初速度方向为轴正向,竖直方向向下为轴正向.
学生导出
1、平抛物体在时刻的瞬时速度:
水平方向:
竖直方向:
平抛物体在时刻的的速度大小:
平抛物体在时刻的速度方向:与水平方向的夹角为,则:
2、平抛物体在时刻的位移:
水平方向:
竖直方向:
平抛物体的位移大小:
平抛物体的位移方向:与水平方向的夹角为,则:
3、消去时间,轨迹:是抛物线
(六)讨论:
l)平抛运动物体的飞行时间由什么量决定?
2)平抛运动物体的水平飞行距离由什么量决定?
3)平抛运动物体的落地速度由什么量决定?
……
探究活动
如何测得平抛运动物体的初速度
课外小实验:让橡皮从桌子上水平抛出,如何得出其初速度?
【提示】实验目的测平抛的初速度,解决方法例用平抛规律,由高度求出时间,所以要测桌子高度.利用水平位移求出初速度,所以要测水平射程.
【思考】根据平抛运动的知识,若想求出初速度,还有什么方法?需要已知什么条件?
教学目标
知识目标
1、知道只受重力作用,以一定的初速度水平抛出的运动,是平抛运动.了解平抛运动的定义及特点,它是本节的基础内容.
2、复习曲线运动的条件,理解平抛运动是匀变速曲线运动,使学生理解匀变速运动不一定是直线运动,还可以是曲线运动.
3、掌握研究平抛运动的方法,在学生已有的直线运动和运动合成的知识基础上,将平抛运动分解为水平的匀速运动,竖直的自由落体运动.利用匀速运动和自由落体运动规律,由合成的知识得出乎抛运动的规律,运动轨迹.
能力目标
训练逻辑推理能力,分析综合能力,以及培养学生解决实际问题的能力.
情感目标:
采用多媒体,培养学生学习的兴趣;通过课堂讨论,培养学生的团结精神.
教学建议
教材分析
教材开门见山,给出平抛物体运动的定义,通过演示实验和频闪照片引出平抛物体运动的处理方法,接着讨论平抛物体运动的规律,最后通过例题加以巩固落实,同时又附有思考和讨论及课外小实验,比较便于学生的理解和掌握.
教法建议以及教学重点难点
教法建议
平抛的规律是本章的重点知识,物体的运动按路径分为直线运动和曲线运动.平抛物体运动是曲线运动的一个重要模型,同时也是同学们首次研究曲线运动.要结合教学课件和演示实验,通过同学的讨论达到教学目的.引导同学利用运动会成与分解的知识将平抛运动分解为水平的匀速运动,竖直的自由落体运动,利用匀速运动和自由落体运动规律,由合成的知识得出平抛运动的规律.这是研究曲线运动的基本方法,化曲为直,化繁为简.掌握位移和速度公式,轨迹方程.培养自主学习能力.
教学重点,难点:
教学重要的是教给学生方法,培养能力.平抛的教学重点是利用运动合成与分解的方法将平抛运动分解为水平的匀速运动,竖直的自由落体运动.再利用合成知识求平抛运动的位移及速度.这也是难点.
教学设计方案
一、平抛运动
引入:粉笔头从桌面边缘水平飞出,观察粉笔头在空中的运动
定义:物体以一定的初速度沿水平方向抛出,物体只受重力的作用,这样的运动叫平抛运动.
学生举例;可看作平抛运动的生活事例.
二、平抛运动的规律:
(一)介绍水平竖落仪.演示:两小球同时从同高处落下,一小球自由落体,一小球平抛,它们总是同时落地
(二)用录像放慢动作,两小球同时从同一高处落下,任何时刻总在同一高度,说明平抛运动在竖直方向的分运动是自由落体运动.
(三)利用课件1:引导分析水平方向:不受力,初速度,做匀速直线运动
(四)利用课件2:平抛运动及两个分运动的闪光照片,进一步说明:平抛运动在竖直方向做自由落体运动,水平方向做匀速直线运动.
(五)引导同学推导规律:建立直角坐标系,以抛出点为坐标原点,初速度方向为轴正向,竖直方向向下为轴正向.
学生导出
1、平抛物体在时刻的瞬时速度:
水平方向:
竖直方向:
平抛物体在时刻的的速度大小:
平抛物体在时刻的速度方向:与水平方向的夹角为,则:
2、平抛物体在时刻的位移:
水平方向:
竖直方向:
平抛物体的位移大小:
平抛物体的位移方向:与水平方向的夹角为,则:
3、消去时间,轨迹:是抛物线
(六)讨论:
l)平抛运动物体的飞行时间由什么量决定?
2)平抛运动物体的水平飞行距离由什么量决定?
3)平抛运动物体的落地速度由什么量决定?
……
探究活动
如何测得平抛运动物体的初速度
课外小实验:让橡皮从桌子上水平抛出,如何得出其初速度?
【提示】实验目的测平抛的初速度,解决方法例用平抛规律,由高度求出时间,所以要测桌子高度.利用水平位移求出初速度,所以要测水平射程.
【思考】根据平抛运动的知识,若想求出初速度,还有什么方法?需要已知什么条件?
教学目标
知识目标
(1)认识运动状态的改变是指速度的改变,速度的改变包括速度大小和速度方向的改变;
(2)理解力是产生加速度的原因;
(3)理解质量是惯性大小的量度.
能力目标
培养学生严谨的逻辑推理能力;通过对大量实例的分析,培养学生归纳、综合能力.
情感目标
善于思考、善于总结,把物理与实际生活紧密结合.
教学建议
教材分析
本节主要要讲清三个问题:物体运动状态由哪个物理量来标志,什么能说明物体运动状态改变了;力是改变物体速度的原因,那么力就是物体产生加速度的原因;为什么说质量是惯性大小的量度.
教法建议
1、在讲物体运动状态变化时,注意强调速度大小不变、方向改变这种情况,例如直线折反、转弯.这时速度变化了,一定有加速度产生.
2、质量是惯性大小的量度这一观点是定性分析给出的,所以理解起来有一定的难度.在教学中要抓住惯性这一概念为切入点去分析,不要让学生感到太突然,找不到分析思路.
3、多分析实例,增强学生的感性认识.
教学设计示例
教学重点:力是产生加速度的原因;质量是惯性大小的量度.
教学难点:质量是惯性大小的量度.
示例:
一、力是产生加速度的原因
1、速度是描述物体运动状态的物理量.
2、物体的运动状态变化
注意:象物体做沿同一直线的往复运动,或沿曲线转弯等运动时,只要其速度方向变化,物体的运动状态就要发生变化,此时物体将具有加速度.
力是改变物体速度的原因——→力是改变物体运动状态的原因
3、力是产生加速度的原因
4、上节课所举的部分例子重新分析
二、质量是物体惯性大小的量度
1、分析:
力是改变物体速度的原因、惯性是物体保持原来速度的性质——→讨论物体惯性大小的方法是在相同力的作用下,对比产生加速度的大小.产生加速度越大,表示物体惯性越小.
2、举例分析:见书49页的例子.
3、结论:质量是物体惯性大小的量度.
4、惯性的利与弊:让学生看书并讨论
探究活动
题目:生活中的惯性现象
组织:小组或个人
方案:搜集“生活中的惯性现象”的示例并加以分析和评价,写出小论文.
评价:可锻炼学生的观察能力,分析、表达能力.
教学目标
知识目标
通过学习物理学史的知识,使学生了解地心说(托勒密)和日心说(哥白尼)分别以不同的参照物观察天体运动的观点;通过学习开普勒对行星运动的描述,了解牛顿是通过总结前人的经验的基础上提出了万有引力定律.
能力目标
通过学生的阅读使学生知道开普勒对行星运动的描述;
情感目标
使学生在了解地心说和日心说两种不同的观点,也使学生懂得科学的道路并不是平坦的光明大道,也是要通过斗争,甚至会付出生命的代价;
说明:
1、日心、地心学说及两者之间的争论有许多内容可向学生介绍,教材为了简单明了地简述开普勒关于行星运动的规律,没有过多地叙述这些内容.教学中可根据学生的实际情况加以补充.
2、这一节的教学除向学生介绍日心、地心学说之争外,还要注意向学生说明古时候人们总是认为天体做匀速圆周运动是由于它遵循的运动规律与地面上物体运动的规律不同.
3.学习这一节的主要目的是为了下一节推导万有引力定律做铺垫,因此教材中没有过重地讲述开普勒的三大定律,而是将三大定律的内容综合在一起加以说明,节后也没有安排练习.希望老师能合理地安排这一节的教学.
教学建议
教材分析
本节教材首先让学生在上课前准备大量的资料并进行阅读,如:第谷在1572年时发现在仙后座中有一颗很亮的新星,从此连续十几个月观察这颗星从明亮到消失的过程,并用仪器定位确证是恒星(后称第谷星,是银河系一颗超新星),打破了历来“恒星不变”的学说.伽利略开创了以实验事实为基础并具有严密逻辑体系和数学表述形式的近代科学.为推翻以亚里士多德为旗号的经院哲学对科学的禁锢、改变与加深人类对物质运动和宇宙的科学认识而奋斗了一生,因此被誉为“近代科学之父”.开普勒幼年时期的不幸,通过自身不懈的努力完成了第谷未完成的工作.这些物理学家的有关资料可以帮助学生在了解万有引力定律发现的过程中体会科学家们追求真理、实事求是、不畏强权的精神.
教法建议
具体授课中教师可以用故事的形式讲述.也可通过放资料片和图片的形式讲述.也可大胆的让学生进行发言.
在讲授“日心说”和“地心说”时,先不要否定“地心说”,让学生了解托勒密巧妙的解释,同时让学生明白哥白尼的理论推翻了统治人类长达一千余年的地球是宇宙中心的“地心说”理论,为宣传和捍卫这一学说,意大利的思想家布鲁诺惨遭烧死,伽利略也为此受到残酷迫害.不必给结论,让学生自行得出结论.
典型例题
关于开普勒的三大定律
例1月球环绕地球运动的轨道半径约为地球半径的60倍,运行周期约为27天。应用开普勒定律计算:在赤道平面内离地面多少高度,人造地球卫星可以随地球一起转动,就像停留在无空中不动一样.
分析:月球和人造地球卫星都在环绕地球运动,根据开普勒第三定律,它们运行轨道的半径的三次方跟圆周运动周期的二次方的比值都是相等的.
解:设人造地球卫星运行半径为R,周期为T,根据开普勒第三定律有:
同理设月球轨道半径为,周期为,也有:
由以上两式可得:
在赤道平面内离地面高度:
km
点评:随地球一起转动,就好像停留在天空中的卫星,通常称之为定点卫星.它们离地面的高度是一个确定的值,不能随意变动。
利用月相求解月球公转周期
例2若近似认为月球绕地球公转与地球绕日公转的轨道在同一平面内,且都为正圆.又知这两种转动同向,如图所示,月相变化的周期为29.5天(图是相继两次满月,月、地、日相对位置示意图).
解:月球公转(2π+)用了29.5天.
故转过2π只用天.
由地球公转知.
所以=27.3天.
例3如图所示,A、B、C是在地球大气层外的圆形轨道上运行的三颗人造地球卫星,下列说法中正确的是哪个?()
A.B、C的线速度相等,且大于A的线速度
B.B、C的周期相等,且大于A的周期
C.B、C的向心加速度相等,且大于A的向心加速度
D.若C的速率增大可追上同一轨道上的B
分析:由卫星线速度公式可以判断出,因而选项A是错误的.
由卫星运行周期公式,可以判断出,故选项B是正确的.
卫星的向心加速度是万有引力作用于卫星上产生的,由,可知,因而选项C是错误的.
若使卫星C速率增大,则必然会导致卫星C偏离原轨道,它不可能追上卫星B,故D也是错误的.
解:本题正确选项为B。
点评:由于人造地球卫星在轨道上运行时,所需要的向心力是由万有引力提供的,若由于某种原因,使卫星的速度增大。则所需要的向心力也必然会增加,而万有引力在轨道不变的时候,是不可能增加的,这样卫星由于所需要的向心力大于外界所提供的向心力而会作离心运动。
探究活动
1、观察月亮的运动现象.
2、观察日出现象.
教学目标
一、知识目标
1、知道什么叫共点力作用下的平衡状态.
2、掌握共点力的平衡条件.
3、会用共点力的平衡条件解决有关平衡问题.
二、能力目标
1、培养学生应用力的矢量合成法则平行四边形定则进行力的合成、力的分解的能力.
2、培养学生全面分析问题的能力和推理能力.
三、情感目标
1、教会学生用辨证观点看问题,体会团结协助.
教学建议
教材分析
1、通过实际(生产生活中)的例子来说明怎样的状态是平衡状态,使学生全面理解平衡状态——静止或匀速直线运动.
2、共点力作用下物体的平衡条件在实际中的应用,是本节课教学的重点.对于不同类型的平衡问题,如何依据平衡条件建立方程,对于学生来说是学习中的难点.(平衡系统中取一个物体为研究对象,即隔离体法处理;取二以上物体为研究对象,即整体法处理.建立方程时可利用矢量三角形法或多边形法的合成和正交分解法来处理.)
教法建议
1、本节例题的教学重在引导学生学习分析方法.由于学生已经掌握了动力学问题的一般分析方法,教学时可先回顾动力学问题的分析方法,然后引导学生迁移到静力学问题中去.
2、本节例题代表了两种典型的静力学问题.建议教学中引导学生做出小结.
教学设计方案
第一节共点力作用下物体的平衡
一、平衡状态
如果物体保持静止或者做匀速直线运动,则这个物体处于平衡状态.由此可见,平衡状态分两种情况:一种是静态平衡状态,此时,物体运动的速度,物体的加速度;另一种是动态平衡,此时,物体运动的速度,物体的加速度.
注意:
1、物体的瞬时速度为零时,物体不一定处于平衡状态.例如,将物体竖直上抛,物体上升到最高点时,其瞬时速度,但物体并不能保持静止状态,物体在重力作用下将向下运动,由牛顿第二定律可得,物体此时的加速度,只有当物体能保持静止状态即其加速度也为零,物体才是处于静平衡状态.
2、物理中的缓慢移动可认为物体的移动速度很小,即要多小有多小,故可认为其移动速度趋于零,因此,习题中出现“缓慢移动”都可理解为物体处于动态平衡状态.
二、共点力
如果几个力的作用点相同,或作用线(或反向延长线)交于一点,这几个力就叫做共点力.
三、共点力的平衡条件
从牛顿第二定律知道,当物体所受合力为零时,加速度为零,物体将保持静止或者做匀速直线运动,即物体处于平衡状态,因此,在共点力作用下物体的平衡条件是合力为零,即.
解题的基本思路和方法:
解物体的平衡问题的程序是:确定平衡体,作出受力图,正交分解好,定向列方程.
第一步确定研究对象,根据题意将处于平衡状态的物体或结点作为研究对象,通常用隔离体法将确定的研究对象从它所处的环境中隔离出来.但有时要将研究对象连同它的关联物一起作为研究系统(整体法),反而运算方便,请注意研究下文将要给出的例题.
第二步进行受力分析,作出研究对象的受力图.这一步是解题成败之关键,务必细致周到,不多不漏.(判断分析的力是不是正确,可用假定拆除法和条件法来处理)
第三步建立坐标系或规定正方向.如何建立合适的坐标系,要看问题的已知量、未知量而定.原则是要使力与坐标轴的夹角简单而明确,这样可使方程明快.坐标设置不当,会引起需要使用三角中的和差化积、半角倍角公式等运算工具,使计算大为繁冗.一般选未知量的方向为坐标系的正方向为宜,建立坐标系后,把不在坐标轴上的力用正交分解法分解到坐标轴上,并画出其分力的准确图示备用.
第四步根据物体平衡的充要条件列出平衡方程组,运算求解.对结论进行评估.必要时对结论进行讨论.
探究活动
重心与平衡
活动内容:探讨重心与平衡的知识在实际生活中的应用.
活动目的:
1、了解考虑物体重心的意义,知道找物体重心的方法.
2、了解物体的平衡状态、平衡位置.知道不同平衡位置的稳定性不同,稳定性与重心的关系及在生活中的实际应用.
3、激发学生爱科学、学科学的兴趣;培养运用物理知识,分析、解决实际问题的能力.
活动准备:
长方形的塑料尺、心形卡片、中空的管子(圆环)、烟盒、奶瓶、细竹竿、硬币、梯形皮包、支架及茶杯、走索演员在一根高空钢丝上表演的投影片,在绳索上驾驶摩托车下挂载人“车厢”的投影片.
活动过程:
科学讲座,并进行讨论与思考
①你能回答老师给你提出的问题吗?
②你觉得重心和平衡的知识在生活中的应用广泛吗?你能举出实例吗?物理学中的其它知识呢?
1、分析确定重心的问题
重心是重力在物体上的作用点也就是物体各部分所受重力的合力的作用点.
为什么要考虑物体的重心呢?当我们希望一个物体保持平衡时,就要用到重心的概念.例如,这里有一把尺子,为了把尺子支撑住,有一个办法就是把它放在桌子上.这时,桌子向尺子的各个部分都施加了支撑力,但是尺子的重力也可以被看作只作用在重心上.我们可以把一个手指尖放在尺子重心的下面,这时,仅仅支在一个点上就能把尺子支撑起来.你可以用手指尖按照上述办法使尺子保持平衡.下面,我们将用平衡点作为重心的别名.
①你可以用实验的方法来寻找尺子的平衡点.首先,把尺子放在互相隔开的两个食指尖上.然后,慢慢地让两个手指向一起靠拢,方法是先移动一个手指,再移动另一个手指.最后,这两个食指将在尺子的中点处靠在一块.于是,平衡点就是尺子的中点.就是那些非均匀物体,也可以用这种滑动手指的方法找到它们的平衡点.你可以采用同样的方法,试着找出铅笔、钢笔和高尔夫球棒的重心.你将会很容易地找到这些物体的平衡点.但是,在这些情况下手指每次应向前移动多少,可能估计得不很恰当.你可以先用一把扫帚试着估计一下,然后再进行实验.
②寻找不规则形状物的重心,还有一种方法可供使用.如寻找一个心形卡片重心的方法是用两个手指轻轻地把心形卡片捏起来,卡片就会前后摆动起来,最终它将静止下来.当卡片静止后,通过手捏卡片的那个点在卡片上画一条铅垂线.用手指在另外一点(这点不应在刚才画的那条铅垂线上)把卡片捏起来,待卡片静止后,再画一条铅垂线.这两条线相交的那一点,就是心形卡片的重心或平衡点.当你把手指支在这一点的下面,就可以把卡片平衡地支撑起来.
③任何物体都有一个重心.人的重心大约是在肚脐的后面、身体的中心处.假设让一个人躺在跷跷板上,让他的肚脐恰好在跷跷板支撑点的上方,这样,人体通常能够达到平衡,跷跷板的两端都将不接触地面.
④一段中空的管子,重心位于管的空心内,而不是在制作这管子的材料(管壁)上.这是与重心的定义相符合的.重心不一定要位于物体内.如果你试着使一段管子或圆环达到平衡,你可以用手指支撑它们的外侧,这是一种不稳定的平衡状态.如果一段管子处于竖直状态或圆环是处在水平状态(即它们的圆形截面处在水平面内),又要用一个手指支撑它们,就必须用一块硬纸板托在圆环(或管子)下面,再用手指支在纸板上即可.
任何物体的形状和物质结构的改变,都可以使它的重心发生移动.当我们把尺子从一端削掉一段之后,尺子余下部分的重心,就移动到新的位置了.与此相似,如果在尺子的一端粘上一团油灰,尺子也有一个新的平衡点.试问,平衡点是朝油灰移动,还是朝相反方向移动?
2、探讨物体平衡的问题
对于一个物体来说,当共点力的合力为零时,我们就说该物体是处于平衡状态.
①例如在地板上放着电冰箱、电冰箱受到重力和支持力的合力为零,我就说,电冰箱是处于平衡状态.在地面上的任何静止的物体,都是处于平衡状态.
②桌面上的某个物体,在外力作用下作变速运动,这物体便不是处于平衡状态.在这种情况下,重力方向仍然是与支持力的方向相反,但是使物体作变速运动的外力却是水平方向的.
③根据物体形状的不同,各种物体可以有一个或更多个平衡位置.让我们把一枚硬币放在水平的桌面上,它有两种平衡位置:让硬币的某个平面接触桌面,这是一种平衡位置,把硬币立起来,让它的侧面接触桌面,这是另一种平衡位置.请注意,硬币有两个平面,我们把它们看作是一种平衡位置;让硬币的侧面接触桌面,使它达到平衡,这种平衡位置可以有无数种情况,但我们都把它们看成是一种平衡位置.我们再以烟盒为例,说明怎样分析物体的平衡位置.把烟盒放在水平的桌面上,它有三种平衡位置:一种平衡位置是让烟盒底面(或者顶面)接触桌面;第二种平衡位置是让烟盒后面(或者前面)接触桌面;第三种平衡位置是让烟盒的一个端面(或者另一个端面)接触桌面.你能举出一个具有四种平衡位置的物体来吗?
④假设某个物体处于非平衡位置,当人们把它放开以后,它将朝着平衡位置运动.让我们手持一个烟盒,在桌子上方将烟盒松开,它将落在桌面上,并将迅速地静立在烟盒的某个面上.当我们做这个实验时,你怎样放开烟盒是没有关系的;不管你是在怎样的状态下放开烟盒,它总是要达到某个平衡位置.我们还可以手执一枚硬币将它放下,硬币落到桌面上以后,也会达到它的某一平衡状态.
⑤并非所有的平衡位置都相同,各种平衡位置之间的差异,是它们的稳定性不同.
3、讲解稳定平衡问题
①迫使一物体产生一个很小的位置移动或运动,在引起一阵摆动以后,它最终将回到原来的平衡位置,这物体便处于稳定平衡状态.
桌上放着一个直立的奶瓶,当我们轻轻地推一下瓶的颈部,它便会前后摆动,但最终将回到原来的直立位置.
②与稳定平衡相对立的是不稳定平衡.如果使物体产生一个很小的位置移动或运动,它未能引起摆动,则该物体处于不稳平衡状态.随之而来的,是这物体将发生运动,到达另一个平衡位置.例如,一枚硬币,当它的平面接触桌面时,要比它的周边接触桌面有较好的稳定性.当你极其轻微地碰一下硬币时,它将前后摆动,但最后硬币仍回到原来的平衡位置.当然,如果你用大一点的力碰它,它将会翻倒,变成硬币平面接触桌面.
假设你现在使一根针或一根细竹竿直立,并可能使它达到平衡,这时,它是处在不稳平衡位置.当我们给它施加一个极微弱的力时,这根针或细竹竿将会倒下来,达到整个长度都接触地面的新的平衡状态.
③哪些因素决定了物体的稳定程度呢?一个因素是支持面的大小.当支持面大时,平衡的稳定性也增大.例如,一个长方体的桶,当它放倒时,比它直立时的稳定性要好.再举一个例子,有一种冰淇淋盒是圆锥形的,当盒里没有装入冰淇淋时,我们将杯口朝下放在桌上,这时它的稳定性较好;但如果将它锥体的尖端朝下放置,冰淇淋盒的稳定性则很差.实际上,如果圆锥体的尖端朝下而且达到平衡,它是处于不稳平衡状态,这正像任何其它物体平衡于一个点或一个角上,也都属于不稳平衡状态.
④决定物体稳定性的另一个因素是重心相对于支持面(或支持点)的位置.一个物体,它的重心越低、越是接近支持面,则稳定性越好.我们可举这样一个例子,一个普通梯形皮包,倒放时比正放时的重心位置要高.试问:在这种情况下,重心各在哪里?
近年来的赛车,为了降低所使用的赛车的重心高度,制造出了更加低矮的“低悬挂”型赛车.对于低悬挂型的赛车来说,由于以下的各种原因可能造成的翻车事故,是不大容易发生的:赛车在侧向气流作用下而翻车;在和其它车碰撞后而翻车;以及赛车本身由于某种原因而产生了横滑所造成的翻车.换句话说,由于低悬挂型赛车在正常行驶状态时重心极低,要把它弄翻,从正常的平衡状态,翻到车的侧面着地或车的顶面着地的另一个平衡状态,是不太容易的.
⑤假设一个物体的重心是在物体支持面的底下,那么,这个物体的稳定性是很强的.把一个茶杯吊挂在钩子上,如上图所示.就是稳定平衡的一例.如果你把这茶杯推一下,也不管你是怎样推法,那么最终这茶杯必然要恢复到原来的稳定平衡状态上.
走索演员在一根高空钢丝上表演的时候,重心总是在支持面上的,而支持面又很小,怎样保持稳定性呢?它是通过调整姿态,使重心总是在支持面的正上方而保持平衡的.一般的走索演员在表演时要手持一根长长的平衡杆,主要通过调整平衡杆的位置来调整整体重心的位置,以保持平衡.有经验的演员,则可以不要平衡杆,通过自己的身体姿态进行调整,而使身体的重心保持在钢丝绳的正上方.
活动小结
本科学讲座以丰富多彩的生活实际展示了物体重心、平衡等问题,开阔了学生视野.只要学生养成良好习惯,做一个有心人,善于观察,勤于思考,就会弄懂很多科学道理,并运用所学的知识去创造更加美好的生活!
教学目标
知识目标
1、理解平均速度的概念:
(1)知道平均速度是粗略描述变速运动的快慢的物理量.
(2)理解平均速度的定义,知道在不同的时间内或不同的位移上的平均速度一般是不同的.
(3)会用平均速度的公式解答有关的问题.
2、理解瞬时速度的概念
(1)知道瞬时速度是精确描述变速运动快慢和方向的物理量.
(2)知道瞬时速度是物体在某一时刻的速度或在某一位置时的速度.
3、理解用比值法定义物理量的方法.
能力目标
培养学生自主学习的能力.
情感目标
培养学生认真思考问题的习惯.
教学建议
教材分析
速度的定义是高中物理中第一次向学生介绍用比值定义物理量的方法,教材的讲述比较详细,通过两种通俗的比较运动快慢的方法,过渡到一个统一标准,自然地给出比值法定义速度.对平均速度和瞬时速度的讲述也非常便于学生的接受,且适时给出了速率的概念;课后给出的“阅读材料”和“做一做”对加深概念的理解和扩展思维有很大的好处.
教法建议
在学生看书自学的基础上,启发学生,要让学生参与速度的定义过程,通过一些讨论突破瞬时速度这个难点,配合一些多媒体资料加深理解和巩固.在引入速度概念时,也可采用,给出两个具体的匀速直线运动的实例,让同学体会,介绍一种运动要抓住其本质,本质应是相对不变的,位移是变化的,时间是变化的,观察位移与时间的比值,此比值是不变的.分析比值的含义,由此得到速度的定义.讲述平均速度时,最好给出一个具体的实例来说明.
教学设计示例
教学重点:速度的定义,平均速度,瞬时速度的理解.
教学难点:对瞬时速度的理解.
主要设计:
一、速度:
【方案一】
1、提问:在百米赛跑中,如何比较运动员跑得快慢?
(展示媒体资料:运动会上百米赛跑的资料)
2、提问:两辆汽车都行驶2h,如何比较哪辆车更快?
3、提问:如果两物体运动的时间不同,发生的位移也不同,如何比较它们谁运动的更快?
4、提问:什么叫速度?速度的物理意义?速度的单位?速度的方向?
5、讨论:如何在位移图像中求速度.
【方案二】
1、给出如图所示的甲、乙两辆汽车做匀速直线情况,请同学观察它们的特点.
2、引导同学思考与讨论:
(1)如何向别人介绍这两个的运动?谁运动得更快?
(2)只比较两车的位移,或只比较两车的运动时间,能知道哪辆车运动底快吗?为什么?
(3)引导:在介绍某一事物时要抓住其本质,本质应是相对不变的.位移是变化的、时间是变化的,观察位移与时间的比值,此比值是不变的,分析比值的含义,得到速度的定义.
3、讨论速度的单位、矢量性等.
4、讨论:如何利用位移图像求速度.
二、平均速度和瞬时速度:
(一)平均速度:
1、提问:匀速直线运动的速度有什么特点?
2、提问:如何粗略地描述变速直线运动的快慢?什么叫平均速度?
3、提问:在百米跑的过程中,前半程和后半程的平均速度相同吗?
4、练习:在百米跑的过程中,某运动员10s钟到达终点,观察记录得知,他跑到50m处时,用时5.5s.经过5s时跑到45m处,分别求全程的平均速度、前半程和后半程的平均速度、前一半时间和后一半时间的平均速度.
(二)瞬时速度:
1、引导启发:某人静止在A位置,与慢走经过A位置,或快跑经过A位置,情况是不同的(运动状态不同),这种不同需要用瞬时速度来描述,第一种情况瞬时速度为零,第二种情况的瞬时速度小于第三种情况的瞬时速度.
2、引导启发:百米赛跑运动员,若全程用10s,则10s内的平均速度为10m/s,若测出每一秒内的位移,如第1秒内的位移为8m,则m/s,第二秒内的位移为9m,则m/s,第3秒内的位移为11m,则m/s,这样对运动员的情况就了解得比较细致了,若能知道每个0.1s内的位移,则对运动情况的了解就更细致了,若能知道每个0.01s内的位移,则对运动情况的了解就更细致了.要更精确的掌握物体的运动情况,则需要知道物体各个时刻的速度.
3、提问:什么叫瞬时速度?什么叫速率?
4、展示多媒体资料:汽车速度计及理程计,让瞬时速度的概念更加具体化.
5、练习书后“做一做”,模拟打点计时器.
探究活动
请你想办法测量下列物体运动时的平均速率:
1、人走路时的情况.
2、人骑自行车时的情况.
3、某人在运动会上400m跑时的情况.
4、公共汽车运行时的情况.
并思考:平均速率与平均速度有什么不同?
教学目标
知识目标
1、知道曲线运动是一种变速运动,它在某点的瞬时速度方向在曲线这一点的切线上.
2、理解物体做曲线运动的条件是所受合外力与初速度不在同一直线上.
能力目标
培养学生观察实验和分析推理的能力.
情感目标
激发学生学习兴趣,培养学生探究物理问题的习惯.
教学建议
教材分析
本节教材主要有两个知识点:曲线运动的速度方向和物体做曲线运动的条件.教材一开始提出曲线运动与直线运动的明显区别,引出曲线运动的速度方向问题,紧接着通过观察一些常见的现象,得到曲线运动中速度方向是时刻改变的,质点在某一点(或某一时刻)的速度方向是曲线的这一点(或这一时刻)的切线方向.再结合矢量的特点,给出曲线运动是变速运动.关于物体做曲线运动的条件,教材从实验入手得到:当运动物体所受合外力的方向跟它的速度方向不在同一直线上时,物体就做曲线运动.再通过实例加以说明,最后从牛顿第二定律角度从理论上加以分析.教材的编排自然顺畅,适合学生由特殊到一般再到特殊的认知规律,感性知识和理性知识相互渗透,适合对学生进行探求物理知识的训练:创造情境,提出问题,探求规律,验证规律,解释规律,理解规律,自然顺畅,严密合理.本节教材的知识内容和能力因素,是对前面所学知识的重要补充,是对运动和力的关系的进一步理解和完善,是进一步学习的基础.
教法建议
“关于曲线运动的速度方向”的教学建议是:首先让学生明确曲线运动是普遍存在的,通过图片、动画,或让学生举例,接着提出问题,怎样确定做曲线运动的物体在任意时刻速度的方向呢?可让学生先提出自己的看法,然后展示录像资料,让学生总结出结论.接着通过分析速度的矢量性及加速度的定义,得到曲线运动是变速运动.
“关于物体做曲线运动的条件”的教学建议是:可以按照教材的编排先做演示实验,引导学生提问题:物体做曲线运动的条件是什么?得到结论,再从力和运动的关系角度加以解释.如果学生基础较好,也可以运用逻辑推理的方法,先从理论上分析,然后做实验加以验证.
教学设计方案
教学重点:曲线运动的速度方向;物体做曲线运动的条件
教学难点:物体做曲线运动的条件
主要教学过程设计:
一、曲线运动的速度方向:
(一)让学生举例:物体做曲线运动的一些实例
(二)展示图片资料1、上海南浦大桥2、导弹做曲线运动3、汽车做曲线运动
(三)展示录像资料:l、弯道上行驶的自行车
通过以上内容增强学生对曲线运动的感性认识,紧接着提出曲线运动的速度方向问题:
(四)让学生讨论或猜测,曲线运动的速度方向应该怎样?
(五)展示录像资料2:火星儿沿砂轮切线飞出3:沾有水珠的自行车后轮原地运转
(六)让学生总结出曲线运动的方向
(七)引导学生分析推理:速度是矢量→速度方向变化,速度矢量就发生了变化→具有加速度→曲线运动是变速运动.
二、物体做曲线运动的条件:
[方案一]
(一)提出问题,引起思考:沿水平直线滚动的小球,若在它前进的方向或相反方向施加外力,小球的运动情况将如何?若在其侧向施加外力,运动情况将如何?
(二)演示实验;钢珠在磁铁作用下做曲线运动的情况,或钢珠沿水平直线运动之后飞离桌面的情况.
(三)请同学分析得出结论,并通过其它实例加以巩固.
(四)引导同学从力和运动的关系角度从理论上加以分析.
[方案二]
(一)由物体受到合外力方向与初速度共线时,物体做直线运动引入课题,教师提出问题请同学思考:如果合外力垂直于速度方向,速度的大小会发生改变吗?进而将问题展开,运用力的分解知识,引导学生认识力改变运动状态的两种特殊情况:
1、当力与速度共线时,力会改变速度的大小;
2、力与速度方向垂直时,力只会改变速度方向.
最后归结到:当力与初速度成角度时,物体只能做曲线运动,确定物体做哪一种运动的依据是合外力与初速度的关系.
(二)通过演示实验加以验证,通过举生活实例加以巩固:
展示课件三,人造卫星做曲线运动,让学生进一步认识曲线运动的相关知识.
课件2,抛出的手榴弹做曲线运动,加强认识.
教学目标
知识目标
1、通过对多个具体运动的演示及分析,使学生明确什么是合运动,什么是分运动;合、分运动是同时发生的,并且不互相影响.
2、利用矢量合成的原理,解决运动合成和分解的具体情况,会用作图法、直角三角形的知识解决有关位移、速度合成和分解的问题.
能力目标
培养学生应用数学知识解决物理问题的能力.
情感目标
通过对运动合成与分解的练习和理解,发挥学生空间想象能力,提高对相关知识的综合应用能力.
教学建议
教材分析
本节内容可分为四部分:演示实验、例题、对运动合成和分解轨迹的分析、思考与讨论,但都是围绕演示实验而展开的,层层深入,由提出问题到找出解决问题的方法,以至最后对运动合成和分解问题的进一步讨论.
教法建议
关于演示实验所用的器材、材料都比较容易得到,实验也容易成功.此实验是本节的重点.一些重要的结论规律都是由演示实验分析得出的.观察红蜡块的实际运动引出合运动,并分析红蜡块的运动可看成沿玻璃管竖直方向的运动,和随管一起沿水平方向的运动,从而得出分运动的概念.着重分析蜡块的合运动和分运动是同时进行的,并且两个分运动之间是不相干的.合运动和分运动的位移关系,在演示中比较直观.而明确了它们的同时性,就容易得出合运动和分运动的速度关系.因此,课本在这里同时讲述了合运动和分运动的位移及速度的关系.即找到了解决运动合成和分解的方法——平行四边形定则.它是解决运动合成和分解的工具,所以在处理一个复杂的运动时,首先明确哪个是合运动,哪个是分运动,才能用平行四边形法则求某一时刻的合速度、分速度、加速度,某一过程的合位移、分位移.课本中合运动的定义是:红蜡块实际发生的运动,(由)通常叫合运动,即实际发生的运动,也理解为研究对象以地面为参照物的运动,再给学生举几个实例来说明如何确定合运动.如:
1、风中雨点下落表示风速,表示没风时雨滴下落速度,v表示雨滴合速度.
2、关于小船渡河(如图):表示船在静水中的运动速度,方向由船头指向确定.表示水的流速,v表示雨滴合速度.
在研究雨滴和船的运动时,解决问题的关键是先确定雨滴、小船实际运动(合运动).
注意应用平行四边形定则时,合矢量在对角线上,问题马上得到解决.
关于例题:例1:将演示实验过程定量讨论.给出两个分运动、及合、分运动的时间,求合速度.
法一;先求出两个分速度再利用矢量合成求v.
法二:先利用矢量合成求出s,再由求出v.
例2:飞机飞行给出及与某一分速度角度,来求另外两个分速度.其思路先由平行四边形法则画出几何关系,再利用数学计算解决分速度问题.
两道例题很简单,但合、分运动关系及解决问题的方法、思路充分体现出来.通过练习使学生们加深了对合、分运动的理解.
关于分运动的性质决定合运动的性质和轨迹:课本以蜡块的运动说明两个直线运动的合运动不一定都是直线运动.为了搞清楚蜡块哪种情况下做直线运动,哪种情况下做曲线运动.这里可以让学生自己探究,得出结论:两个直线的合运动也可以是曲线运动.研究复杂的运动,可以根据不同方向分运动来研究复杂运动情况.
关于思考与讨论:本节只研究了互成角度的运动,其合成和分解遵从矢量合成规律——平行四边形定则.那么初速度为的匀变速直线运动,可以看作同一直线上哪两个分运动的合运动?引导学生对同一直线上的运动合成和分解问题进行讨论,得出该运动也满足矢量合成规律(注意正方向),使我们对矢量合成与分解的规律有了更深的理解.
教学设计方案
运动的合成和分解
教学重点:
对于一个具体运动确定哪个是合运动以及合、分运动的关系(矢量图),并能用矢量合成规律解决实际问题.
教学难点:对合运动的理解.
主要教学设计:
由演示实验引出课题.首先介绍实验装置及研究对象,然后演示两个过程:红蜡块匀速上升;红错块匀速上升的同时将玻璃管向右水平匀速移动.观察蜡块轨迹——倾斜直线,从而引出课题.我们研究较复杂的运动,可以用到运动的合成和分解知识.实际运动参与两个运动,本例中竖直方向和水平方向,而实际运动沿倾斜直线运动.
一、如何确定一个具体运动的合运动及分运动?
1、合运动----研究对象实际发生的运动
2、合运动在中央,分运动在两边
讨论:有风天气雨滴下落、小船过河,加深同学们对合运动,就是研究对象实际发生运动的理解.(结合课件1、2).
引导分析:雨点斜落向落到地面,此实际运动方向为合速度方向;注意区别船头方向为分速度方向,而船实际航行方向为合速度方向.
进一步研究合、分运动关系,(由演示实验说明)重新演示红蜡块运动的两个分运动:管不动,蜡块匀速上升管长度所用时间,管水平匀速移动蜡块匀速上升,观察并记录直到蜡块到达管顶所用时间t.由和t的关系再结合课件l、2得出:
二、合、分运动关系
1、合、分运动的等时性
2、合、分运动关系符合平行四边形定则
三、利用矢量合成与分解规律解决实际问题
例1学生自己分析:已知两分运动位移、及合运动时间(先画v、s矢量图)
方法一:
方法二:
例2思路:先画矢量图,并标已知、未知,然后由几何关系求两分速度
四、两个直线运动的合运动轨迹的确定
演示实验中蜡块同时参与竖直向上和水平向右两个运动,其合运动轨迹是直线.任何两个直线运动的合运动轨迹一定是直线吗?
讨论方法:图像方法
写出关于两个方向运动性质位移方程,取不同时刻描点.
分两层次:基础差的学生利用课件3演示
基础好的学生探究活动(活动方案见下面)
探究活动
研究方法:
要求学生自己阅读本章节最后两段及习题中最后一道题,然后找出研究方法.(图像方法)
互相交流:
满足什么条件可以得出这个结论——怎样得出这个结论.
总结:
对学生的研究过程给予评价,最后提出若两个分运动都是匀加速运动,其运动轨迹如何?两个分运动都是初速度为零的匀加速运动,其运动轨迹又是如何?
教学目标
1、知识目标:
(1)能结合物体的运动情况进行受力分析.
(2)掌握应用牛顿运动定律解决问题的基本思路和方法,学会用牛顿运动定律和运动学公式解决力学问题.
2、能力目标:培养学生审题能力、分析能力、利用数学解决问题能力、表述能力.
3、情感目标:培养严谨的科学态度,养成良好的思维习惯.
教学建议
教材分析
本节主要通过对典型例题的分析,帮助学生掌握处理动力学两类问题的思路和方法.这两类问题是:已知物体的受力情况,求解物体的运动情况;已知物体的运动情况,求解物体的受力.
教法建议
1、总结受力分析的方法,让学生能够正确、快速的对研究对象进行受力分析.
2、强调解决动力学问题的一般步骤是:确定研究对象;分析物体的受力情况和运动情况;列方程求解;对结果的合理性讨论.要让学生逐步习惯于对问题先作定性和半定量分析,弄清问题的物理情景后再动笔算,并养成画情景图的好习惯.
3、根据学生的实际情况,对这部分内容分层次要求,即解决两类基本问题——→解决斜面问题——→较简单的连接体问题,建议该节内容用2-3节课完成.
教学设计示例
教学重点:物体的受力分析;应用牛顿运动定律解决两类问题的方法和思路.
教学难点:物体的受力分析;如何正确运用力和运动关系处理问题.
示例:
一、受力分析方法小结
通过基本练习,小结受力分析方法.(让学生说,老师必要时补充)
1、练习:请对下例四幅图中的A、B物体进行受力分析.
答案:
2、受力分析方法小结
(1)明确研究对象,把它从周围物体中隔离出来;
(2)按重力、弹力、摩擦力、外力顺序进行受力分析;
(3)注意:分析各力的依据和方法:产生条件;物体所受合外力与加速度方向相同;分析静摩擦力可用假设光滑法.
不多力、不丢力的方法:绕物一周分析受力;每分析一力均有施力物体;合力、分力不要重复分析,只保留实际受到的力.
二、动力学的两类基本问题
1、已知物体的受力情况,确定物体的运动情况.
2、已知物体的运动情况,确定物体的受力情况.
3、应用牛顿运动定律解题的一般步骤:
选取研究对象;(注意变换研究对象)
画图分析研究对象的受力和运动情况;(画图很重要,要养成习惯)
进行必要的力的合成和分解;(在使用正交分解时,通常选加速度方向为一坐标轴方向,当然也有例外)
根据牛顿运动定律和运动学公式列方程求解;(要选定正方向)
对解的合理性进行讨论.
四、处理连接体问题的基本方法
1、若连接体中各个物体产生的加速度相同,则可采用整体法求解该整体产生的加速度.
2、若连接体中各个物体产生的加速度不同,则一般不可采用整体法.(若学生情况允许,可再提高观点讲)
3、若遇到求解连接体内部物体间的相互作用力的问题,则必须采用隔离法.
以上各问题均通过典型例题落实.
探究活动
题目:根据自己的学习情况,编一份有关牛顿运动定律应用的练习题.
题量:4-6道.
要求:给出题目详细解答,并注明选题意图及该题易错之处.
评价:可操作性、针对性,可调动学生积极性.
教学目标
知识目标
1、理解力臂的概念,
2、理解力矩的概念,并会计算力矩
能力目标
1、通过示例,培养学生对问题的分析能力以及解决问题的能力
情感目标:
培养学生对现象的观察和探究能力,同时激发学习物理的兴趣。
教学建议
教材分析
1、教材从力有转动效果出发通过实例分析一个力的转动效果取决于力臂,力臂越长,效果越显著.教学中应明确指出,引入力矩概念是反映力的转动效果.
教法建议
1、学生难以掌握的是力臂.常出现的错误是把转轴到力的作用点的距离当作力臂.
2、力矩的平衡,大纲作为选学内容,考试说明中不作要求.可以结合初中学习过的杠杆平衡条件介绍力矩的平衡条件.为了减轻负担,教学中可以回避力矩的矢量性.
关于例题讲解时的例题导入建议
在例题讲解时,注意语言的简洁以及要点的总结,如:
1、教师总结:力对物体的转动效果,取决于力矩.力矩为力与力臂的乘积,因此,求力对于某一固定转轴的力矩,要先明确转轴,再找力臂(转轴到力的作用线的距离),才能求出力矩,力若沿着力的作用线滑移,力矩的大小不变.
2、例题要点:几个力作用在有固定转轴的物体上,如果使物体沿顺时针方向转动的力矩与使物体沿逆时针方向转动的力矩相等,则物体处于转动平衡状态.处于转动平衡状态的物体,或者静止,或者保持匀速转动.
教学设计示例
关于课题导入的教学设计示例
本节的关键是准确分析确定力臂.为此在导入时要尽可能的举学生熟悉的例子进行分析.如:1、同学们请闭上你的眼睛,你能想起你家大门的把手在哪吗?你骑过变速自行车吗?在打闹时,你关门不让别人进屋,你推挤门的什么位置才能有效的挤住门?(如果是农村学校,可多举些农用机械中的力矩的例子,农用工具中的力矩的例子.)
2、回忆力的三要素:大小,方向,作用点.请同学举例说明在力的大小和方向都确定的情况下,不同的作用点就有不同的作用效果.
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