具体过程:先用悬挂法确定重心之后,在板上固定一条细线ab,让ab穿过重心c点,再在其重心c处拴上细绳提拉,验证薄板可以水平平衡.如图3-1-6、3-1-7所示.归纳:物体的重心可在物体之上,也可在物体之外.结论:规则均匀的物体重心在其几何中心;不规则不均匀的物体重心用悬挂法.例3一个被吊着的均匀的球壳,其内部注满了水,在球的底部有一带阀门的细出水口.在打开阀门让水慢慢流出的过程中,球壳与其中的水的共同重心将会()A.一直下降B.一直不变C.先下降后上升D.先上升后下降先让学生自己回答,估计很多学生会选择A;教师提示开始和最终重心的位置,学生很快就能得出正确答案.借机引导学生思考问题要全面.参考答案:在注满水时,球壳和水的共同重心在球心,随着水的流出,球壳的重心不变,但是水的重心下降,二者共同的重心在下降.当水流完时,重心又回到球心,故选项C正确.
四、速度和速率学生阅读教材第18页相应部分的知识点,让学生总结.生:速度既有大小,又有方向,是矢量,速度的大小叫速率,教师引导学生看教材第18页图1.3—2.观察汽车的速度计,讨论后说出你从表盘上获取的有用信息。生:汽车的速率.指针指在相应数字的瞬间,就表示汽车在那一瞬时的速率是那个值.生:还可以从表盘上直接读出公里里程.师:日常生活中的“速度”有时指速度,也有时指速率,要看实际的物理情景。[讨论与交流]甲、乙两位同学用不同的时间围绕操场跑了一圈,都回到了出发点,他们的平均速度相同吗?怎样比较他们运动的快慢?学生讨论,体验平均速度的缺陷,引入平均速率。生1:位移都是零,平均速度等于位移跟发生这段位移所用时间的比值,所以他们的平均速度都是零。生2:即使一位同学站在原地不跑,他的平均速度也是零啊,可我们运动会上不是这样比快慢的,如果这样,那多不公平啊?
2、过程与方法(1)联系生活实际,通过师生共同讨论的方法来确定时刻与时间、位置、位移及其路程的关系。(2)通过类比的数学方法用数学上的点、线段来突破时刻与时间的关系,直线运动的位置和位移。(3)尝试运用所学的概念判断一些与生活相关的实际问题。3.情感态度与价值观(1)通过本节课的学习,使学生体会到物理现象和规律所蕴含的自然美。(2)通过对问题的讨论,培养学生勇于探究与日常生活有关的物理学问题。(3)培养学生有主动与他人合作的团队精神,提高学生的科学素养。二、教学重点、难点重点:1、时间、时刻、位置、位移的概念。2、矢量与标量的概念。难点:1、时刻与时间、路程和位移的区别。2、用坐标表示时刻、时间、位移的方法。3、矢量与标量的区别。
1.加速度与力的关系:实验的基本思路是保持物体的质量不变,测量物体在不同的力的作用下的加速度,分析加速度与力的关系。有了实验的基本思路,接下去我们就要准备实验器材,以及为记录实验数据而设计一个表格。为了更直观地判断加速度与力的数量关系,我们以 为纵坐标、 为横坐标建立坐标系,根据各组数据在坐标系中描点。如果这些点在一条过原点的直线上,说明 与 成正比,如果不是这样,则需进一步分析。2.加速度与质量的关系:实验的基本思路是保持物体所受力不变,测量不同质量的物体在该力作用下的加速度,分析加速度与质量的关系。有了实验的基本思路,接下去我们就要准备实验器材,以及为记录实验数据而设计一个表格。为了更直观地判断加速度与质量的数量关系,我们以 为纵坐标、 为横坐标建立坐标系,根据各组数据在坐标系中描点,根据拟合的曲线形状,初步判断 与 的关系是反比例函数。再把 图像改画为 图像,如果是一条过原点的斜直线,说明自己的猜测是否正确。
(创设实例:多媒体播放视频刘翔的110m栏。)1.提出问题:怎样定量(准确)人描述车或刘翔所在的位置?2.提示:你的描述必须能反映物体(或人)的运动特点(直线)、运动方向、各点之间的距离等因素。3.总结:①为了定量地描述物体的位置及位置的变化,需要在参考系上建立适当的坐标系。坐标系是在参考系的基础上抽象出来的概念,是抽象化的参考系。为了定量地描述物体的位置及位置的变化需要在参考系上建立适当的坐标系,如果物体在一维空间运动,即沿一条直线运动,只需建立直线坐标系,就能准确表达物体的位置;如果物体在二维空间运动,即在同一平面运动,就需要建立平面直角坐标系来描述物体的位置;当物体在三维空间运动时,则需要建立三维坐标系。①一维坐标:描述物体在一条直线上运动,即物体做一维运动时,可以以这条直线为x轴,在直线上规定原点、正方向和单位长度,建立直线坐标系。如图1-1-1所示,若某一物体运动到A点,此时它的位置坐标XA=3m,若它运动到B点,则此时它的坐标XB=-2m(“-”表示沿X轴负方向)。
生:还可以从表盘上直接读出公里里程.师:日常生活中的“速度”有时指速度,也有时指速率,要看实际的物理情景。[讨论与交流]甲、乙两位同学用不同的时间围绕操场跑了一圈,都回到了出发点,他们的平均速度相同吗?怎样比较他们运动的快慢?学生讨论,体验平均速度的缺陷,引入平均速率。生1:位移都是零,平均速度等于位移跟发生这段位移所用时间的比值,所以他们的平均速度都是零。生2:即使一位同学站在原地不跑,他的平均速度也是零啊,可我们运动会上不是这样比快慢的,如果这样,那多不公平啊?师:平均速度v=Δx/Δt,甲、乙的位移都为零,所以他们的平均速度也都等于零.在这里平均速度无法显示他们运动快慢的不同,要用到另一物理量:平均速率.平均速率等于物体运动通过的路程跟所用时间的比值.他们两人通过的路程相同且都不为零,但所用时间不同.显然用时短的运动得快,也就是平均速率大.生:这不是我们初中学过的速度吗?
进一步引导学生思考利用数学知识可写成等式F=kma学生很自然就会思考比列系数K应该是多少?通过教师引导学生举例各国长度单位不同(如英国:英里、码、英尺、英寸;中国:市里、市丈、市尺、市寸、市分 )导致交流不便。为了适应各国交流需要国际计量局规定了一套统一的单位,称为国际单位制 。取不同的单位制K是不同的,为了简洁方便,在选取了质量和加速度的国际单位(Kg, m/s2)时规定K=1。那么就有;F=ma为了纪念牛顿,就把能使1kg物体获得1m/s2加速度的力称做一牛顿,用符号N表示问题:实际物体受力往往不止一个,多个力情况应该怎么办呢?平行四边形法则进一步引导学生得出牛顿第二定律更一般的表达式: F合=ma思考.讨论我们用力提一个很重的箱子,却提不动它。这个力产生了加速度吗?要是产生了,箱子的运动状态却并没有改变。为什么?
研究一种物理现象,总是要先从现象的描述入手。机械运动作为自然界最简单和最基本的运动形态,它所描述的是物体空间位置随时间变化的情况。因此,本节学习描述质点做机械运动需要时刻、时间间隔和位移等概念。相当一部分高一学生在具体过程中难以区别时刻和时间间隔。另外,由于思维的定式,在第一次接触既要考虑大小又要考虑方向的问题时,会因不适应造成学习困难。所以,区别“路程与位移”“时刻和时间间隔”是教学的重难点所在。学习这些内容的过程与方法对学习速度和加速度可以起到奠定基础的作用。教学的对象是高一的学生,这一时期的学生处在好奇善问、创新意识强烈的青少年期。对于生活中出现的各种现象具有浓厚的兴趣。但他们的思维还停留在简单的代数运算阶段,对于矢量和矢量运算的理性认识几乎没有。且对生活中出现的时间、时刻、时间间隔等不能做出很好的区分,对时常提及的路程、距离等形成了模糊的前概念。
(3)内陆和中西部城镇主要以煤和火电为主;广大农村和边远地区大多正从使用农作物秸秆等生物能源。(4)人均能源资源不足。我国是世界第三大能源生产国和第二大能源消费国,而我国能源短缺,特别是油气资源短缺已成为制约我国经济发展的重要因素。相关数据——煤炭、石油和天然气的人均资源占有量只有95t,世界平均值为209t,约是世界人均值的1/2;我国人均石油可采储量3t,世界平均值为28t,约为世界平均值的1/10。我国人均能源消费量不足1.2吨标准煤,居世界89位,不足世界人均能源消费水平的一半,仅占发达国家的1/5~1/10。其中人均消费650kg标准煤,是世界平均额的95%;人均消费石油相当145kg标准煤,为世界平均数的16.8%;人均消费天然气相当17.7kg标准煤,为世界平均数的3.9%;人均消费电力501.5kWh,为世界平均水平的25%。(5)是能源消费结构不合理,突出存在着一低两高:即电能消费比例低,非商品生物能源消费量高,一次性商品能源消费中原煤消费比重高。原煤消费达到75%,远高于26.2%的世界平均水平。
(一)地位《生活中的圆周运动》这节课是新课标人教版《物理》必修第二册第5章《曲线运动》一章中的第7节,也是该章最后一节。本节课是在学生学习了圆周运动、向心加速度、向心力以后的一节应用课,通过研究圆周运动规律在生活中的具体应用,使学生深入理解圆周运动规律,并且结合日常生活中的某些生活体验,加深物理知识在头脑中的印象。(二)教材处理教材中的“火车转弯”与“汽车过拱桥”根据学生接受的难易程度,顺序作了对调,并把最后一部分“离心运动”放到下一节课处理。(三)教学目标1.知识与技能目标(1)进一步加深对向心力的认识,会在实际问题中分析向心力的来源。(2)培养学生独立观察、分析问题、解决问题的能力,提高学生概括总结知识的能力。(3)了解航天器中的失重现象。2.过程与方法目标(1)学会分析圆周运动方法,会分析拱形桥、弯道等实际的例子,培养理论联系实际的能力。
1、举例:2、结论:(1)物体的运动轨迹是曲线的运动叫曲线运动。(2)曲线运动中速度方向是时刻改变的。(二)、曲线运动方向:1、质点在某一点(或某一时刻)的速度的方向是在曲线的这一点的切线方向。2、曲线运动中速度方向是时刻改变的,因此曲线运动是变速运动。(三)、曲线运动条件:1、演示实验:2、结论:当物体所受的合力的方向跟它的速度方向不在同一直线时,物体就做曲线运动。七、课堂小结:1、运动轨迹是曲线的运动叫曲线运动。2、曲线运动中速度的方向是时刻改变的,质点在某一点的瞬时速度的方向在曲线的这一点的切线上。3、当合外力F的方向与它的速度方向有一夹角a时,物体做曲线运动。八、巩固训练:1、关于曲线运动,下列说法正确的是()。A:曲线运动一定是变速运动;B:曲线运动速度的方向不断的变化,但速度的大小可以不变;
共享实验收集的信息,分享实验探究的结论,体验收获的乐趣。 小结拓展 这节课由大家感兴趣的球类运动和弹弓游戏,提出了功与速度变化关系的问题,利用倍增思想解决测量对物体做功的问题,使用我们熟悉的器材设计了探究方案,并进行实验探究,采用图像法进行数据处理,初步得出W∝V2的关系。在我们这节课探究以前,科学家就通过试验和理论的方法,已经总结出了功与速度变化的定量关系。人类社会也在社会生活和生产的各个领域予以利用。比如,古代的战争武器抛石器、大型弓弩,以及现代飞机弹射系统、还有机器人行走等等,希望同学在今后的学习中注意留心生活中的物理和社会中的物理。 领会总结。培养概括总结的能力,进一步巩固、感悟、提升实验探究中获得的思维能力及动手能力。感悟社会中的物理,认识物理学对科技进步以及文化和社会发展的影响。 列举学生知道的社会中做功使物体速度变化的例子,增强学生将物理知识应用于生活和生产的意识,培养学生的社会参与意识和对社会负责任的态度。
学生中存在这样的问题:既然宇宙间的一切物体都是相互吸引的,那么为什么没有吸引到一起?为了解决这个问题,安排了例题2例2、两物体质量都是1kg,相距1m,它们间的万有引力是多少?通过本题,让学生认识到一般物体间的引力极小,不用考虑。那么,质量很大的天体为什么没被吸引到一块?从而引出下节课题。4.课堂小结:本节课,从天体运动出发,通过推理证明,形成理性认识,再结合例题习题使学生的理性认识再反馈到具体事实。形成实践-理论-实践的认知循环,顺应了认知规律.。本共设计了很多问,能让学生想的尽量让学生想、能学生说的尽量让学生说、能让学生做的尽量让学生做,全面发展学生的各方面能力。再通过作业和探究性课题使学生的思维活动在时空上得以延续。5.布置作业:布置作业时刻意安排引入:万有引力、重力、向心力、三者的联系,通过引导学生对比结果,从中发现问题:万有引力与重力向心力的关系与区别,为下节知识的难点突破作好了铺垫。
[小结]师:下面同学们概括总结本节所学的内容。请一个同学到黑板上总结,其他同学在笔记本上总结,然后请同学评价黑板上的小结内容。 (学生认真总结概括本节内容,并把自己这节课的体会写下来、比较黑板上的小结和自己的小结,看谁的更好,好在什么地方。) 生:本节课我们通过伽利略理想斜面实验,分析得出了能量以及动能和势能的概念,从能量的相互转化角度认识到,在动能和势能的相互转化过程中,能的总量保持不变,即能量是守恒的。通过这节课的学习,使我们建立起了守恒的思想。 点评:总结课堂内容,培养学生概括总结能力。 教师要放开,让学生自己总结所学内容,允许内容的顺序不同,从而构建他们自己的知识框架。[布置作业]课后讨论 P3“问题与练习”中的问题。[课外训练]以竖直上抛的小球为例说明小球的势能和动能的转化情况。在这个例子中是否存在着能的总量保持不变?
(二)进行新课1、动能与势能的相互转化演示实验1:如右图,用细线、小球、带有标尺的铁架台等做实验。把一个小球用细线悬挂起来,把小球拉到一定高度的A点,然后放开,小球在摆动过程中,重力势能和动能相互转化。我们看到,小球可以摆到跟A点等高的C点,如图甲。如果用尺子在某一点挡住细线,小球虽然不能摆到C点,但摆到另一侧时,也能达到跟A点相同的高度,如图乙。问题:这个小实验中,小球的受力情况如何?各个力的做功情况如何?这个小实验说明了什么?学生观察演示实验,思考问题,选出代表发表见解。小球在摆动过程中受重力和绳的拉力作用。拉力和速度方向总垂直,对小球不做功;只有重力对小球能做功。实验证明,小球在摆动过程中重力势能和动能在不断转化。在摆动过程中,小球总能回到原来的高度。可见,重力势能和动能的总和保持不变。即机械能保持不变。
了解了第一宇宙速度及其意义之后,继续提出问题,让学生思考:如果卫星的发射速度大于第一宇宙速度7.9km/s ,会出现什么情况呢?先让学生们大胆猜想,然后再向学生们介绍 卫星发射速度大于第一宇宙速度后的几种可能情况,引出第二宇宙速度和第三宇宙速度,让学生对第二、第三宇宙速度及其意义做定性了解。并通过演示Flash课件,帮助学生理解、加深学生印象。在学生对人造卫星的原理及发射卫星的速度条件有了初步了解后,接下来引导学生对卫星的运动规律作进一步的探索。实际上卫星并不是沿地表水平发射的,而是用火箭多次加速送到一定的高度的轨道后,再沿以地心为圆心的圆周的切线运行的。让学生继续深入思考:卫星在不同高度绕地球运行时的速度怎么求呢?将卫星送入低轨道和高轨道所需的速度都一样么?如果把不同轨道上的卫星绕地球的运动都看成是匀速圆周运动,引导学生利用已学的万有引力和圆周运动的相关知识,探究卫星绕地球的运行规律。
设计意图:通过设疑、讨论及学生的亲身体验与教师的引导,得到描述圆周运动快慢的两个物理量,也就成功的打破了学生在认识上的思维障碍,突破了物理概念教学的难点。在解决线速度和角速度的问题之后,我将引领学生学习匀速圆周运动的概念以及匀速圆周运动中线速度、角速度的特点。并引出匀速圆周运动中周期、转速的知识。为了加深学生对线速度、角速度与半径关系的认识,我设计了第三个学生体验活动:四名学生以我为圆心做圆周运动,四名学生始终并列,这时里圈同学走动不急不慢,而外圈同学则要小跑。通过学生的活动,不难发现在角速度相同的情况下,半径越大的线速度也越大。定性的得到了线速度、角速度与半径的关系。接下来让学生利用所学知识推导线速度、角速度与半径的关系。设计意图:这样就通过设疑、学生猜想、体验、推导的方式得到了结论,突破了本节课的难点即线速度、角速度与半径的关系。
3.适用条件(1)万有引力定律只适用于质点间引力大小的计算。当两物体间的距离远远大于每个物体的尺寸时,物体可以看成质点,直接使用万有引力定律计算。(模型)研究相互接触的两个人之间的万有引力时,不能把他们看作质点。(2)当两物体是质量均匀分布的球体时,它们间的引力也可直接用公式计算,但式中的r是指两球心间距离。研究太阳和地球之间的万有引力,可以把它们看作质量均匀的球体。当研究物体不能看成质点时,可以把物体假想分割成无数个质点,求出两个物体上每个质点与另一物体上所有质点的万有引力,然后求合力,这是微积分的思想。万有引力定律产生于对太阳系行星运动的研究,但它对物质运动的适用性却要广泛得多。可以这样说,宇宙中凡有引力参与的一切复杂的现象,无不要归结到这样一条十分简洁的定律之中,这不能不使人惊叹宇宙万物超乎寻常的和谐及人类理性思考所具有的统摄力。
【学习内容分析】在行星运动规律与万有引力定律两节内容之间安排本节内容,是为了更突出发现万有引力定律的这个科学过程。如果说上一节内容是从运动学角度描述行星运动的话,那么,本节内容是从动力学角度来研究行星运动的,研究过程是依据已有规律进行的演绎推理过程。教科书在尊重历史事实的前提下,通过一些逻辑思维的铺垫,让学生以自己现有的知识基础身于历史的背景下,经历一次“发现”万有引力的过程,因此体验物理学研究问题的方法就成为主要的教学目标。【学情分析】在学太阳对行星的引力之前,学生已经对力、重力、向心力、加速度、重力加速度、向心加速度等概念有了较好的理解,并且掌握自由落体运动和圆周运动等运动规律,能熟练运用牛顿运动定律解决动力学问题。已经完全具备深入探究和学习万有引力定律的起点能力。所以在推导太阳与行星运动规律时,教师可以要求学生自主地运用原有的知识进行推导,并要求说明每一步推理的理论依据是什么,教师仅在难点问题上做适当的点拨。
1、教师先演示投影:把小钢珠放在黑墨水瓶盖里转一下(内有一点点墨水),再放在半圆形有机玻璃轨道上运动并飞出,让钢珠在白纸上留下痕迹,同样在3/5半圆周,4/5半圆周上运动飞出,让学生猜测飞出方向由什么特点?(有机玻璃板说明:厚约5毫米,略小于小钢珠直径,圆弧半径15厘米,MN边稍长些,以便过MN做直线,根据半径大小确定圆心O位置。)学生猜想:切线方向师:已知圆弧半径为15厘米。如何验证?请用几何方法作图验证。生:标出飞出点和圆心,做圆心和飞出点的连线,用量角尺量出该连线和飞出轨迹直线的夹角,是否90度。2、再分组实验,提醒同桌配合,小心钢珠滚跑。实验完毕,要求作图验证,并互相讨论交流。3、交流和结论:师:要引导学生得出正确的科学结论:“圆周运动的物体的速度方向为该点的切线方向”,而不能直接得出“曲线运动的的物体速度方向为该点的切线方向”。