演示实验1、将一张纸和一张金属片在同一高度同时释放,结果金属片先着地。教师不发表意见,继续做实验。分别将实验内容和实验结果板书在黑板上。2、将刚才的纸片紧紧捏成一团,再次与硬币同时释放,结果两者几乎同时落地。3、将两个完全一样的纸片,一个捏成团,一个平展,则纸团下落快。师:物体下落快慢是由质量决定吗?生:不是的!师:为什么这样说?生:第2个实验和第三实验都说明了这个问题,特别是第3个问题,质量一样却下落有快慢之分。师:那你现在觉得物体下落快慢由什么因素决定呢?生:我想应该是空气阻力。猜想师:如果影响物体下落快慢的因素是空气阻力,那么在没有空气阻力,物体的下落快慢应该是一样的,这种猜想是不是正确呢?我们来做一个实验验证一下。
一、教学目标1、知识与技能(1)知道时间和时刻的含义以及它们的区别。知道在实验室测量时间的方法。(2)知道位移的概念,知道它是表示质点位置变动的物理量,知道它是矢量,可以用有向线段来表示。(3)知道位移和路程的区别。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。
三、制定实验方案的两个问题:1.怎样测量(或比较)物体的加速度:引导学生思考、讨论并交流。学生可能会提出下面的一些方案:方法一:测出初速度为零的匀加速直线运动的物体在 时间内的位移 ,则 ;方法二:在运动的物体上安装一条打点计时器的纸带,根据纸带上打出的点来测量加速度;方法三:测出两个初速度为零的匀加速运动的物体在相同的时间内发生的位移 、 ,则 ;方法四:测出两个初速度为零的匀加速运动的物体在相同的位移内所用的时间 、 ,则 ;2.怎样提供并测量物体所受的恒力:教师提出:现实中,除了在真空中抛出或落下的物体(仅受重力)外,仅受一个力的物体几乎是不存在的。然而,一个单独的力作用效果与跟它大小、方向都相同的合力的作用效果是相同的,因此,实验中力 的含义指物体所受的合力。以在水平轨道上用绳牵引小车加速运动为例,小车受到四个力的作用,即重力、支持力、绳的拉力和轨道对小车的摩擦力(当物体运动的速度比较小时,我们可以忽略空气的阻力)。
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?
①平动的物体一般可以看作质点做平动的物体,由于物体上各点的运动情况相同,可以用一个点代表整个物体的运动,在这种情况下,物体的大小、形状就无关紧要了,可以把整个物体当质点。例如:平直公路上行驶的汽车,车身上各部分的运动情况相同,当我们把汽车作为一个整体来研究它的运动的时候,就可以把汽车当作质点。当然,假如我们需要研究汽车轮胎的运动,由于轮胎上各部分运动情况不相同,那就不能把它看作质点了。要注意的是:同一物体在不同情况下有时可看质点,有时不可以看作质点,一列火车从北京开到上海,研究火车的运行的时间,可将火车看成质点,而火车过桥时,计算火车过桥的时间,不可以将火车看成质点。②有转动但转动为次要因素例如:研究地球公转时,可把地球看作质点;研究地球自转时,不能把地球看作质点。③物体的形状、大小可忽略再如:乒乓球旋转对球的运动的较大的影响,运动员在发球、击球时都要考虑,就不能把乒乓球简单看作质点。
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)。
阅读教材后总结:是万有引力的作用把宇宙中的恒星和行星聚集在一起,组成了太阳系、银河系和其他星系.力的相互作用遍布我们周围的一切物体.除此之外还有电荷间的相互作用、磁体间的相互作用,我们把这种力称为电磁相互作用.【思考与讨论】质子带正电,但质子(与中子一起)却能聚集在一起构成原子核.你能推测是什么力的作用结果吗?攻略一:阅读教材53页,师生共同讨论、总结.攻略二:网络搜索或工具书查阅“四种基本相互作用”,进一步了解概念.结论:决定物质的结构和变化过程的基本的相互作用.近代物理确认各种物质之间的基本的相互作用可归结为四种:引力相互作用、电磁相互作用、弱相互作用和强相互作用.近代物理的观点倾向于认为:四种基本相互作用是统一的,物理学家们正在为建立大统一理论而努力.但至今也没有公认的结论,望同学们好好学习,为科学事业奉献自己的聪明和才智.
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?
(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。
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。
二、课堂教学(课前由科代表发回预习学案)1、教师根据预习学案检查结果提出问题(用多媒体展示),引导全班讨论(重点讨论:①、为什么动能的表达式一定是 mV2 ?你如何得出这个结论?②、力在一个过程中对物体所做的功,和物体在这个过程中动能的变化量有什么关系?你如何得出这个结论?这个做功的力和F=ma中的力F有什么关系)。有困难的小组应及时问老师。老师在这个过程中巡视指导。2、学生自主阅读课文“7 动能和动能定理”中的“动能的表达式”,然后完成如下练习(教师在此过程中巡视指导):2.1尝试推出动能的表达式(鼓励会推导的同学积极上台板演,老师引导讨论)。2.2写出动能的小结(认真阅读教材p66倒数第二段、第三段,结合你推导动能表达式的过程,认真思考后四人一组讨论:①、动能是矢量还是标量?②、动能的单位是什么?③、你认为应从哪几方面来理解动能?)
【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。
【探究学习】引入新课教师活动:自从17世纪以来,以牛顿定律为基础的经典力学不断发展,取得了巨大的成就,经典力学在科学研究和生产技术中有了广泛的应用,从而证明了牛顿运动定律的正确性。但是,经典力学也不是万能的,向其它科学一样,它也有一定的适用范围,有自己的局限性。那么经典力学在什么范围内适用呢?有怎样的局限性呢?这节课我们就来了解这方面的知识。进行新课教师活动:请同学们阅读课文,阅读时考虑下列问题[用投影片出示]:1、经典力学取得了哪些辉煌的成就?举例说明。2、经典力学在哪些领域不能适用?能说出为什么吗?举例说明。3、经典力学的适用范围是什么?自己概括一下。4、相对论和量子力学的出现是否否定了牛顿的经典力学?应该怎样认识?5、怎样理解英国剧作家萧伯纳的话“科学总是从正确走向错误”?学生活动:阅读教材,并思考上面的问题。分组讨论,代表发言。点评:让学生通过自主阅读获取信息,培养学生阅读理解能力,同时培养学生良好的自学习惯。
世界能源问题的解决途径是什么?能源,是人类敕以生存和进行生产的不可缺少的资源.近年来,随着生产力的发展和能源消费的增长.能源问题已被列为世界上研究的重大问题之一.解决世界能源问题的根本途径,主要有两个方面:其一是广泛开源,其二是认真节流.所谓开源,就是积极开发和利用各种能源.在继续加紧石油勘探和寻找新的石油产地的同时,积极开发丰富的煤炭资源,还要大力开发水能,生物能等常规能源,加强核能、太阳能,风能、沼气,海洋能,地热能以及其他各种新能源的研究和利用,从而不断扩大人类的能源资源的种类和来源.所谓节流,就是要大力提倡节约能源.节能是世界上许多国家关心和研究的重要课题,甚至有人把节能称为世界的“第五大能源”,与煤、石油和天然气、水能、核能等并列.在节能方面,在有计划地控制人口增长的同时,重点要发挥先进科学技术的优势,提高各国的能源利用效率.
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”。
“做功的过程就是能量转化过程”,这是本章教学中的一条主线。对于一种势能,就一定对应于相应的力做功。类比研究重力势能是从分析重力做功入手的,研究弹簧的弹性势能则应从弹簧的弹力做功入手。然而弹簧的弹力是一个变力,如何研究变力做功是本节的一个难点,也是重点。首先,要引导学生通过类比重力做功和重力势能的关系得出弹簧的弹力做功和弹簧的弹性势能的关系。其次,通过合理的猜想与假设得出弹簧的弹力做功与哪些物理量有关。最后,类比匀变速直线运动求位移的方法,进行知识迁移,利用微元法的思想得到弹簧弹力做功的表达式,逐步把微分和积分的思想渗透到学生的思维中。本节课通过游戏引入课题,通过生活中拉弓射箭、撑杆跳高和弹跳蛙等玩具以及各种弹簧等实例来创设情景,提出问题。给学生感性认识,引起学生的好奇心;让学生对弹簧弹力做功的影响因素进行猜想和假设,提出合理的推测,激发学生的探索心理,构思实验,为定性探究打下基础。然后,引导学生通过类比重力做功与重力势能的关系得出弹簧弹性势能与弹簧弹力做功的关系。
1.教材在学生的原有加速度概念的基础上来讨论“匀速圆周运动速度变化快慢”的问题,让学生知道向心加速度能够表示匀速圆周运动物体速度变化的快慢究竟是怎么一回事。2.教材把向心加速度安排在线速度和角速度知识之后,使学生对描述匀速圆周运动的几个物理量有一个大致的了解。3.教材从了解运动的规律过渡到了解力跟运动关系的规律;把向心加速度放在向心力之前,从运动学的角度来学习向心加速度。4.教材为了培养学生“用事实说话”的“态度”,让一切论述都合乎逻辑,改变了过去从向心力推导向心加速度的教学方式。1.采用理论、实验、体验相结合的教学安排。2.教师启发引导,学生自主阅读、思考,讨论、交流。知识与技能1.会作矢量图表示速度的变化量与速度之间的关系。2.加深理解加速度与速度、速度变化量的区别。3.体会匀速圆周运动向心加速度方向的分析方法。4.知道向心加速度的公式也适用于变速圆周运动;知道变速圆周运动的向心加速度的方向。