最新人教版高中物理必修1第三章《重力 基本相互作用》教学设计文档格式.docx
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(1)知道力是物体间的相互作用;
力使物体产生形变或使物体运动状态改变;
用力的图示表达力的三要素.
(2)了解重力的产生;
理解重力的三要素.
(3)能测量重力的大小,确定重力的方向.
(4)能解释稳度等与重力相关的现象,并能应用.
2.过程与方法
(1)通过设问、讨论、交流等方法引导学生建立重力的概念.
(2)使学生积极参与探究重力概念的建立过程,了解物理学的研究方法,认识物理实验的作用.
(3)通过讨论交流,培养学生大胆质疑的科学态度;
提高学生对比分析和交流合作的能力.
3.情感、态度与价值观
(1)通过力的分解,体验探索自然规律的艰辛与喜悦.
(2)通过合作,找出不规则物体的重心,逐步养成将自己的见解与他人分享的团队精神.
磁铁、小铁块、细线;
弹簧测力计、钩码(学生用,2人一组);
刻度尺、圆规.有条件的可以用实物投影设备,并准备相应的力的图示投影片或实物投影图.
导入新课
1.你觉得力是什么?
请举例说明理由.
2.力的作用效果有哪些?
举例说明.
课件展示:
播放“苹果落地、投掷标枪、喷泉、飘落的雪花”等录像资料.
引导学生观察讨论,找出共同点.
探讨结论:
这些物体都最终落向地面,是因为受到地球引力的作用.
本节课就来学习力和重力,以及四种基本相互作用.
推进新课
一、力和力的图示
1.力
尽量多设置几个典型的演示实验,引导学生通过感知得出力的概念.
演示实验1:
用细线竖直向上拉动放在桌上的钩码.
引导答出:
细线对钩码施加了力.
演示实验2:
磁铁吸引铁块.
磁铁对铁块施加了作用力.
【合作交流】再举出物体对物体的作用的实例,要求说出哪个物体对哪个物体施加了力的作用.
(对学生举出的目前不好说明的实例,不必过多分析,可指明以后会涉及)
结论:
力是一物体对另一物体的作用.(板书)
说明:
这里指出了力的物质性,没有脱离物体而存在的力,一个孤立的物体不会存在力的作用.也就是说,有受力物体,一定有另一个物体对它施加力的作用.力是不能离开施力物体和受力物体而独立存在的.
当我们研究某一个物体受力时,有时不一定指明施力物体,但施力物体一定存在.
(例如说物体受重力,其施力物体是地球)
问题:
力是有大小的,力的大小用什么来测量?
在国际单位制中,力的单位是什么?
符号是什么?
(学生初中已经学过以上知识,估计不难答出,可根据具体情况处理)
仅说一个力多大(是多少牛),能不能完整地表达这个力?
教师可以根据实例和学生交流讨论.
讨论结果:
仅说一个力多大(是多少牛),不能完整地表达这个力,因为力是矢量,力有三要素:
大小、方向和作用点.要把三要素都表达出来才算完整地表达.
2.力的图示
为了形象地表达一个力,可以用一条带箭头的线段(有向线段)来表示:
(1)线断的长短表示力的大小;
(2)箭头表示力的方向.
箭尾(或箭头)常画在力的作用点上(在有些问题中为了方便,常把一个物体用一个点表示).
例1(教师做):
卡车对拖车的牵引力F的大小是2000N,方向水平向右,作出力F的图示.
步骤:
选一标度(依题而定其大小):
如用1cm长的线段表示500N的力.
从力F的作用点O向右画一四倍于标度的线段(4cm),然后画上箭头(如图):
例2(学生做):
作出下列力的图示:
(可同时出三个题,全班分三组,每组做一个题,并分别选一个学生在黑板上做)
①物体受250N的重力.
②用细线拴一个物体,并用400N的力竖直上提物体.
③水平向左踢足球,用力大小为1000N.
参考答案:
①选不同标度(单位),力的图示线段的长短可不同;
②标度的选取要有利于作图.
提示:
力的图示是形象地表述一个力的方法,不要忘了定标度.力的图示要正确反映力的三要素.
二、重力
1.重力的产生:
重力是地球上或附近的物体由于地球吸引而使物体受到的力.
指出:
地球附近的物体都会受到重力的作用.
【合作探究】同桌合作,一起找出自己周围有关重力现象的例子,同桌指出施力物体和受力物体.
特别强调:
重力是由于物体受到地球的吸引而产生的,但重力并不是地球对物体的吸引力,而是引力的一个分力.
2.重力的三要素
(1)大小
桌面上有一个弹簧测力计,天平一套,请选择适当的器材,测出物理课本(或其他物品)所受重力的大小,并指出你的依据.
学生讨论分析并说出自己的依据.
归纳总结:
可以利用二力平衡,用弹簧测力计称量;
一般情况下,也可以利用G=mg求解,要用到天平.两种方法的原理不同,但最终都能求出物体所受的重力.
知识拓展:
地球的不同地方,重力加速度g不同,物体的地理位置对于以上两种求重力的方法有没有影响呢?
(教师可以不给出答案,由学生合作交流讨论完成.或者作为课外实验探究的课题,培养学生合作、探究的科学求知态度)
(2)方向
问题设置:
任何一个力都有方向,你知道重力的方向吗?
请用实例说明你的依据.
学生交流讨论,教师适时投影展示有关现象(雨线、垂柳、铅垂线……).
重力的方向是竖直向下的.
说一说:
生活中哪些现象和应用涉及重力竖直向下的知识?
(3)作用点
教师结合生活实际,给出重心概念:
重心:
物体各部分所受重力的等效作用点.
思考:
请你指出下列物体的重心:
充足气的篮球、方砖、石块.
做一做:
指出怎么找重心(画图、操作、说明):
学生自己选择被测对象,分别找出物体的重心.参考教材52页“做一做”,找出不规则物体的重心.
教师演示:
木圆环,直角尺的重心.
甲乙
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.如甲、乙所示.
归纳:
物体的重心可在物体之上,也可在物体之外.
形状规则、质量分布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确定.
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.
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.
1.关于重力的说法,正确的是( ).
A.重力就是地球对物体的吸引力
B.只有静止的物体才受到重力
C.同一物体在地球上不论怎么运动都受到重力的作用
D.重力是由于物体受到地球的吸引而产生的
解析:
重力是由于物体受到地球的吸引而产生的,地球对物体的吸引力产生两个效果:
一个效果是吸引力的一部分使物体绕地球转动;
另一个效果及另一部分力才是重力,也就是说重力只是吸引力的一部分.重力只决定于地球对物体的作用,而与物体的运动状态无关,也与物体是否受到其他力的作用无关.
答案:
CD
2.用重心的知识解释为什么现在优秀跳高运动员都采用“背越式”技术.
解答:
运动员跳高时,重心升得越高,需要的能量就越大.采用跨越式、滚式、剪式三种姿势时的重心肯定要高过横杆,而采用背越式时的重心,就不一定高过横杆,甚至比横杆还低,这样有利于运动员提高成绩.
三、四种基本相互作用
(播放宇宙中的星系运动录像)
学生阅读教材后总结:
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.
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.
课堂小结
本节内容主要包括:
1.力:
力是物体对物体的作用.力不但有大小而且有方向,大小、方向和力的作用点常称为力的三要素.要会作力的图示,它体现物理学的研究方法;
2.重力:
重力的产生:
重力是地球上或附近的物体由于地球吸引而使物体受到的力;
物体重力的作用点;
3.四种基本相互作用:
万有引力、电磁相互作用、强相互作用、弱相互作用.
布置作业
1.教材第54页“问题与练习”2、3题.
2.试测自己家中不同物体的重心.设计好思路,选择最简洁方便的测量方法,写出简要的活动报告.
重力 基本相互作用
课题:
自制一个“不倒翁”或作一个“杂技演员走钢丝”的研究报告
1.选择器材,组装并进行试验;
反复尝试,直到试验成功;
2.做好实验记录,包括材料和数据等,注意成功与失败的数据对比.
物体的重心位置决定试验的成功与否.
1.解答:
(1)玻璃杯从桌子上掉下,在重力作用下,运动得越来越快;
被抛出去的铅球,在重力作用下沿曲线落回地面;
蹦蹦床在人的压力作用下,向下凹;
橡皮筋在拉力作用下变得细长.
(2)人坐在凳子上,人对凳子有一个压力,该力的施力物体是人,受力物体是凳子.
2.解答:
首先画出各个物体的重力,再画出力的图示,如图所示.
3.解答:
是位于同一点.
本节课由三部分内容组成,针对不同的内容特点,采用不同的教学策略或方法.共同的原则是符合学生的年龄特点和认知规律.教学中或引导或置疑,或探究或交流讨论,或实物或影片展示,总之首先给学生以形象直观的知识感知,进而通过知识运用以提高能力、深化所学.
一、四种基本的相互作用
1.引力相互作用
所有具有质量的物体之间的相互作用,表现为吸引力,是一种长程力,力程为无穷.其规律是牛顿万有引力定律,更为精确的理论是广义相对论.在四种基本相互作用中最弱,远小于强相互作用、电磁相互作用和弱相互作用,在微观现象的研究中通常可不予考虑,然而在天体物理研究中起决定性作用.按照近代物理的观点,引力作用是通过场或通过交换场的量子实现的,引力场的量子称为引力子.
2.电磁相互作用
带电物体或具有磁矩物体之间的相互作用,是一种长程力,力程为无穷.宏观的摩擦力、弹性力以及各种化学作用实质上都是电磁相互作用的表现.其强度仅次于强相互作用,居四种基本相互作用的第二位.电磁作用研究得最清楚,其规律总结在麦克斯韦方程组和洛伦兹力公式中,更为精确的理论是量子电动力学.量子电动力学是物理学的精确理论,按照量子电动力学,电磁相互作用是通过交换电磁场的量子(光子)而传递的,它能够很好地说明正反粒子的产生和湮没,电子、μ子的反常磁矩(见粒子磁矩)与兰姆移位等真空极化引起的细微电磁效应,理论计算与实验符合得非常好.电磁相互作用引起的粒子衰变称为电磁衰变.最早观察到的原子核的γ跃迁就是电磁衰变.电磁衰变粒子的平均寿命为10-20~10-16s.
3.弱相互作用
最早观察到的原子核的β衰变是弱作用现象.弱作用仅在微观尺度上起作用,其力程最短,其强度排在强相互作用和电磁相互作用之后居第三位.其对称性较差,许多在强作用和电磁作用下的守恒定律都遭到破坏(见对称性和守恒定律),例如宇称守恒在弱作用下不成立.弱作用引起的粒子衰变称为弱衰变,弱衰变粒子的平均寿命大于10-13s.
4.强相互作用
最早认识到的质子、中子间的核力属于强相互作用,是质子、中子结合成原子核的作用力,后来进一步认识到强子是由夸克组成的,强作用是夸克之间的相互作用力.强作用最强,也是一种短程力.其理论是量子色动力学,强作用是一种色相互作用,具有色荷的夸克所具有的相互作用,色荷通过交换8种胶子而相互作用,在能量不是非常高的情况下,强相互作用的媒介粒子是介子.强作用具有最强的对称性,遵从的守恒定律最多.强作用引起的粒子衰变称为强衰变,强衰变粒子的平均寿命最短,为10-24~10-20s,强衰变粒子称为不稳定粒子或共振态.
二、关于重量
可以这样说,人们对重量的熟悉程度要强于对质量的熟悉程度.但长期以来,由于重量的定义也具有多种表述,结果在物理学等方面,使重量这个概念变得含混不清.
综观现行的物理教材和参考书,关于重量的定义也有多种表述.第一种为:
“重量是一种力,它是由地球吸引而产生的,是使物体产生重力加速度的原因.”第二种为:
“重量就是重力.”第三种为:
“重量是物体对水平支持物的压力或物体对竖直悬挂绳子的拉力.”第四种为:
“重量就是重力的大小.”
以上重量的第一、第二、第三种表述都给重量赋予了力的含义.但第一、第二种表述说明重量的力性属于万有引力,而第三种表述说明重量的力性属弹性力;
重量的第四种表述扬弃了重量的力性,它既保留了重量和重力的数量关系,又克服了重量作为一种力所带来的缺陷和麻烦(指与引力、重力相混淆).重量既然作为重力的量度,就能用弹簧测力计直接来测得物体所受的重力大小.
物体重量的多种定义,哪一种好些?
这个问题历来是有争议的.但是,由于定义本来是人为的,是为了便于解释问题而指出的.重要的是,若采用某一种表述作定义,那么,有关的现象就应当用这个定义所规定的含义去解释,不能前后矛盾.现行中学物理教材采用“重量就是重力”的定义,尽管如此,但习惯上只说“重力的分解”,而不说“重量的分解”;
只说“物体有重量”,而不说“物体有重力”;
只说“重力加速度”而不说“重量加速度”.
从以上重量定义的多种表述可以看出,重量仅在物理学上就已含多种意义了,若考虑到重量一词在日常生活中的运用,其含义就更多了.譬如,日常生活中,我们购买粮食、水果等物品时,常说他们的重量是多少克或多少千克,这里说的重量实际上是质量,另外,千克和克都是质量的单位.
重量术语的多重意义给教学、科研、图书出版以及国际交往等带来很多不便.事实上,质量、万有引力、重力及物体作用在支持物上的力,各自都有明确的定义和名称.直接利用这些概念完全可以很好地分析和解决有关问题.在此情形下,保留“重量”概念已无实际意义.国际计量大会早就建议在科学术语中取消重量一词,而把日常生活中的重量看作是质量的别名.世界上已有80多个国家接受国际计量大会的建议.国际计量大会已在近年通过规定,重量这一名称,今后不再具有力的含义,重量是质量的别名.千克是质量单位的名称——公斤的别名.1984年4月27日国务院发布的《中华人民共和国法定计量单位使用方法》也接受国际计量大会通过的上述规定.今后凡在指力的场合,“重量”应改成“重力”.在科学技术领域中最好不采用“重量”一词的同义词.当然,在日常生活中仍可采用“重量”一词,但意义上,它只是“质量”一词的同义词.
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