實驗目標:1、知道打點計時器的構造和原理,學會使用打點計時器,能根據打出的紙帶計算打幾個點所用的時間,會計算紙帶的平均速度,能根據紙帶粗略測量紙帶的瞬時速度,認識v-t圖象,并能根據v-t圖象判斷物體的運動情況。2、通過速度測量過程的體驗,領悟兩個方法:一是用圖象處理物理數據的方法;二是極限法或說無限趨近法,加強一個認識,實驗是檢驗理論的標準。實驗器材:電源(220v電源或學生電源),打點計時器,紙帶,刻度尺(最好是塑料透明的),導線實驗準備:1、仔細觀察電磁打點計時器和電火花計時器,對照課本,比較它們的異同。2、兩類打點計時器的打點時間間隔是多少?3、分析紙帶時,如何計算紙帶的平均速度。4、嚴格地說,瞬時速度我們引進測量出來的,你知道用什么方法求出的速度可以代替某點的瞬時速度嗎?5、從器材上讀取的數據是原始數據,原始數據是寶貴的實驗資料,要嚴肅對待,要整齊的記錄,妥善保存。
三、制定實驗方案的兩個問題:1.怎樣測量(或比較)物體的加速度:引導學生思考、討論并交流。學生可能會提出下面的一些方案:方法一:測出初速度為零的勻加速直線運動的物體在 時間內的位移 ,則 ;方法二:在運動的物體上安裝一條打點計時器的紙帶,根據紙帶上打出的點來測量加速度;方法三:測出兩個初速度為零的勻加速運動的物體在相同的時間內發(fā)生的位移 、 ,則 ;方法四:測出兩個初速度為零的勻加速運動的物體在相同的位移內所用的時間 、 ,則 ;2.怎樣提供并測量物體所受的恒力:教師提出:現實中,除了在真空中拋出或落下的物體(僅受重力)外,僅受一個力的物體幾乎是不存在的。然而,一個單獨的力作用效果與跟它大小、方向都相同的合力的作用效果是相同的,因此,實驗中力 的含義指物體所受的合力。以在水平軌道上用繩牽引小車加速運動為例,小車受到四個力的作用,即重力、支持力、繩的拉力和軌道對小車的摩擦力(當物體運動的速度比較小時,我們可以忽略空氣的阻力)。
具體過程:先用懸掛法確定重心之后,在板上固定一條細線ab,讓ab穿過重心c點,再在其重心c處拴上細繩提拉,驗證薄板可以水平平衡.如圖3-1-6、3-1-7所示.歸納:物體的重心可在物體之上,也可在物體之外.結論:規(guī)則均勻的物體重心在其幾何中心;不規(guī)則不均勻的物體重心用懸掛法.例3一個被吊著的均勻的球殼,其內部注滿了水,在球的底部有一帶閥門的細出水口.在打開閥門讓水慢慢流出的過程中,球殼與其中的水的共同重心將會()A.一直下降B.一直不變C.先下降后上升D.先上升后下降先讓學生自己回答,估計很多學生會選擇A;教師提示開始和最終重心的位置,學生很快就能得出正確答案.借機引導學生思考問題要全面.參考答案:在注滿水時,球殼和水的共同重心在球心,隨著水的流出,球殼的重心不變,但是水的重心下降,二者共同的重心在下降.當水流完時,重心又回到球心,故選項C正確.
①平動的物體一般可以看作質點做平動的物體,由于物體上各點的運動情況相同,可以用一個點代表整個物體的運動,在這種情況下,物體的大小、形狀就無關緊要了,可以把整個物體當質點。例如:平直公路上行駛的汽車,車身上各部分的運動情況相同,當我們把汽車作為一個整體來研究它的運動的時候,就可以把汽車當作質點。當然,假如我們需要研究汽車輪胎的運動,由于輪胎上各部分運動情況不相同,那就不能把它看作質點了。要注意的是:同一物體在不同情況下有時可看質點,有時不可以看作質點,一列火車從北京開到上海,研究火車的運行的時間,可將火車看成質點,而火車過橋時,計算火車過橋的時間,不可以將火車看成質點。②有轉動但轉動為次要因素例如:研究地球公轉時,可把地球看作質點;研究地球自轉時,不能把地球看作質點。③物體的形狀、大小可忽略再如:乒乓球旋轉對球的運動的較大的影響,運動員在發(fā)球、擊球時都要考慮,就不能把乒乓球簡單看作質點。
2、過程與方法(1)聯系生活實際,通過師生共同討論的方法來確定時刻與時間、位置、位移及其路程的關系。(2)通過類比的數學方法用數學上的點、線段來突破時刻與時間的關系,直線運動的位置和位移。(3)嘗試運用所學的概念判斷一些與生活相關的實際問題。3.情感態(tài)度與價值觀(1)通過本節(jié)課的學習,使學生體會到物理現象和規(guī)律所蘊含的自然美。(2)通過對問題的討論,培養(yǎng)學生勇于探究與日常生活有關的物理學問題。(3)培養(yǎng)學生有主動與他人合作的團隊精神,提高學生的科學素養(yǎng)。二、教學重點、難點重點:1、時間、時刻、位置、位移的概念。2、矢量與標量的概念。難點:1、時刻與時間、路程和位移的區(qū)別。2、用坐標表示時刻、時間、位移的方法。3、矢量與標量的區(qū)別。
1.加速度與力的關系:實驗的基本思路是保持物體的質量不變,測量物體在不同的力的作用下的加速度,分析加速度與力的關系。有了實驗的基本思路,接下去我們就要準備實驗器材,以及為記錄實驗數據而設計一個表格。為了更直觀地判斷加速度與力的數量關系,我們以 為縱坐標、 為橫坐標建立坐標系,根據各組數據在坐標系中描點。如果這些點在一條過原點的直線上,說明 與 成正比,如果不是這樣,則需進一步分析。2.加速度與質量的關系:實驗的基本思路是保持物體所受力不變,測量不同質量的物體在該力作用下的加速度,分析加速度與質量的關系。有了實驗的基本思路,接下去我們就要準備實驗器材,以及為記錄實驗數據而設計一個表格。為了更直觀地判斷加速度與質量的數量關系,我們以 為縱坐標、 為橫坐標建立坐標系,根據各組數據在坐標系中描點,根據擬合的曲線形狀,初步判斷 與 的關系是反比例函數。再把 圖像改畫為 圖像,如果是一條過原點的斜直線,說明自己的猜測是否正確。
(創(chuàng)設實例:多媒體播放視頻劉翔的110m欄。)1.提出問題:怎樣定量(準確)人描述車或劉翔所在的位置?2.提示:你的描述必須能反映物體(或人)的運動特點(直線)、運動方向、各點之間的距離等因素。3.總結:①為了定量地描述物體的位置及位置的變化,需要在參考系上建立適當的坐標系。坐標系是在參考系的基礎上抽象出來的概念,是抽象化的參考系。為了定量地描述物體的位置及位置的變化需要在參考系上建立適當的坐標系,如果物體在一維空間運動,即沿一條直線運動,只需建立直線坐標系,就能準確表達物體的位置;如果物體在二維空間運動,即在同一平面運動,就需要建立平面直角坐標系來描述物體的位置;當物體在三維空間運動時,則需要建立三維坐標系。①一維坐標:描述物體在一條直線上運動,即物體做一維運動時,可以以這條直線為x軸,在直線上規(guī)定原點、正方向和單位長度,建立直線坐標系。如圖1-1-1所示,若某一物體運動到A點,此時它的位置坐標XA=3m,若它運動到B點,則此時它的坐標XB=-2m(“-”表示沿X軸負方向)。
生:還可以從表盤上直接讀出公里里程.師:日常生活中的“速度”有時指速度,也有時指速率,要看實際的物理情景。[討論與交流]甲、乙兩位同學用不同的時間圍繞操場跑了一圈,都回到了出發(fā)點,他們的平均速度相同嗎?怎樣比較他們運動的快慢?學生討論,體驗平均速度的缺陷,引入平均速率。生1:位移都是零,平均速度等于位移跟發(fā)生這段位移所用時間的比值,所以他們的平均速度都是零。生2:即使一位同學站在原地不跑,他的平均速度也是零啊,可我們運動會上不是這樣比快慢的,如果這樣,那多不公平啊?師:平均速度v=Δx/Δt,甲、乙的位移都為零,所以他們的平均速度也都等于零.在這里平均速度無法顯示他們運動快慢的不同,要用到另一物理量:平均速率.平均速率等于物體運動通過的路程跟所用時間的比值.他們兩人通過的路程相同且都不為零,但所用時間不同.顯然用時短的運動得快,也就是平均速率大.生:這不是我們初中學過的速度嗎?
(二)進行新課1、動能與勢能的相互轉化演示實驗1:如右圖,用細線、小球、帶有標尺的鐵架臺等做實驗。把一個小球用細線懸掛起來,把小球拉到一定高度的A點,然后放開,小球在擺動過程中,重力勢能和動能相互轉化。我們看到,小球可以擺到跟A點等高的C點,如圖甲。如果用尺子在某一點擋住細線,小球雖然不能擺到C點,但擺到另一側時,也能達到跟A點相同的高度,如圖乙。問題:這個小實驗中,小球的受力情況如何?各個力的做功情況如何?這個小實驗說明了什么?學生觀察演示實驗,思考問題,選出代表發(fā)表見解。小球在擺動過程中受重力和繩的拉力作用。拉力和速度方向總垂直,對小球不做功;只有重力對小球能做功。實驗證明,小球在擺動過程中重力勢能和動能在不斷轉化。在擺動過程中,小球總能回到原來的高度??梢?,重力勢能和動能的總和保持不變。即機械能保持不變。
3.適用條件(1)萬有引力定律只適用于質點間引力大小的計算。當兩物體間的距離遠遠大于每個物體的尺寸時,物體可以看成質點,直接使用萬有引力定律計算。(模型)研究相互接觸的兩個人之間的萬有引力時,不能把他們看作質點。(2)當兩物體是質量均勻分布的球體時,它們間的引力也可直接用公式計算,但式中的r是指兩球心間距離。研究太陽和地球之間的萬有引力,可以把它們看作質量均勻的球體。當研究物體不能看成質點時,可以把物體假想分割成無數個質點,求出兩個物體上每個質點與另一物體上所有質點的萬有引力,然后求合力,這是微積分的思想。萬有引力定律產生于對太陽系行星運動的研究,但它對物質運動的適用性卻要廣泛得多。可以這樣說,宇宙中凡有引力參與的一切復雜的現象,無不要歸結到這樣一條十分簡潔的定律之中,這不能不使人驚嘆宇宙萬物超乎尋常的和諧及人類理性思考所具有的統攝力。
【學習內容分析】在行星運動規(guī)律與萬有引力定律兩節(jié)內容之間安排本節(jié)內容,是為了更突出發(fā)現萬有引力定律的這個科學過程。如果說上一節(jié)內容是從運動學角度描述行星運動的話,那么,本節(jié)內容是從動力學角度來研究行星運動的,研究過程是依據已有規(guī)律進行的演繹推理過程。教科書在尊重歷史事實的前提下,通過一些邏輯思維的鋪墊,讓學生以自己現有的知識基礎身于歷史的背景下,經歷一次“發(fā)現”萬有引力的過程,因此體驗物理學研究問題的方法就成為主要的教學目標?!緦W情分析】在學太陽對行星的引力之前,學生已經對力、重力、向心力、加速度、重力加速度、向心加速度等概念有了較好的理解,并且掌握自由落體運動和圓周運動等運動規(guī)律,能熟練運用牛頓運動定律解決動力學問題。已經完全具備深入探究和學習萬有引力定律的起點能力。所以在推導太陽與行星運動規(guī)律時,教師可以要求學生自主地運用原有的知識進行推導,并要求說明每一步推理的理論依據是什么,教師僅在難點問題上做適當的點撥。
1、教師先演示投影:把小鋼珠放在黑墨水瓶蓋里轉一下(內有一點點墨水),再放在半圓形有機玻璃軌道上運動并飛出,讓鋼珠在白紙上留下痕跡,同樣在3/5半圓周,4/5半圓周上運動飛出,讓學生猜測飛出方向由什么特點?(有機玻璃板說明:厚約5毫米,略小于小鋼珠直徑,圓弧半徑15厘米,MN邊稍長些,以便過MN做直線,根據半徑大小確定圓心O位置。)學生猜想:切線方向師:已知圓弧半徑為15厘米。如何驗證?請用幾何方法作圖驗證。生:標出飛出點和圓心,做圓心和飛出點的連線,用量角尺量出該連線和飛出軌跡直線的夾角,是否90度。2、再分組實驗,提醒同桌配合,小心鋼珠滾跑。實驗完畢,要求作圖驗證,并互相討論交流。3、交流和結論:師:要引導學生得出正確的科學結論:“圓周運動的物體的速度方向為該點的切線方向”,而不能直接得出“曲線運動的的物體速度方向為該點的切線方向”。
1.教材在學生的原有加速度概念的基礎上來討論“勻速圓周運動速度變化快慢”的問題,讓學生知道向心加速度能夠表示勻速圓周運動物體速度變化的快慢究竟是怎么一回事。2.教材把向心加速度安排在線速度和角速度知識之后,使學生對描述勻速圓周運動的幾個物理量有一個大致的了解。3.教材從了解運動的規(guī)律過渡到了解力跟運動關系的規(guī)律;把向心加速度放在向心力之前,從運動學的角度來學習向心加速度。4.教材為了培養(yǎng)學生“用事實說話”的“態(tài)度”,讓一切論述都合乎邏輯,改變了過去從向心力推導向心加速度的教學方式。1.采用理論、實驗、體驗相結合的教學安排。2.教師啟發(fā)引導,學生自主閱讀、思考,討論、交流。知識與技能1.會作矢量圖表示速度的變化量與速度之間的關系。2.加深理解加速度與速度、速度變化量的區(qū)別。3.體會勻速圓周運動向心加速度方向的分析方法。4.知道向心加速度的公式也適用于變速圓周運動;知道變速圓周運動的向心加速度的方向。
一、學習任務分析1.教材的地位和作用在物理學中,能量并不是由功定義的。能量的概念是在人類追尋“運動中的守恒量是什么”的過程中發(fā)展起來的。能量概念之所以重要,就是因為它是一個守恒量。守恒關系是自然中十分重要的關系,從中學開始加強學生對守恒關系的認識是有益的,因為它是極為重要的研究方向。根據這種認識,所以本節(jié)從追尋守恒量出發(fā)引入能量概念,為能量學習奠定了基礎并把這種物理思想滲透在能量學習的全過程。2.學習的主要任務“追尋守恒量”一節(jié),主要是使學生了解守恒思想的重要性。學生在學習本節(jié)課前已經學習了能量的有關知識,在過去的教學中,是先學習能量的概念,而后研究一兩個具體問題,發(fā)現動能與勢能之和在某些過程中不變,由此引出機械能守恒定律?!皺C械能守恒”這個詞學生并不陌生,但是讓學生說出自己對它的認識又不是一件容易的事。
知識與技能1.知道地心說和日心說的基本內容.2.知道所有行星繞太陽運動的軌道都是橢圓,太陽處在橢圓的一個焦點上.3.知道所有行星的軌道的半長軸的三次方跟它的公轉周期的二次方的比值都相等,且這個比值與行星的質量無關,但與太陽的質量有關.4.理解人們對行星運動的認識過程是漫長復雜的,真理是來之不易的.過程與方法通過托勒密、哥白尼、第谷·布拉赫、開普勒等幾位科學家對行星運動的不同認識,了解人類認識事物本質的曲折性并加深對行星運動的理解.情感、態(tài)度與價值觀1.澄清對天體運動裨秘、模糊的認識,掌握人類認識自然規(guī)律的科學方法.2.感悟科學是人類進步不竭的動力.教學重點理解和掌握開普勒行星運動定律,認識行星的運動.學好本節(jié)有利于對宇宙中行星的運動規(guī)律的認識,掌握人類認識自然規(guī)律的科學方法,并有利于對人造衛(wèi)星的學習.
《勻速圓周運動》為高中物理必修2第五章第4節(jié).它是學生在充分掌握了曲線運動的規(guī)律和曲線運動問題的處理方法后,接觸到的又一個美麗的曲線運動,本節(jié)內容作為該章節(jié)的重要部分,主要要向學生介紹描述圓周運動的幾個基本概念,為后繼的學習打下一個良好的基礎。人教版教材有一個的特點就是以實驗事實為基礎,讓學生得出感性認識,再通過理論分析總結出規(guī)律,從而形成理性認識。教科書在列舉了生活中了一些圓周運動情景后,通過觀察自行車大齒輪、小齒輪、后輪的關聯轉動,提出了描述圓周運動的物體運動快慢的問題。二、教學目標1.知識與技能①知道什么是圓周運動、什么是勻速圓周運動。理解線速度的概念;理解角速度和周期的概念,會用它們的公式進行計算。②理解線速度、角速度、周期之間的關系:v=rω=2πr/T。③理解勻速圓周運動是變速運動。④能夠用勻速圓周運動的有關公式分析和解決具體情景中的問題。
教學重點1.自由落體運動的概念及探究自由落體運動的過程。2.掌握自由落體運動規(guī)律,并能運用其解決實際問題。教學難點演示實驗和探究實驗的技巧及自由落體運動規(guī)律的得出.教學過程設計思想:1、 先用游戲激發(fā)學生學習興趣,順理成章地研究落體運動;2、 通過演示實驗讓學生自己總結出物體下落快慢不同的主要原因是空氣阻力,從而猜想若沒有空氣阻力會怎樣;3、 用牛頓管實驗驗證猜想,引入了新的理想運動模型:自由落體運動。講述1971年宇航員做的實驗,加深印象;4、 了解地球表面物體下落運動近似成自由落體運動的條件;5、 著手研究自由落體運動的規(guī)律,利用打點計時器進行研究,得到結論;6、 總結自由落體運動特點及重力加速度;7、 應用訓練
1.這節(jié)課以實驗為依據,采用控制變量的方法進行研究。這一方法今后在電學、熱學的研究中還要用到。我們根據已掌握的知識設計實驗、探索規(guī)律是物體研究的重要方法。2.定義力的單位“牛頓”使得k=1,得到牛頓第二定律的簡單形式F=ma。使用簡捷的數學語言表達物理規(guī)律是物理學的特征之一,但應知道它所對應的文字內容和意義。3.牛頓第二定律概括了運動和力的關系。物體所受合外力恒定,其加速度恒定;合外力為零,加速度為零。即合外力決定了加速度,而加速度影響著物體的運動情況。因此,牛頓第二定律是把前兩章力和物體的運動構成一個整體,其中的紐帶就是加速度。四、評價方案及說明1、對科學知識與技能的評價要注重科學內容的理解與應用,而不是單純記憶。技能的評價目標包括觀察技能、實驗技能等方面。對科學的技能的評價要盡量融合在科學探究過程的情景中。對科學知識的評價主要從兩方面,一是根據學生診斷性練習;二是通過學生作業(yè)反映學生掌握情況。
四、速度和速率學生閱讀教材第18頁相應部分的知識點,讓學生總結.生:速度既有大小,又有方向,是矢量,速度的大小叫速率,教師引導學生看教材第18頁圖1.3—2.觀察汽車的速度計,討論后說出你從表盤上獲取的有用信息。生:汽車的速率.指針指在相應數字的瞬間,就表示汽車在那一瞬時的速率是那個值.生:還可以從表盤上直接讀出公里里程.師:日常生活中的“速度”有時指速度,也有時指速率,要看實際的物理情景。[討論與交流]甲、乙兩位同學用不同的時間圍繞操場跑了一圈,都回到了出發(fā)點,他們的平均速度相同嗎?怎樣比較他們運動的快慢?學生討論,體驗平均速度的缺陷,引入平均速率。生1:位移都是零,平均速度等于位移跟發(fā)生這段位移所用時間的比值,所以他們的平均速度都是零。生2:即使一位同學站在原地不跑,他的平均速度也是零啊,可我們運動會上不是這樣比快慢的,如果這樣,那多不公平啊?
閱讀教材后總結:是萬有引力的作用把宇宙中的恒星和行星聚集在一起,組成了太陽系、銀河系和其他星系.力的相互作用遍布我們周圍的一切物體.除此之外還有電荷間的相互作用、磁體間的相互作用,我們把這種力稱為電磁相互作用.【思考與討論】質子帶正電,但質子(與中子一起)卻能聚集在一起構成原子核.你能推測是什么力的作用結果嗎?攻略一:閱讀教材53頁,師生共同討論、總結.攻略二:網絡搜索或工具書查閱“四種基本相互作用”,進一步了解概念.結論:決定物質的結構和變化過程的基本的相互作用.近代物理確認各種物質之間的基本的相互作用可歸結為四種:引力相互作用、電磁相互作用、弱相互作用和強相互作用.近代物理的觀點傾向于認為:四種基本相互作用是統一的,物理學家們正在為建立大統一理論而努力.但至今也沒有公認的結論,望同學們好好學習,為科學事業(yè)奉獻自己的聰明和才智.