(一)知識與技能1.理解重力勢能的概念,會用重力勢能的定義進行計算。2.理解重力勢能的變化和重力做功的關(guān)系,知道重力做功與路徑無關(guān)。3.知道重力勢能的相對性,知道重力勢能是物體和地球系統(tǒng)共有的(二)過程與方法:用所學功的概念推導重力做功與路徑的關(guān)系,親身感受知識的建立過程(三)情感、態(tài)度與價值觀1.滲透從對生活中有關(guān)物理現(xiàn)象的觀察,得到物理結(jié)論的方法,激發(fā)和培養(yǎng)學生探索自然規(guī)律的興趣.2.培養(yǎng)學生遵守社會公德,防止高空墜物?!窘虒W重點】重力勢能的概念及重力做功跟物體重力勢能改變的關(guān)系?!窘虒W難點】重力勢能的系統(tǒng)性和相對性?!窘虒W方法】啟發(fā)、引導、講練結(jié)合【教學過程】一、新課引入有句話是“搬起石頭砸自己的腳”,從物理的角度看待這一問題,搬起的石頭有了做功的本領(lǐng),它就具有了能,這種能我們稱為重力勢能。我們今天就來學習重力勢能。二、新課教學
(給出儀器后先讓學生思考如何設(shè)計實驗、安裝儀器、設(shè)計實驗步驟,而后教師總結(jié))實驗步驟如下:①安裝調(diào)整斜槽 :用圖釘把白紙釘在豎直板上,在木板的左上角固定斜槽。②調(diào)整木板 :用懸掛在槽口的重錘線把木板調(diào)整到豎直方向,并使木板平面與小球下落的豎直面平行,然后把重錘線方向記錄到釘在木板上的白紙上,固定木板,使在重復實驗的過程中,木板與斜槽的相對位置保持不變。③確定坐標原點:把小球放在槽口處,用鉛筆記下小球在槽口時球心在木板上的水平投影點O,O即為坐標原點。④描繪運動軌跡 :用鉛筆的筆尖輕輕地靠在木板的平面上,不斷調(diào)整筆尖的位置,使從斜槽上滾下的小球正好碰到筆尖,然后就用鉛筆在該處白紙上點上一個黑點,這就記下了小球球心所對應的位置。保證小球每次從槽上開始滾下的位置都相同,用同樣的方法可找出小球平拋軌跡上的一系列位置。取下白紙,描繪小球做平拋運動的軌跡。
(四)實例探究☆力和運動的關(guān)系1、一個物體放在光滑水平面上,初速為零,先對物體施加一向東的恒力F,歷時1秒,隨即把此力改變?yōu)橄蛭?,大小不變,歷時1秒鐘,接著又把此力改為向東,大小不變,歷時1秒鐘,如此反復只改變力的方向,共歷時1分鐘,在此1分鐘內(nèi)A.物體時而向東運動,時而向西運動,在1分鐘末靜止于初始位置之東B.物體時而向東運動,時而向西運動,在1分鐘末靜止于初始位置C.物體時而向東運動,時而向西運動,在1分鐘末繼續(xù)向東運動D.物體一直向東運動,從不向西運動,在1分鐘末靜止于初始位置之東☆牛頓運動定律的應用2、用30N的水平外力F,拉一靜止放在光滑的水平面上質(zhì)量為20kg的物體,力F作用3秒后消失,則第5秒末物體的速度和加速度分別是A.v=7.5m/s,a=l.5m/s2B.v=4.5m/s,a=l.5m/s2C.v=4.5m/s,a=0D.v=7.5m/s,a=0
探究一:高中階段功的含義是什么?投影:初中九年級《物理》105頁學生思考:①圖中物體的勢能、動能分別如何變化?②物體能量的變化和做功是否存在關(guān)系?學生:分組討論,得出結(jié)論:如果物體的能量發(fā)生變化時,說明有力對物體做了功。教師:進行點評和小結(jié)(設(shè)計意圖:對初中知識深化理論認識,并為以后功能關(guān)系的教學作準備)探究二:力對物體做功的兩個要素是什么?情景再現(xiàn):找體重相對懸殊的兩位同學,①A同學試圖抱起B(yǎng)同學,但沒成功。②B同學抱起A同學在教室內(nèi)勻速走動。學生思考:在①中,A是否對B做功?在②中,B是否對A做功?學生:分析得出做功的兩要素:物體受到力的作用,并且在力的方向上發(fā)生位移.教師:讓學生分別例舉生活中力對物體做功和不做功的例子,(設(shè)計意圖:讓學生親身參與課堂實驗,烘托課堂氣氛,相互協(xié)作增進同學情誼)探究三:如果物體的位移不再力的方向上,那么力是否還對物體做功?
(一)、復習提問1、請說出功的計算公式及功的單位2、我們用哪個物理量表示物體運動的快慢?(二)、創(chuàng)設(shè)情景,引入新課1、播放多媒體素材,用起重機和一個工人搬運幾百塊磚比較哪一種方法好?圖中的情景說明了什么問題?(教師通過所設(shè)計的情景,將學生引入怎樣比較做功快慢,讓學生發(fā)表自己的看法,初步知道物體做功是有快慢之分的。)(三)、進行新課1、比較做功快慢的方法播放多媒體素材并提出問題:怎樣比較兩個人誰做功快誰做功慢?教師啟發(fā):以前學習過要比較兩物體運動的快慢,可以先確定路程再比較時間,也可以先確定時間再比較路程。在路程和時間都不同時,通過計算速度比較兩物體運動的快慢。同理,要比較物體做功的快慢可采用什么方法?
思考:洗衣機脫水時轉(zhuǎn)速高時容易甩干衣物,還是轉(zhuǎn)速低時容易甩干衣物?(2) 制作棉花糖的原理內(nèi)筒與洗衣機的脫水筒相似,里面加入白砂糖,加熱使糖熔化成糖汁。內(nèi)筒高速旋轉(zhuǎn),黏稠的糖汁就做離心運動,從內(nèi)筒壁的小孔飛散出去,成為絲狀到達溫度較低的外筒,并迅速冷卻凝固,變得纖細雪白,像一團團棉花。5.離心現(xiàn)象的防止在水平公路上行駛的汽車,轉(zhuǎn)彎時所需的向心力是由車輪與路面的靜摩擦力提供的。如果轉(zhuǎn)彎時速度過大,所需向心力F大于最大靜摩擦力Fmax,汽車將做離心運動而造成交通事故。因此,在公路彎道處,車輛行駛不允許超過規(guī)定的速度。當高速轉(zhuǎn)動的砂輪或者飛輪內(nèi)部分子間相互作用力不足以提供所需向心力時,離心運動就會使他們破裂,甚至釀成事故。
【學習內(nèi)容分析】在行星運動規(guī)律與萬有引力定律兩節(jié)內(nèi)容之間安排本節(jié)內(nèi)容,是為了更突出發(fā)現(xiàn)萬有引力定律的這個科學過程。如果說上一節(jié)內(nèi)容是從運動學角度描述行星運動的話,那么,本節(jié)內(nèi)容是從動力學角度來研究行星運動的,研究過程是依據(jù)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(xiàn)有的知識基礎(chǔ)身于歷史的背景下,經(jīng)歷一次“發(fā)現(xiàn)”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(jīng)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(jīng)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(jù)是什么,教師僅在難點問題上做適當?shù)狞c撥。
一、學習任務(wù)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(guān)系是自然中十分重要的關(guān)系,從中學開始加強學生對守恒關(guān)系的認識是有益的,因為它是極為重要的研究方向。根據(jù)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(chǔ)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(wù)“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(jīng)學習了能量的有關(guān)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(xiàn)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。
【探究學習】引入新課教師活動:自從17世紀以來,以牛頓定律為基礎(chǔ)的經(jīng)典力學不斷發(fā)展,取得了巨大的成就,經(jīng)典力學在科學研究和生產(chǎn)技術(shù)中有了廣泛的應用,從而證明了牛頓運動定律的正確性。但是,經(jīng)典力學也不是萬能的,向其它科學一樣,它也有一定的適用范圍,有自己的局限性。那么經(jīng)典力學在什么范圍內(nèi)適用呢?有怎樣的局限性呢?這節(jié)課我們就來了解這方面的知識。進行新課教師活動:請同學們閱讀課文,閱讀時考慮下列問題[用投影片出示]:1、經(jīng)典力學取得了哪些輝煌的成就?舉例說明。2、經(jīng)典力學在哪些領(lǐng)域不能適用?能說出為什么嗎?舉例說明。3、經(jīng)典力學的適用范圍是什么?自己概括一下。4、相對論和量子力學的出現(xiàn)是否否定了牛頓的經(jīng)典力學?應該怎樣認識?5、怎樣理解英國劇作家蕭伯納的話“科學總是從正確走向錯誤”?學生活動:閱讀教材,并思考上面的問題。分組討論,代表發(fā)言。點評:讓學生通過自主閱讀獲取信息,培養(yǎng)學生閱讀理解能力,同時培養(yǎng)學生良好的自學習慣。
1、教師先演示投影:把小鋼珠放在黑墨水瓶蓋里轉(zhuǎn)一下(內(nèi)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(jù)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(jié)論:師:要引導學生得出正確的科學結(jié)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”。
“做功的過程就是能量轉(zhuǎn)化過程”,這是本章教學中的一條主線。對于一種勢能,就一定對應于相應的力做功。類比研究重力勢能是從分析重力做功入手的,研究彈簧的彈性勢能則應從彈簧的彈力做功入手。然而彈簧的彈力是一個變力,如何研究變力做功是本節(jié)的一個難點,也是重點。首先,要引導學生通過類比重力做功和重力勢能的關(guān)系得出彈簧的彈力做功和彈簧的彈性勢能的關(guān)系。其次,通過合理的猜想與假設(shè)得出彈簧的彈力做功與哪些物理量有關(guān)。最后,類比勻變速直線運動求位移的方法,進行知識遷移,利用微元法的思想得到彈簧彈力做功的表達式,逐步把微分和積分的思想滲透到學生的思維中。本節(jié)課通過游戲引入課題,通過生活中拉弓射箭、撐桿跳高和彈跳蛙等玩具以及各種彈簧等實例來創(chuàng)設(shè)情景,提出問題。給學生感性認識,引起學生的好奇心;讓學生對彈簧彈力做功的影響因素進行猜想和假設(shè),提出合理的推測,激發(fā)學生的探索心理,構(gòu)思實驗,為定性探究打下基礎(chǔ)。然后,引導學生通過類比重力做功與重力勢能的關(guān)系得出彈簧彈性勢能與彈簧彈力做功的關(guān)系。
說明:“倍增法”是一種重要的物理方法,歷史上庫侖在研究電荷間的相互作用力時曾用過此法,但學生在此前的物理學習中可能未曾遇到類似例子,因此引導學生通過交流,領(lǐng)會“倍增法”的妙處,這是本節(jié)課的一個要點.可用體育鍛煉中的“拉力器”來類比。(2)該方案消除摩擦力影響的方法:所用的消除方法與實驗方案2一樣。也可使用氣墊導軌代替木板,以更好地消除摩擦影響。(3)小車速度的確定方法:①確定打出來的點大致呈現(xiàn)什么規(guī)律:先密后疏(變加速),再均勻分布(勻速);②應研究小車在哪個時刻的速度:在橡皮筋剛恢復原長時小車的瞬時速度,即紙帶上的點剛開始呈現(xiàn)均勻分布時的速度;③應如何取紙帶上的點距以確定速度:由于實驗器材和每次操作的分散性,尤其是橡皮筋不可能長度、粗細完全一致,使得每次改變橡皮筋的條數(shù)后,紙帶上反映小車勻速運動的點數(shù)和點的位置,不一定都在事先的設(shè)定點(即用一條橡皮筋拉小車,橡皮筋剛好恢復原長時紙帶上的點)處。
1.教材在學生的原有加速度概念的基礎(chǔ)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(guān)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(jié)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(guān)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。
知識與技能1.知道地心說和日心說的基本內(nèi)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(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等,且這個比值與行星的質(zhì)量無關(guān),但與太陽的質(zhì)量有關(guān).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(zhì)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.
動畫展示三個宇宙速度(四) 讓學生具有振興中華的使命感與責任感本節(jié)課的最后,播放了一段美國登月的視頻,讓學生發(fā)現(xiàn)一些奇妙的物理現(xiàn)象,引導學生發(fā)現(xiàn)月球的背景是什么顏色,宇航員行走的模樣等等,預計不久的將來,哪個國家也將登上月球,同學們高呼“中國”,那么我們現(xiàn)在能做些什么呢,讓同學感想到:我們是祖國的未來的希望,現(xiàn)在需要努力學習科學文化知識,將來為祖國的航天事業(yè)做貢獻。要培養(yǎng)學生堅韌不撥、勇于探索、協(xié)力合作的科學精神以及嚴謹求實、謙虛謹慎、勇于質(zhì)疑科學態(tài)度;也要培養(yǎng)學習者熱愛科學、熱愛祖國的情感;努力學習、振興中華的責任感。這些策略在本案例中得到了體現(xiàn)。(五)練習反饋,拓展延伸:[例題1]“2003年10月15日9時,我國神舟五號宇宙飛船在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射,把我國第一位航天員楊利偉送入太空。飛船繞地球飛行14圈后,于10月16日6時23分安全降落在內(nèi)蒙古主著陸場?!?/p>
《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(nèi)容作為該章節(jié)的重要部分,主要要向?qū)W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(chǔ)。人教版教材有一個的特點就是以實驗事實為基礎(chǔ),讓學生得出感性認識,再通過理論分析總結(jié)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(guān)聯(lián)轉(zhuǎn)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(guān)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(guān)公式分析和解決具體情景中的問題。
觀察實驗視頻實驗驗證師:其實大家完全可以利用身邊的器材來驗證。實驗1、用彈簧秤掛上鉤碼,然后迅速上提和迅速下放?,F(xiàn)象:在鉤碼被迅速上提的一瞬間,彈簧秤讀數(shù)突然變大;在鉤碼被迅速下放的一瞬間,彈簧秤讀數(shù)突然變小。師:迅速上提時彈簧秤示數(shù)變大是超重還是失重?迅速下放時彈簧秤示數(shù)變小是超重還是失重?生:迅速上提超重,迅速下放失重。體會為何用彈簧秤測物體重力時要保證在豎直方向且保持靜止或勻速實驗2、學生站在醫(yī)用體重計上,觀察下蹲和站起時秤的示數(shù)如何變化?在實驗前先讓同學們理論思考示數(shù)會如何變化再去驗證,最后再思考。(1)在上升過程中可分為兩個階段:加速上升、減速上升;下蹲過程中也可分為兩個階段:加速下降、減速下降。(2)當學生加速上升和減速下降時會出現(xiàn)超重現(xiàn)象;當學生加速下降和減速上升時會出現(xiàn)失重現(xiàn)象;(3)出現(xiàn)超重現(xiàn)象時加速度方向向上,出現(xiàn)失重現(xiàn)象時加速度方向向下。完全失重
(3)內(nèi)陸和中西部城鎮(zhèn)主要以煤和火電為主;廣大農(nóng)村和邊遠地區(qū)大多正從使用農(nóng)作物秸稈等生物能源。(4)人均能源資源不足。我國是世界第三大能源生產(chǎn)國和第二大能源消費國,而我國能源短缺,特別是油氣資源短缺已成為制約我國經(jīng)濟發(fā)展的重要因素。相關(guān)數(shù)據(jù)——煤炭、石油和天然氣的人均資源占有量只有95t,世界平均值為209t,約是世界人均值的1/2;我國人均石油可采儲量3t,世界平均值為28t,約為世界平均值的1/10。我國人均能源消費量不足1.2噸標準煤,居世界89位,不足世界人均能源消費水平的一半,僅占發(fā)達國家的1/5~1/10。其中人均消費650kg標準煤,是世界平均額的95%;人均消費石油相當145kg標準煤,為世界平均數(shù)的16.8%;人均消費天然氣相當17.7kg標準煤,為世界平均數(shù)的3.9%;人均消費電力501.5kWh,為世界平均水平的25%。(5)是能源消費結(jié)構(gòu)不合理,突出存在著一低兩高:即電能消費比例低,非商品生物能源消費量高,一次性商品能源消費中原煤消費比重高。原煤消費達到75%,遠高于26.2%的世界平均水平。
學生中存在這樣的問題:既然宇宙間的一切物體都是相互吸引的,那么為什么沒有吸引到一起?為了解決這個問題,安排了例題2例2、兩物體質(zhì)量都是1kg,相距1m,它們間的萬有引力是多少?通過本題,讓學生認識到一般物體間的引力極小,不用考慮。那么,質(zhì)量很大的天體為什么沒被吸引到一塊?從而引出下節(jié)課題。4.課堂小結(jié):本節(jié)課,從天體運動出發(fā),通過推理證明,形成理性認識,再結(jié)合例題習題使學生的理性認識再反饋到具體事實。形成實踐-理論-實踐的認知循環(huán),順應了認知規(guī)律.。本共設(shè)計了很多問,能讓學生想的盡量讓學生想、能學生說的盡量讓學生說、能讓學生做的盡量讓學生做,全面發(fā)展學生的各方面能力。再通過作業(yè)和探究性課題使學生的思維活動在時空上得以延續(xù)。5.布置作業(yè):布置作業(yè)時刻意安排引入:萬有引力、重力、向心力、三者的聯(lián)系,通過引導學生對比結(jié)果,從中發(fā)現(xiàn)問題:萬有引力與重力向心力的關(guān)系與區(qū)別,為下節(jié)知識的難點突破作好了鋪墊。
2、教學目標根據(jù)我對教材的理解、結(jié)合學生的實際情況、滲透新課程的教學理念,為提高全體學生的科學素養(yǎng),按課程標準,以促進全體學生發(fā)展為目的。從知識與技能、過程與方法,情感態(tài)度與價值觀三個方向培養(yǎng)學生,擬定三個教學目標:知識與技能:(1)知道什么是動能。(2)正確理解和運用動能公式分析、解答有關(guān)問題。(3)掌握外力對物體所做的總功的計算,理解“代數(shù)和”的含義。(4)理解和運用動能定理。過程與方法:通過演繹推理過程,培養(yǎng)科學研究興趣,領(lǐng)略物理學中所蘊含的嚴謹?shù)倪壿嬯P(guān)系。情感、態(tài)度、價值觀:通過運用動能定理分析解決問題,感受成功的喜悅,培養(yǎng)學生對科學研究的興趣。3、教學的重點和難點重點:理解動能定理、應用動能定理解決力學問題。難點:應用動能定理解決多個過程的力學問題,以及變力做功或曲線運動中的動能定理運用。