問:為什么會出現(xiàn)這樣的情況,男女生之間的拉力存在著怎樣的大小關系?進一步求證這兩個力的大小關系經(jīng)過共同討論,得方案:把兩個彈簧秤勾在一起,重現(xiàn)拔河比賽,分三種情況進行。(通過攝像頭把彈簧秤的讀數(shù)放大)兩彈簧稱勾在一起拉,處于靜止不動時(即拔河比賽,雙方處于僵持狀態(tài))兩彈簧稱勾在一起拉,并向一方運動(即比賽繩子被拉向一方時的狀態(tài))3、兩彈簧稱勾在一起拉,一方方向慢慢改變(兩力方向始終在一條直線上)實驗結(jié)論:兩彈簧稱的讀數(shù)的變化總是相同的,大小相等,方向相反。得到牛頓第三定律:追問:既然兩個力大小相等,那么拔河比賽為什么還存在勝負之分?講清作用力與反作用力作用的受力物體不同,并和學生討論如何做才會獲勝?;貞n前問題:“以卵擊石”為什么雞蛋碎?
進一步引導學生思考利用數(shù)學知識可寫成等式F=kma學生很自然就會思考比列系數(shù)K應該是多少?通過教師引導學生舉例各國長度單位不同(如英國:英里、碼、英尺、英寸;中國:市里、市丈、市尺、市寸、市分 )導致交流不便。為了適應各國交流需要國際計量局規(guī)定了一套統(tǒng)一的單位,稱為國際單位制 。取不同的單位制K是不同的,為了簡潔方便,在選取了質(zhì)量和加速度的國際單位(Kg, m/s2)時規(guī)定K=1。那么就有;F=ma為了紀念牛頓,就把能使1kg物體獲得1m/s2加速度的力稱做一牛頓,用符號N表示問題:實際物體受力往往不止一個,多個力情況應該怎么辦呢?平行四邊形法則進一步引導學生得出牛頓第二定律更一般的表達式: F合=ma思考.討論我們用力提一個很重的箱子,卻提不動它。這個力產(chǎn)生了加速度嗎?要是產(chǎn)生了,箱子的運動狀態(tài)卻并沒有改變。為什么?
研究一種物理現(xiàn)象,總是要先從現(xiàn)象的描述入手。機械運動作為自然界最簡單和最基本的運動形態(tài),它所描述的是物體空間位置隨時間變化的情況。因此,本節(jié)學習描述質(zhì)點做機械運動需要時刻、時間間隔和位移等概念。相當一部分高一學生在具體過程中難以區(qū)別時刻和時間間隔。另外,由于思維的定式,在第一次接觸既要考慮大小又要考慮方向的問題時,會因不適應造成學習困難。所以,區(qū)別“路程與位移”“時刻和時間間隔”是教學的重難點所在。學習這些內(nèi)容的過程與方法對學習速度和加速度可以起到奠定基礎的作用。教學的對象是高一的學生,這一時期的學生處在好奇善問、創(chuàng)新意識強烈的青少年期。對于生活中出現(xiàn)的各種現(xiàn)象具有濃厚的興趣。但他們的思維還停留在簡單的代數(shù)運算階段,對于矢量和矢量運算的理性認識幾乎沒有。且對生活中出現(xiàn)的時間、時刻、時間間隔等不能做出很好的區(qū)分,對時常提及的路程、距離等形成了模糊的前概念。
設疑自探:一個壓縮或拉伸的彈簧就是一個“儲能器”,怎樣衡量形變彈簧蘊含能量的多少呢?彈簧的彈性勢能的表達式可能與那幾個物理量有關?類比:物體的重力勢能與物體所受的重力和高度有關。那么彈簧的彈性勢能可能與所受彈力的大小和在彈力方向上的位置變化有關,而由F=kl知彈簧所受彈力等于彈簧的勁度系數(shù)與形變量的乘積。預測:彈簧的彈性勢能與彈簧的勁度系數(shù)和形變量有關。學生討論如何設計實驗: ①、用同一根彈簧在幾次被壓縮量不同時釋放(勁度系數(shù)相同,改變形變量),觀察小車被彈開的情況。②、分別用兩根彈簧在被壓縮量相同時釋放(形變量相同,勁度系數(shù)不同),觀察小車被彈開的情況。交流探究結(jié)果:彈性勢能隨彈簧形變量增大而增大。隨彈簧的勁度系數(shù)的增大而增大。
一、說教材《質(zhì)點 參考系和坐標系》是人教版普通高中物理必修一第一章第一課的內(nèi)容。本節(jié)課主要介紹了質(zhì)點、參考系、坐標系的基本概念。通過本節(jié)課的學習為進一步學習后續(xù)課程起到了鋪墊的作用。根據(jù)上述教材的結(jié)構(gòu)和內(nèi)容分析,又考慮到高一年級學生的認知結(jié)構(gòu)及其心理特征,我制定了以下三維教學目標:1、知識與技能:知道質(zhì)點的概念及條件;知道參考系的概念及作用;掌握坐標系的簡單應用。2、過程與方法:促進學生自主學習,讓學生積極參與、樂于探究、勇于實驗、勤于思考,培養(yǎng)學生的科學探究能力。3、情感態(tài)度與價值觀:通過質(zhì)點 參考系和坐標系的學習,使學生了解生活與物理的關系,讓學生學會用科學的思維去看待事物。根據(jù)普通高中物理課程標準,并在吃透教材的基礎上,我確定了以下教學重點和難點:教學重點:質(zhì)點概念的建立。只有掌握了這一點才能更加準確的理解和掌握后續(xù)教材的相關內(nèi)容。
學生回答的方法多樣,讓各小組根據(jù)自己討論出來的方法對自己實驗出來的紙帶進行數(shù)據(jù)處理,并求出加速度,并且將多條紙帶都進行處理,同時提醒學生對紙帶的選擇。接著,我會用多媒體展示重物下落實驗打出來的紙帶,用表格列出一段紙帶上各點的瞬時速度,準確畫出v-t圖像,求出加速度,將結(jié)果給予學生的結(jié)果作對比,確定出正確結(jié)論。最后讓學生分析總結(jié):自由落體運動是初速度為零的勻加速直線運動,而且,多條紙帶算出來的加速度的數(shù)值都接近相等,即加速度在實驗誤差允許范圍內(nèi)是相等的。引出重力加速度,介紹概念、方向及大小。(強調(diào)“同一地點”,讓學生閱讀教材中一些地點的重力加速度,可以了解重力加速度的大小與緯度有關,緯度越大加速度越大)。學習了重力加速度后讓學生根據(jù)之前學習的勻變速直線運動公式推導出自由落體的運動規(guī)律。設計意圖:讓學生在學習過程中的主體地位和自主觀能動性得到充分發(fā)揮,取長補短,培養(yǎng)了學生的實驗操作能力,又使學生對自由落體運動的性質(zhì)有深刻的印象,從而解決了本節(jié)課第二個難點。
(5)高度不同,對平拋運動距離有何影響,是否因為高度減小后下落時間減小,所以要增大速度才能達到相同的距離?(教學實踐證明,這種想法在學生比較多見。已經(jīng)不自覺的沿用了自由落體運動的規(guī)律,又隱隱有運動等時性的痕跡。應引導學生這一結(jié)果還需實驗驗證。)教師的引導:其實,我們所提出的看法都跟平拋運動的規(guī)律有關系。那么平拋運動究竟有怎樣的規(guī)律呢?以前學過的直線運動知識還能用于今天的內(nèi)容嗎?由此逐步使學生意識到分析平拋運動須采用運動合成與分解這一方法。三、實驗驗證自主探究(15分鐘) 物理是實驗科學,多媒體教學不能代替實驗。本教學設計的第三個環(huán)節(jié)是實驗驗證,鼓勵學生自主探究。引導學生根據(jù)自己的猜想(實驗目的)設計實驗進行驗證。(1)介紹手持式平拋豎落儀,引導并小結(jié)實驗要領:聽兩小球下落聲音判斷其下落時間。體會合運動和分運動是等時的。
1、舉例:2、結(jié)論:(1)物體的運動軌跡是曲線的運動叫曲線運動。(2)曲線運動中速度方向是時刻改變的。(二)、曲線運動方向:1、質(zhì)點在某一點(或某一時刻)的速度的方向是在曲線的這一點的切線方向。2、曲線運動中速度方向是時刻改變的,因此曲線運動是變速運動。(三)、曲線運動條件:1、演示實驗:2、結(jié)論:當物體所受的合力的方向跟它的速度方向不在同一直線時,物體就做曲線運動。七、課堂小結(jié):1、運動軌跡是曲線的運動叫曲線運動。2、曲線運動中速度的方向是時刻改變的,質(zhì)點在某一點的瞬時速度的方向在曲線的這一點的切線上。3、當合外力F的方向與它的速度方向有一夾角a時,物體做曲線運動。八、鞏固訓練:1、關于曲線運動,下列說法正確的是()。A:曲線運動一定是變速運動;B:曲線運動速度的方向不斷的變化,但速度的大小可以不變;
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系與區(qū)別,為下節(jié)知識的難點突破作好了鋪墊。
[小結(jié)]師:下面同學們概括總結(jié)本節(jié)所學的內(nèi)容。請一個同學到黑板上總結(jié),其他同學在筆記本上總結(jié),然后請同學評價黑板上的小結(jié)內(nèi)容。 (學生認真總結(jié)概括本節(jié)內(nèi)容,并把自己這節(jié)課的體會寫下來、比較黑板上的小結(jié)和自己的小結(jié),看誰的更好,好在什么地方。) 生:本節(jié)課我們通過伽利略理想斜面實驗,分析得出了能量以及動能和勢能的概念,從能量的相互轉(zhuǎn)化角度認識到,在動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化過程中,能的總量保持不變,即能量是守恒的。通過這節(jié)課的學習,使我們建立起了守恒的思想。 點評:總結(jié)課堂內(nèi)容,培養(yǎng)學生概括總結(jié)能力。 教師要放開,讓學生自己總結(jié)所學內(nèi)容,允許內(nèi)容的順序不同,從而構(gòu)建他們自己的知識框架。[布置作業(yè)]課后討論 P3“問題與練習”中的問題。[課外訓練]以豎直上拋的小球為例說明小球的勢能和動能的轉(zhuǎn)化情況。在這個例子中是否存在著能的總量保持不變?
(二)進行新課1、動能與勢能的相互轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(cè)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(zhuǎn)化。在擺動過程中,小球總能回到原來的高度??梢姡亓菽芎蛣幽艿目偤捅3植蛔?。即機械能保持不變。
了解了第一宇宙速度及其意義之后,繼續(xù)提出問題,讓學生思考:如果衛(wèi)星的發(fā)射速度大于第一宇宙速度7.9km/s ,會出現(xiàn)什么情況呢?先讓學生們大膽猜想,然后再向?qū)W生們介紹 衛(wèi)星發(fā)射速度大于第一宇宙速度后的幾種可能情況,引出第二宇宙速度和第三宇宙速度,讓學生對第二、第三宇宙速度及其意義做定性了解。并通過演示Flash課件,幫助學生理解、加深學生印象。在學生對人造衛(wèi)星的原理及發(fā)射衛(wèi)星的速度條件有了初步了解后,接下來引導學生對衛(wèi)星的運動規(guī)律作進一步的探索。實際上衛(wèi)星并不是沿地表水平發(fā)射的,而是用火箭多次加速送到一定的高度的軌道后,再沿以地心為圓心的圓周的切線運行的。讓學生繼續(xù)深入思考:衛(wèi)星在不同高度繞地球運行時的速度怎么求呢?將衛(wèi)星送入低軌道和高軌道所需的速度都一樣么?如果把不同軌道上的衛(wèi)星繞地球的運動都看成是勻速圓周運動,引導學生利用已學的萬有引力和圓周運動的相關知識,探究衛(wèi)星繞地球的運行規(guī)律。
(四)、彈性勢能(據(jù)課時情況,可以讓學生自學)生活中還有一些物體既沒有運動也沒有很大的高度卻同樣“儲存”著能量,哪怕它只是孩童手里的玩具(圖片:彈弓)。張緊的弓一撒手就會對箭支做功改變它的動能,松弛的弓有這樣的本領嗎?同樣是弓前者具有能量而后者沒有,那么什么情況下物體才具有這種能量呢?張緊的弓在恢復原狀的過程會對外做功,但是拉斷的弓還能有做功的本領嗎?1.定義:物體由于發(fā)生彈性形變而具有的能量叫做彈性勢能。2.彈性勢能的大小與哪些因素有關呢?3、勢能由相互作用的物體的相對位置決定的能量。重力勢能:由地球和物體間相對位置決定。彈性勢能:由發(fā)生形變的各部分的相對位置決定。(五).反饋練習1. 物體在運動過程中,克服重力做功50J, 則( )A.重力做功為50JB.物體的重力勢能一定增加50JC.物體的重力勢能一定減少50JD.重力做功為-50J
3.適用條件(1)萬有引力定律只適用于質(zhì)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(zhì)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(zhì)點。(2)當兩物體是質(zhì)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(zhì)量均勻的球體。當研究物體不能看成質(zhì)點時,可以把物體假想分割成無數(shù)個質(zhì)點,求出兩個物體上每個質(zhì)點與另一物體上所有質(zhì)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(chǎn)生于對太陽系行星運動的研究,但它對物質(zhì)運動的適用性卻要廣泛得多??梢赃@樣說,宇宙中凡有引力參與的一切復雜的現(xiàn)象,無不要歸結(jié)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(tǒng)攝力。
【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。
世界能源問題的解決途徑是什么?能源,是人類敕以生存和進行生產(chǎn)的不可缺少的資源.近年來,隨著生產(chǎn)力的發(fā)展和能源消費的增長.能源問題已被列為世界上研究的重大問題之一.解決世界能源問題的根本途徑,主要有兩個方面:其一是廣泛開源,其二是認真節(jié)流.所謂開源,就是積極開發(fā)和利用各種能源.在繼續(xù)加緊石油勘探和尋找新的石油產(chǎn)地的同時,積極開發(fā)豐富的煤炭資源,還要大力開發(fā)水能,生物能等常規(guī)能源,加強核能、太陽能,風能、沼氣,海洋能,地熱能以及其他各種新能源的研究和利用,從而不斷擴大人類的能源資源的種類和來源.所謂節(jié)流,就是要大力提倡節(jié)約能源.節(jié)能是世界上許多國家關心和研究的重要課題,甚至有人把節(jié)能稱為世界的“第五大能源”,與煤、石油和天然氣、水能、核能等并列.在節(jié)能方面,在有計劃地控制人口增長的同時,重點要發(fā)揮先進科學技術的優(yōu)勢,提高各國的能源利用效率.
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系得出彈簧的彈力做功和彈簧的彈性勢能的關系。其次,通過合理的猜想與假設得出彈簧的彈力做功與哪些物理量有關。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,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。然后,引導學生通過類比重力做功與重力勢能的關系得出彈簧彈性勢能與彈簧彈力做功的關系。
教學目標㈠知識與技能1.要弄清實驗目的,本實驗為驗證性實驗,目的是利用重物的自由下落驗證機械能守恒定律。2.要明確實驗原理,掌握實驗的操作方法與技巧、學會實驗數(shù)據(jù)的采集與處理,能夠進行實驗誤差的分析,從而使我們對機械能守恒定律的認識,不止停留在理論的推導上,而且還能夠通過親自操作和實際觀測,從感性上增加認識,深化對機械能守恒定律的理解。3.要明確織帶選取及測量瞬時速度簡單而準確的方法。㈡過程與方法1.通過學生自主學習,培養(yǎng)學生設計實驗、采集數(shù)據(jù),處理數(shù)據(jù)及實驗誤差分析的能力。2.通過同學們的親自操作和實際觀測掌握實驗的方法與技巧。3.通過對紙帶的處理過程培養(yǎng)學生獲取信息、處理信息的能力,體會處理問題的方法,領悟如何間接測一些不能直接測量的物理量的方法。