【探究學習】引入新課教師活動:自從17世紀以來,以牛頓定律為基礎的經典力學不斷發(fā)展,取得了巨大的成就,經典力學在科學研究和生產技術中有了廣泛的應用,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。那么經典力學在什么范圍內適用呢?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、經典力學取得了哪些輝煌的成就?舉例說明。2、經典力學在哪些領域不能適用?能說出為什么嗎?舉例說明。3、經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是否否定了牛頓的經典力學?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。
回答“朝聞道夕死可矣”是哪位古人的名言,和我校的校園文化有何歷史淵源?同學們異口同聲地回答是“孔子”,并有自豪的表情。我感到本節(jié)課達到了預期效果。二、本節(jié)課的一些特點和成功之處:1、 從重知識的傳授轉向重能力的培養(yǎng)。注重了培養(yǎng)學生的想象能力、善于發(fā)現、觀察和審視美的能力、注重培養(yǎng)學生的質疑能力、以及類比推理能力。2、 注重物理課程的校本化、注重學科與校園文化、中國古代文化相融合。將屈原、孔子等人的思想與本節(jié)課所提倡的科學精神進行了恰當的聯系。將中國古代樸素的時空觀如“天上一日,地上一年”、大家耳熟能詳的“一微塵映世界、一剎那含永遠”等思想與愛因斯坦的“相對論”進行了類比。將中國古代的“太極圖”與哈勃望遠鏡拍攝的“渦旋星系”作類比,這不但能激發(fā)學生的想象力、類比能力,還能增強民族自豪感和對學校的熱愛。
一、教材內容經全國中小學教材審定委員會2004年初審查通過,人教育出版社出版的普通高中課程標準實驗教科書《物理必修①》,第三章第5節(jié)內容“力的分解”。二、教學目標1.知識與技能(1)理解分力的概念,理解力的分解是力的合成的逆運算,遵循平行四邊形定則。(2)初步掌握一般情況下力的分解要根據實際需要來確定分力的方向。(3)會用作圖法和直角三角形的知識求分力。(4)能區(qū)別矢量和標量,知道三角形定則,了解三角形定則與平行四邊形定則的實質是一樣的。2.過程與方法(1)進一步領會“等效替代”的思想方法。(2)通過探究嘗試發(fā)現問題、探索問題、解決問題能力。(3)掌握應用數學知識解決物理問題的能力。3.情感態(tài)度與價值觀(1)通過猜測與探究享受成功的快樂。(2)感受物理就在身邊,有將物理知識應用于生活和生產實驗的意識。三、教學重點、難點在具體問題中如何根據力的實際作用效果和平行四邊形定則進行力的分解。
3.進一步體會力是產生加速度的原因,并通過牛頓第二定律來理解勻速圓周運動、變速圓周運動及一般曲線運動的各自特點。(三)、情感、態(tài)度與價值觀1.在實驗中,培養(yǎng)學生動手、探究的習慣。2.體會實驗的意義,感受成功的快樂,激發(fā)學生探究問題的熱情、樂于學習的品質。教學重點1.體會牛頓第二定律在向心力上的應用。2.明確向心力的意義、作用、公式及其變形,并經行計算。教學難點1.對向心力的理解及來源的尋找。2.運用向心力、向心加速度的知識解決圓周運動問題。教學過程(一)、 引入新課:復習提問:勻速圓周運動的物體的加速度——向心加速度,它的方向和大小有何特點呢?學生回答后進一步引導:那做勻速圓周運動物體的受力有什么特點呢?是什么力使物體做圓周運動而不沿直線飛出?請同學們先閱讀教材
l.知識與技能:(1)知道摩擦力產生的條件。(2)能在簡單問題中,根據物體的運動狀態(tài),判斷靜摩擦力的有無、大小和方向;知道存在著最大靜摩擦力。(3)掌握動磨擦因數,會在具體問題中計算滑動磨擦力,掌握判定摩擦力方向的方法。(4)知道影響到摩擦因數的因素。2.過程與方法:通過觀察演示實驗,概括出摩擦力產生的條件及摩擦力的特點,培養(yǎng)學生的觀察、概括能力。通過靜摩擦力與滑動摩擦力的區(qū)別對比,培養(yǎng)學生分析綜合能力。3.情感態(tài)度價值觀:在分析物體所受摩擦力時,突出主要矛盾,忽略次要因素及無關因素,總結出摩擦力產生的條件和規(guī)律。二、重點、難點分析1.本節(jié)課的內容分滑動摩擦力和靜摩擦力兩部分。重點是摩擦力產生的條件、特性和規(guī)律,通過演示實驗得出關系f=μN。2.難點是學生有初中的知識,往往誤認為壓力N的大小總是跟滑動物體所受的重力相等,因此必須指出只有當兩物體的接觸面垂直,物體在水平拉力作用下,沿水平面滑動時,壓力N的大小才跟物體所受的重力相等。
一般情況下,凡是支持物對物體的支持力,都是支持物因發(fā)生形變而對物體產生彈力。所以支持力的方向總是垂直于支持面而指向被支持的物體。例1:放在水平桌面上的書書由于重力的作用而壓迫桌面,使書和桌面同時發(fā)生微小形變,要恢復原狀,對桌面產生垂直于桌面向下的彈力f1,這就是書對桌面的壓力;桌面由于發(fā)生微小的形變,對書產生垂直于書面向上的彈力f2,這就是桌面對書的支持力。學生分析:靜止地放在傾斜木板上的書,書對木板的壓力和木板對書的支持力。并畫出力的示意圖。結論:壓力、支持力都是彈力。壓力的方向總是垂直于支持面而指向被壓的物體,支持力的方向總是垂直于支持面而指向被支持的物體。引導學生分析靜止時,懸繩對重物的拉力及方向。引導得出:懸掛物由于重力的作用而拉緊懸繩,使重物、懸繩同時發(fā)生微小的形變。重物由于發(fā)生微小的形變,對懸繩產生豎直向下的彈力f1,這是物對繩的拉力;懸繩由于發(fā)生微小形變,對物產生豎直向上的彈力f2,這就是繩對物體的拉力。
(五)平拋運動規(guī)律的應用例1:一架老式飛機在高出海面45m的高處,以80m/s的速度水平飛行,為了使飛機上投下的炸彈落在停在海面上的敵船,應該在與轟炸目標的水平距離為多遠的地方投彈?不計空氣阻力。分析:對于這道題我們可以從以下幾個方面來考慮:(1)從水平飛行的飛機上投下的炸彈,做什么運動?為什么?(2)炸彈的這種運動可分解為哪兩個什么樣的分運動?3)要想使炸彈投到指定的目標處,你認為炸彈落地前在水平方向通過的距離與投彈時飛機離目標的水平距離之間有什么關系?拓展:1、式飛機在高出海面45m的高處,以80m/s的速度水平飛行,尾追一艘以15m/s逃逸的敵船,為了使飛機上投下的炸彈正好擊中敵船,應該在與轟炸目標的水平距離為多遠的地方投彈?不計空氣阻力。2、在一次摩托車跨越壕溝的表演中,摩托車從壕溝的一側以速度v=40m/s沿水平方向向另一側,壕溝兩側的高度及寬度如圖所示,摩托車可看做質點,不計空氣阻力。(1)判斷摩托車能否跨越壕溝?請計算說明(2)若能跨過,求落地速度?
1.用CAI課件模擬汽車的啟動過程。師生共同討論:①如果作用在物體上的力為恒力,且物體以勻速運動,則力對物體做功的功率保持不變。此情況下,任意一段時間內的平均功率與任一瞬時的瞬時功率都是相同的。②很多動力機器通常有一個額定功率,且通常使其在額定功率狀態(tài)工作(如汽車),根據P=FV可知:當路面阻力較小時,牽引力也小,速度大,即汽車可以跑得快些;當路面阻力較大,或爬坡時,需要比較大的牽引力,速度必須小。這就是爬坡時汽車換低速擋的道理。③如果動力機器在實際功率小于額定功率的條件下工作,例如汽車剛剛起動后的一段時間內,速度逐漸增大過程中,牽引力仍可增大,即F和v可以同時增大,但是這一情況應以二者乘積等于額定功率為限度,即當實際功率大于額定功率以后,這種情況不可能實現。
【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。
“做功的過程就是能量轉化過程”,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。
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)。
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。
一、教材分析在初中階段,物理量單位的學習是學生較為困惑的問題之一。前面關于1N的規(guī)定給學生的印象總好像是有些隨意。尤其是牛頓、帕斯卡、安培、伏特、焦耳、瓦特等單位的規(guī)定。使得學生感動物理太復雜。事實上,只有把單位制放在整個物理學框架中加以認識,并且知識有了一定的積累。經歷了充分的學習過程后才能體會物理量單位的命名和使用規(guī)則。體會到其中對一些單位進行規(guī)定的合理性和方便特征。物理學單位中,有很少幾個基本物理量,它們的單位就是基本單位。在進行了這種選定之后,其它物理量的單位就是根據它的定義式,有所選擇的其他物理量的單位共同確定的。國際單位制的建立和使用,不僅方便了國際間的交流,也逐漸成為科學研究中計算和運用的一種規(guī)范約束。中學生應該注意學習,逐步習慣,在記錄、表達和計算中規(guī)范使用。二、教學目標(一)知識與技能1.了解什么是單位制,知道力學中的三個基本單位;2.認識單位制在物理計算中的作用
通過這個示例呢,我們可以得到解決向心力問題的一般的步驟,確定對象,找出軌跡,找出圓心,然后進行受力分析,讓同學們參考這樣的步驟,逐步的解決圓周運動的問題,對于變速圓周運動,我通過鏈球運動進行引入,這里是一個鏈球運動的視頻,在同學們觀看視頻之前,我給同學們提出問題,鏈球收到繩子的拉力,做的是勻速圓周運動嗎? 然后再課堂上我們再做一個小實驗, 我們可以通過改變拉線的方式來調節(jié)小球的速度大小嗎? 那么對小球,做加速圓周運動,進行受力分析,我們可以看到,小球做加速運動時,他所受到的力,并不是嚴格通過軌跡的圓心,在進行分析的時候,特別強調,小桶所受力的切線方向分力,和法線方向分力,切線方向分力,改變小球運動速度大小,法線方向分力,改變了小球運動的方向,法線方向的分力,在這里就是向心力,產生了向心加速度,通過這樣一個例子進行分析,同學們是比較容易理解的,
本節(jié)課是人教社物理必修1第三章第三節(jié)的內容,編排在彈力之后。該節(jié)知識既是力學的基礎,也是組成整個高中物理知識的一塊“基石”,所以這節(jié)內容的教學如何引領學生自主積極地探究摩擦力產生的條件和影響因素,體驗摩擦力特點規(guī)律的發(fā)生過程是本節(jié)課的重點,應高度重視本節(jié)教學過程;由于摩擦力問題的復雜性,且在具體問題中又表現出“動中有靜,靜中有動”,尤其靜摩擦在許多情形下似乎又是“若有若無,方向不定”,因此,對于初學者也是有一定難度的。也正是由于教材內容的上述特點,本節(jié)課又易于激起學生的求知欲,易于培養(yǎng)學生的辯證觀點,易于錘煉學生的物理素質。要充分用好該節(jié)教材內容,深入挖掘知識間的有機聯系,對學生開展針對性的思維訓練,進而提高學生應用物理知識解決實際問題的能力和創(chuàng)新思維能力。高中物理《課標》對該知識點的要求是,“通過實驗認識滑動摩擦、靜摩擦的規(guī)律,能用動摩擦因數計算摩擦力”。其中,對靜摩擦力規(guī)律的認識應該包括最大靜摩擦力。
思考:洗衣機脫水時轉速高時容易甩干衣物,還是轉速低時容易甩干衣物?(2) 制作棉花糖的原理內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。內筒高速旋轉,黏稠的糖汁就做離心運動,從內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.離心現象的防止在水平公路上行駛的汽車,轉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。當高速轉動的砂輪或者飛輪內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。
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后,紙帶上反映小車勻速運動的點數和點的位置,不一定都在事先的設定點(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。
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.
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?
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?