(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(lǐng)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(lǐng)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(guān)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
(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
設(shè)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(guān)?類比:物體的重力勢能與物體所受的重力和高度有關(guān)。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(guān),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(guān)。學生討論如何設(shè)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。
“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(yīng)于相應(yīng)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(yīng)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。
閱讀教材后總結(jié):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(zhì)子帶正電,但質(zhì)子(與中子一起)卻能聚集在一起構(gòu)成原子核.你能推測是什么力的作用結(jié)果嗎?攻略一:閱讀教材53頁,師生共同討論、總結(jié).攻略二:網(wǎng)絡(luò)搜索或工具書查閱“四種基本相互作用”,進一步了解概念.結(jié)論:決定物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和變化過程的基本的相互作用.近代物理確認各種物質(zhì)之間的基本的相互作用可歸結(jié)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(tǒng)一的,物理學家們正在為建立大統(tǒng)一理論而努力.但至今也沒有公認的結(jié)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.
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(jié)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(nèi)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.
本節(jié)課是人教社物理必修1第三章第三節(jié)的內(nèi)容,編排在彈力之后。該節(jié)知識既是力學的基礎(chǔ),也是組成整個高中物理知識的一塊“基石”,所以這節(jié)內(nèi)容的教學如何引領(lǐng)學生自主積極地探究摩擦力產(chǎn)生的條件和影響因素,體驗?zāi)Σ亮μ攸c規(guī)律的發(fā)生過程是本節(jié)課的重點,應(yīng)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(xiàn)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(nèi)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(zhì)。要充分用好該節(jié)教材內(nèi)容,深入挖掘知識間的有機聯(lián)系,對學生開展針對性的思維訓練,進而提高學生應(yīng)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(shù)計算摩擦力”。其中,對靜摩擦力規(guī)律的認識應(yīng)該包括最大靜摩擦力。
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(diào)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(diào),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(chǎn)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,
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?
基于以上分析,為使本堂課圍繞重點、突破難點,同時讓學生在課堂教學中能力得到提高,我設(shè)計如下教學過程。(一)創(chuàng)設(shè)情景認識形變由同學們已有的形變知識入手,引入新課。教師演示:①彈簧的壓縮形變;②彈簧的拉伸形變③視頻播放:竹竿形變、鋼絲的扭轉(zhuǎn)形變。得出形變的概念及各類形變。[設(shè)計意圖:我從生活情景中引入新課,是為了激發(fā)學生的好奇心,為學生學習重點和難點內(nèi)容作鋪墊。]設(shè)問:摩天大樓在風的吹拂下會不會擺動,發(fā)生形變嗎?演示微小形變放大實驗:由于這種形變不容易觀察,會使學生產(chǎn)生疑問:到底有沒有發(fā)生形變?解決的辦法是微小形變的演示實驗。為什么光點會往下移?讓學生帶著問題思考后得出結(jié)論:是由于桌面發(fā)生了形變,但是形變不明顯。為后面解決壓力和支持力都是彈力做好鋪墊。[設(shè)計意圖:使學生知道“放大”是一種科學探究的方法。]
3.進一步體會力是產(chǎn)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(zhì)。教學重點1.體會牛頓第二定律在向心力上的應(yīng)用。2.明確向心力的意義、作用、公式及其變形,并經(jīng)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
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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(jié)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(chǎn)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(chǎn)生豎直向上的彈力f2,這就是繩對物體的拉力。
一、教材內(nèi)容經(jīng)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(nèi)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(jù)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(zhì)是一樣的。2.過程與方法(1)進一步領(lǐng)會“等效替代”的思想方法。(2)通過探究嘗試發(fā)現(xiàn)問題、探索問題、解決問題能力。(3)掌握應(yīng)用數(shù)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(yīng)用于生活和生產(chǎn)實驗的意識。三、教學重點、難點在具體問題中如何根據(jù)力的實際作用效果和平行四邊形定則進行力的分解。
l.知識與技能:(1)知道摩擦力產(chǎn)生的條件。(2)能在簡單問題中,根據(jù)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(shù),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(shù)的因素。2.過程與方法:通過觀察演示實驗,概括出摩擦力產(chǎn)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(guān)因素,總結(jié)出摩擦力產(chǎn)生的條件和規(guī)律。二、重點、難點分析1.本節(jié)課的內(nèi)容分滑動摩擦力和靜摩擦力兩部分。重點是摩擦力產(chǎn)生的條件、特性和規(guī)律,通過演示實驗得出關(guān)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。
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(nèi)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(jù)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(nèi),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(yīng)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(xiàn)。
(五)平拋運動規(guī)律的應(yīng)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(yīng)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(guān)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(yīng)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(cè)以速度v=40m/s沿水平方向向另一側(cè),壕溝兩側(cè)的高度及寬度如圖所示,摩托車可看做質(zhì)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?
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(yīng)用動能定理解決力學問題。難點:應(yīng)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。
2、計算天體的質(zhì)量首先觀看多媒體展示天體的運動,同時解釋什么是環(huán)繞天體?什么是中心天體?接著展示相關(guān)問題:①應(yīng)用萬有引力定律求解天體質(zhì)量的基本思路是什么?②求解天體質(zhì)量的方程依據(jù)是什么?教師點撥,學生分組,合作探究,學生代表發(fā)言設(shè)計說明通過創(chuàng)設(shè)問題情境,進行由淺至深,由易到難的問題式教學,以激發(fā)學生的積極思維活動;通過探究讓學生建立物理模型,分組討論,求解中心天體質(zhì)量的三種表達式。在進行已有知識的遷移時重點重復環(huán)繞和被繞的關(guān)系,使學生準確抓住模型中的各個星體所擔任的角色。通過小組合作學習,運用類比歸納法得出正確結(jié)論,掌握求解中心天體質(zhì)量的基本思路,以達到突出教學重點的目的。3、發(fā)現(xiàn)未知天體通過2個視頻進行了解設(shè)計說明這部分通過視頻主要激發(fā)學生相信科學,學習科學,讓學生感知人類探索宇宙的夢想,激發(fā)學生探索科學奧秘的熱情,培養(yǎng)熱愛科學的情感,促使學生樹立獻身科學的人生價值觀。
(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。