前言:想要写出一篇令人眼前一亮的文章吗?我们特意为您整理了5篇运动教案范文,相信会为您的写作带来帮助,发现更多的写作思路和灵感。
1.物理知识方面的要求:
(1)知道并记住什么是布朗运动,知道影响布朗运动激烈程度的因素,知道布朗运动产生的原因。
(2)知道布朗运动是分子无规则运动的反映。
(3)知道什么是分子的热运动,知道分子热运动的激烈程度与温度的关系。
2.通过对布朗运动的观察,发现其特征,分析概括出布朗运动的原因;培养学生概括、分析能力和推理判断能力。
从对悬浮颗粒无规则运动的原因分析,使学生初步接触到用概率统计的观点分析大量偶然事件的必然结果。
二、重点、难点分析
1.通过学生对布朗运动的观察,引导学生思考、分析出布朗运动不是外界影响产生的,是液体分子撞击微粒不平衡性产生的。布朗运动是永不停息的无规则运动,反映了液体分子的永不停息的无规则运动。这一连串结论的得出是这堂课的教学重点。
2.学生观察到的布朗运动不是分子运动,但它又间接反映液体分子无规则运动的特点。这是课堂上的难点。这个难点要从开始分析显微镜下看不到分子运动这个问题逐渐分散解疑。
三、教具
1.气体和液体的扩散实验:分别装有二氧化氮和空气的玻璃储气瓶、玻璃片;250毫升水杯内盛有净水、红墨水。
2.制备好的有藤黄悬浮颗粒的水、显微镜用载物片、显微摄像头、大屏幕投影电视。
四、主要教学过程
(一)引入新课
让学生观察两个演示实验:
1.把盛有二氧化氮的玻璃瓶与另一个玻璃瓶竖直方向对口相接触,看到二氧化氮气体从下面的瓶内逐渐扩展到上面瓶内。
2.在一烧杯的净水中,滴入一二滴红墨水后,红墨水在水中逐渐扩展开来。
提问:上述两个实验属于什么物理现象?这现象说明什么问题?
在学生回答的基础上总结:上述实验是气体、液体的扩散现象,扩散现象是一种热现象。它说明分子在做永不停息的无规则运动。而且扩散现象的快慢直接与温度有关,温度高,扩散现象加快。这些内容在初中物理中已经学习过了。
(二)新课教学过程
1.介绍布朗运动现象
1827年英国植物学家布朗用显微镜观察悬浮在水中的花粉,发现花粉颗粒在水中不停地做无规则运动,后来把颗粒的这种无规则运动叫做布朗运动。不只是花粉,其他的物质如藤黄、墨汁中的炭粒,这些小微粒悬浮在水中都有布朗运动存在。
介绍显微镜下如何观察布朗运动。在载物玻璃上的凹槽内用滴管滴入几滴有藤黄的水滴,将盖玻璃盖上,放在显微镜载物台上,然后通过显微镜观察,在视场中看到大大小小的许多颗粒,仔细观察其中某一个很小的颗粒,会发现在不停地活动,很像是水中的小鱼虫的运动。将一台显微镜放在讲台上,然后让用显微摄像头拍摄布朗运动,经过电脑在大屏幕上显示投影成像,让全体学生观察,最好教师用教鞭指一个颗粒在屏幕上的位置,以此点为参考点,让学生看这颗微粒以后的一些时间内对参考点运动情况。
让学生看教科书上图,图上画的几个布朗颗粒运动的路线,指出这不是布朗微粒运动的轨迹,它只是每隔30秒观察到的位置的一些连线。实际上在这短短的30秒内微粒运动也极不规则,绝不是直线运动。
2.介绍布朗运动的几个特点
(1)连续观察布朗运动,发现在多天甚至几个月时间内,只要液体不干涸,就看不到这种运动停下来。这种布朗运动不分白天和黑夜,不分夏天和冬天(只要悬浮液不冰冻),永远在运动着。所以说,这种布朗运动是永不停息的。
(2)换不同种类悬浮颗粒,如花粉、藤黄、墨汁中的炭粒等都存在布朗运动,说明布朗运动不取决于颗粒本身。更换不同种类液体,都不存在布朗运动。
(3)悬浮的颗粒越小,布朗运动越明显。颗粒大了,布朗运动不明显,甚至观察不到运动。
(4)布朗运动随着温度的升高而愈加激烈。
3.分析、解释布朗运动的原因
(1)布朗运动不是由外界因素影响产生的,所谓外界因素的影响,是指存在温度差、压强差、液体振动等等。
分层次地提问学生:若液体两端有温度差,液体是怎样传递热量的?液体中的悬浮颗粒将做定向移动,还是无规则运动?温度差这样的外界因素能产生布朗运动吗?
归纳总结学生回答,液体存在着温度差时,液体依靠对流传递热量,这样悬浮颗粒将随液体有定向移动。但布朗运动对不同颗粒运动情况不相同,因此液体的温度差不可能产生布朗运动。又如液体的压强差或振动等都只能使液体具有定向运动,悬浮在液体中的小颗粒的定向移动不是布朗运动。因此,推理得出外界因素的影响不是产生布朗运动的原因,只能是液体内部造成的。
(2)布朗运动是悬浮在液体中的微小颗粒受到液体各个方向液体分子撞击作用不平衡造成的。
显微镜下看到的是固体的微小悬浮颗粒,液体分子是看不到的,因为液体分子太小。但液体中许许多多做无规则运动的分子不断地撞击微小悬浮颗粒,当微小颗粒足够小时,它受到来自各个方向的液体分子的撞击作用是不平衡的。如教科书上的插图所示。
在某一瞬间,微小颗粒在某个方向受到撞击作用强,它就沿着这个方向运动。在下一瞬间,微小颗粒在另一方向受到的撞击作用强,它又向着另一个方向运动。任一时刻微小颗粒所受的撞击在某一方向上占优势只能是偶然的,这样就引起了微粒的无规则的布朗运动。
悬浮在液体中的颗粒越小,在某一瞬间跟它相撞击的分子数越小。布朗运动微粒大小在10-6m数量级,液体分子大小在10-10m数量级,撞击作用的不平衡性就表现得越明显,因此,布朗运动越明显。悬浮在液体中的微粒越大,在某一瞬间跟它相撞击的分子越多,撞击作用的不平衡性就表现得越不明显,以至可以认为撞击作用互相平衡,因此布朗运动不明显,甚至观察不到。
液体温度越高,分子做无规则运动越激烈,撞击微小颗粒的作用就越激烈,而且撞击次数也加大,造成布朗运动越激烈。
5.布朗运动的发现及原因分析的重要意义
(1)结合上面的讲解分析提问学生:布朗运动是悬浮在液体中的固体微粒分子的运动吗?是液体分子无规则运动吗?布朗微粒是被谁无规则撞击而造成的?布朗运动间接地反映了谁的无规则运动?
综合学生回答归纳总结:
(1)固体颗粒是由大量分子组成的,仍然是宏观物体;显微镜下看到的只是固体微小颗粒,光学显微镜是看不到分子的;布朗运动不是固体颗粒中分子的运动,也不是液体分子的无规则运动,而是悬浮在液体中的固体颗粒的无规则运动。无规则运动的原因是液体分子对它无规则撞击的不平衡性。因此,布朗运动间接地证实了液体分子的无规则运动。
(2)布朗运动随温度升高而愈加激烈,在扩散现象中,也是温度越高,扩散进行的越快,而这两种现象都是分子无规则运动的反映。这说明分子的无规则运动与温度有关,温度越高,分子无规则运动越激烈。所以通常把分子的这种无规则运动叫做热运动。
(三)课堂小结
1.要知道什么是布朗运动。它是悬浮在液体中的固体微粒的无规则运动,是在显微镜下观察到的。
2.知道布朗运动的三个主要特点:永不停息地无规则运动;颗粒越小,布朗运动越明显;温度越高,布朗运动越明显。
3.产生布朗运动的原因:它是由于液体分子无规则运动对固体微小颗粒各个方向撞击的不均匀性造成的。
4.布朗运动间接地反映了液体分子的无规则运动,布朗运动、扩散现象都有力地说明物体内大量的分子都在永不停息地做无规则运动。
(四)课堂练习
1.关于布朗运动的下列说法中,正确的是[]。
A.布朗运动就是液体分子的热运动
B.布朗运动是悬浮在液体中的固体颗粒内的分子的无规则热运动
C.温度越高,布朗运动越激烈
D.悬浮颗粒越小,布朗运动越激烈
答案:C、D。
2.如图是观察记录做布朗运动的一个微粒的运动路线。从微粒在A点开始记录,每隔30秒记录下微粒的一个位置,得到B、C、D.E、F、G等点,则微粒在75秒末时的位置[]。
A.一定在CD连线的中点
B.一定不在CD连线的中点
C.可能在CD连线上,但不一定在CD连线的中点
D.可能在CD连线以外的某点
答案:C、D。
五、说明
动能的概念,以及由此而引出的动能定理和机械能守恒定律,使人们对自然界的认识更加深入;动量的概念,特别是由此导出的动量定理和动量守恒定律,不但适用于恒力作用情况,而且也适用于变力作用的情况,比牛顿定律具有更广泛的适用性。在物理学知识系统中,动量守恒定律有广泛的适用范围,除力学外还涵盖物理学中的声、光、热、电、原子物理学等,是物体相互作用所遵守的法则,也是自然界重要的规律。也就是说,动能和动量的概念,以及由此而引出的动能定理和机械能守恒定律、动量定理和动量守恒定律,一方面使牛顿力学的范畴得到了进一步的扩展,另一方面为人们解决力学问题,开辟了与牛顿定律相并行的三大途径。因此,动量和动能的概念是力学的重点,也是高中物理教与学的重点。
但是,为什么既要引入动量,又要引入动能呢?动量和动能,究竟有什么区别,这是高中物理教学中,经常被人们忽视的一个教学难点。在动量和动能这两个概念的教学中,若只讲动量和动能在公式表述形式上的区别,而不讲它们在研究对象和物理本质上的异同,其结果是学生虽然会解题了,但他们却不知道为什么要这样解题。因而,我们的物理教学,不能只孤立地给学生讲一些支离破碎的物理知识,而应该给他们构建一个完美的、自洽的物理体系,让他们在学习物理概念和规律时,不仅要知其然,而且要能知其所以然。为此,笔者把动量和动能这两个概念的教学,分为三个步骤,使教学不断深入。
一、按现行教材的编排顺序,分别系统地讲解学习动量和动能的概念
其实,用速度描述物体“运动的多少”,是最容易被人们接受的思想。但是,大量的事实也使人们认识到,对物体的作用效果不但要考虑物体的速度,还要考虑它的质量。假设与子弹同等速度射出的一粒芝麻,衣裳即可将其挡住,但如果是子弹则不行。通过列举此类现象及学生实验,启发他们思考,在物体的质量一定的条件下,物体的速度越大,其运动量越大;在运动速度一定的条件下,物体的质量越大,其运动量也越大。这就是说,用质量(m)和速度(v)这两个物理量的乘积,来反应物体的运动量,是一种更科学的度量方法,从而引出动量的概念。
对于动量概念的引入,也可以在牛顿第二定律、运动学速度公式的基础上,推导出力对时间的累积规律
从数量关系上分析上式:要使质量一定、原来运动速度较小的物体获得一个较大的速度,既可以用较大的力作用较短的时间,也可以用较小的力作用较长的时间。只要力和力作用时间的乘积Ft相同,这个物体都会增加相同的速度。而当物体质量也在变化时,Ft的大小则可以反映mv(质量与速度乘积)的改变量。由此可见,上式中力和力作用时间的乘积、物体质量和运动速度的乘积以及上式本身,都具有一定的物理意义。为此,我们引入了两个新的物理量──冲量和动量,发现了一个规律──动量定理。
相对而言,动能的概念,利用初中的基础是比较易于引入的。当然,我们也可以通过演绎推理和数学转换,在牛顿第二定律、运动学速度公式的基础上,导出力对位移的累积规律
然后从数量关系上分析上式中各量所表达的物理含义,从而引出动能的概念。
二、利用课后讲座,介绍关于运动度量方法的历史辩争
在动量和动能的概念都已被揭示出之后,我们及时组织课后讲座,综合有关物理史料,系统地介绍关于运动度量方法的历史辩争。
1.辫争的原由
在17~18世纪,由于“力”的概念还不能完全确定,对力的各种效应以及与之相应的各个物理量的意义和使用范围也是不清楚的,因而引发了物理学史上著名的笛卡儿学派和莱布尼茨学派关于力的正确表示方法的一场旷日持久的争论。当时,人们常把力同现在所说的力矩、动量、功、动能等物理量相混淆,习惯于把外加的力称为“运动的力”,把“物体的惯性”称为“物质固有的力”、“阻抗的力”,甚至把“加速度”称为“加速力”,并出现过把“运动的力”与碰撞、向心力相提并论。这种概念上的混乱状况,普遍存在于伽利略、牛顿时期的力学著作中。
2.笛卡儿学派的“动量”
所谓“运动的力”,就是指一个正在运动的物体所具有的使另一物体运动的能力,如推开物体或迫使它向前运动,或者运动物体克服障碍和阻力的能力。那么,这个力决定于哪些量呢?最初,伽利略就认识到“推动者或阻挡者的力(动量)并不是一个简单的概念,它是由两个共同决定运动量度的观念所决定。其一是重量(质量),其二是速度”。笛卡儿在研究碰撞的过程中,认为碰撞是最基本的运动,并从运动量守恒的基本思想出发,沿袭了伽利略的观点,提出应该把物体的质量和速度的乘积作为“力”或物体“运动多少”的量度。1687年,牛顿在他的《自然哲学的数学原理》中明确提出了动量的定义,并且通过他所总结的运动定律,提出在物体的相互作用中,动量这个物理量反映着物体运动变化的客观效果。这样,把动量作为运动的量度,一度得到了科学界的普遍承认。
3.莱布尼茨的“动能”
1686年,莱布尼茨在他的论文中,对笛卡儿学派的这个量度方法提出了批评。他认为:“力必须由它所产生的效果来衡量,例如用它能将一个重物举起的高度来衡量,…而不是用它传给另一物体的速度来衡量”。他由此得出,应该用量值mv2而不是用mw来量度物体“运动的力”。
莱布尼茨论证的要点是:当质量为m的物体从高h处降落下来时,他就获得了“运动的力”,如果使它的运动方向反过来,它就能重新上升到高h处;这个同样的力将能把质量
的物体送到高nh处。这两个物体降落下来时,获得的“运动的力”必然相等。但是,根据伽利略的落体定律,如果第一个物体下落到地面时的速度为v,则第二个物体的速度为
,即两物体落下时获得的运动量不相等。而按照莱布尼茨的量度,上述两物体落下时则有相等的运动量。莱布尼茨由此得出结论:笛卡儿提出的运动的量度是同落体定律相矛盾的,所以mv不适宜充作运动的量度,mv2才是运动的真正量度。
后来根据科里奥利的建议以
代替mv2,这就是后来所说的运动物体的动能。莱布尼茨也看到了笛卡儿提出的运动的量度在某些情况下是适用的,因此在1696年莱布尼茨指出,“力”有两种,一种是“死力”,它存在于相对静止的物体间,如吊绳的拉力、桌面的支撑力等。“死力”可用物体的质量和该物体由静止状态转入运动状态时所获得的速度的乘积来量度,所以,动量是“死力”的量度;另一种是“活力”,
就是物体的“活力”,正是由于自身具有这种“活力”,物体才能运动而永不静止。在自然界中真正守恒的东西正是总的“活力”。
莱布尼茨也看到,在有些情况下,如非完全弹性碰撞中“活力”会减少,但他认为,实际上“活力”并没有损失,而只是被物体内部的微小粒子吸收了,微粒的活力增加了。这个思想是深刻的,可惜他没有进一步地说明。莱布尼茨的发现是有重大意义的。第一,他提出的两种运动量度的矛盾,打破了把mv看做是运动的惟一量度的传统观念,促进了关于运动的量度问题的研究;第二,他所推崇的新的物理量
,其实已超出了对机械运动进行研究的范围。
4.达朗贝尔的“判决”
两种量度的争论,持续了半个世纪之久,不少著名的数学家、物理学家都参加到了争论中去。
1743年,法国力学家达朗贝尔在他的著作《动力学论》的序言里,指出了两种量度的等价性,宣布对争论作出“最后的判决”。他指出,“运动物体的力”只能用物体克服障碍的能力来表示。他把“障碍”分为三类,第一类是“不能克服的障碍”,它“完全消灭一切运动”,所以无论物体的动量或活力如何变化,都不能在这种障碍上表现出来,“它们不能以任何尺度来给力下定义”;第二种是“其阻抗足以使运动停止(而且是在一瞬间做到这一点)的障碍”,即平衡的情况。这时物体克服障碍的能力和物体的动量成正比,所以动量可用来作为“运动物体的力”的量度;第三种障碍是逐渐使运动停止的减速运动情况,“作用是由直到运动完全消失时为止所通过的那段距离表现出来的,而这种作用与速度平方成正比”,因而,活力可作为“运动物体的力”的量度。由此达朗贝尔作出结论:“如果力的量度在平衡状态中和在减速运动中有所不同,这又有什么不方便呢?”这个“判决”,指出了两种量度都有效。达朗贝尔实际上已经发现,正是由于“力”还没有形成一种清晰的概念,所以才产生了这场争论。但他在《动力学论》里轻率地将这一场争论说成是“毫无意义的咬文嚼字的争吵”。因此,他并没有真正地解决问题。表面看来,达朗贝尔的观点是一种模棱两可的态度,但仔细分析,还是具有一定的理论价值的。在这里,达朗贝尔模糊地谈到了动量定理──动量的变化和力的作用时间有关;动能定理──活力的变化与物体运动的距离有关。
5.恩格斯的科学“量度”
19世纪中叶以后,自然科学家们仍然没有从运动量度的这场争论的混乱中完全摆脱出来。恩格斯根据自然科学的最新成就,尤其是能量守恒与转化定律的发现,提示了两种量度的本质区别。
恩格斯指出,在不发生机械运动“消失”而产生其他形式的运动的情况下(如简单机械在平衡条件下的运动传递,完全弹性碰撞的运动传递等),运动的传递和变化都可以用动量mv去量度。就是说,“mv表现为简单移动的,从而是持续的机械运动的量度”;但当发生了机械运动“消失”而其他形式的运动产生,即机械能和其他形式的能(包括势能、内能、电磁能、化学能)相互转化的过程中、运动的传递和变化都应以
去量度。在这里,
表现为已经消失了的机械运动的量度。这样,恩格斯便得出结论:机械运动确实有两种量度,每一种量度适用于某个界限十分明确的范围之内的一系列现象。一句话,动量(mv)是以机械运动来量度的机械运动。动能(
)是以机械运动转化为定量的其他形式的运动的能力来量度的机械运动。
三、通过习题课的教学,具体认识动量和动能的异同
当结束了动量和动能概念的学习,认识到动量定理和动量守恒定律、动能定理和机械能守恒定律,并了解到关于运动度量方法的历史辩争后,学生对动量和动能的区别,已经有了一定的认识。实际上,动量和动能这两种量度,性质不同,运用范围也不同,所以相互之间并不矛盾。当一个系统不受外力,或所受外力为零时,这个系统的动量是守恒的。但是,当一个系统的动量守恒时,它的动能不一定守恒;当动能和其他能量之间有相互转化时,则服从能量守恒定律,它的动量也不一定守恒。在这种情形下,我们及时通过具体问题的分析和讨论,加深和巩固学生对动量和动能不同性质的认识。
例1对一定质量的物体而言,下列关于动量和动能概念的说法中,正确的是哪些
A.物体的动能不变,则其动量也一定不变
B.物体的动量不变,则其动能也不变
C.物体的动能不变,则说明物体的运动状态没有改变
D.物体的动能不变,说明物体所受的合外力一定不变
分析与解动能和动量都是和物体运动状态有关的状态量。动量是物体质量和速度的乘积,它是矢量,因此在计算物体的动量及其改变量时,要特别注意它的矢量性。当物体做直线运动并且建立了坐标系以后,可以用“+”或“-”表示方向;动能也表示物体运动的量,但它是标量,而且只能取零或正值。对一个质量为m、速度为v的运动物体,若设其动量为P、动能为Ek,则有
,
因此可得
,
根据上述结论不难看出,当物体的动能一定时,动量的大小由物体的质量决定。质量大的动量也大;但是,由于动量是矢量,动能是标量,当物体的动能一定时,即便物体的质量不变,其动量也并不一定不变,如做匀速圆周运动的物体,设动能和质量都不变,但由于其运动的方向始终在改变,因此,做匀速圆周运动的物体的动量一定在变化,其运动状态时刻在改变,并且导致这种运动状态改变的原因──向心力,因为方向的改变,也时刻在改变着。
反过来,当物体的动量一定时,动能的大小也与物体的质量有关,质量大的物体动能反而小。因此,对一定质量的物体,动量不变时,其动能也一定不变。所以,选项B是正确的。
这一例题,说明动量和动能这两个物理量,性质不同,适用范围也不同。下面的例题,可以更好地帮助我们理解动量和动能的不同。
例2向空中发射一炮弹,不计空气阻力,当炮弹的速度方向恰好沿水平方向时,炮弹炸裂成质量分别为m1、m2的a、b两块,若质量较大的a块的速度为v1,且方向仍沿原方向,则a、b两块弹体的动量和动能分别是多少?
分析与解设炮弹发射到最高点时的水平方向为正方向,则a块的动量
,因为炮弹在水平方向不受外力,因此,炮弹炸裂成质量分别为m1,m2的a,b两块前后,系统的动量守恒。根据动量守恒定律,有
即
因此
负号表示p1(v1)与p2(v2)的方向相反。
也就是说,虽然炮弹炸裂后a,b两块的都产生了动量,但是,系统的动量总和并没有增加,仍保持为零。对于动能,情形就大不一样了。因为动能是标量,与方向没关系,故
,
若设炸裂前、后炮弹的动能为分别Ek、Ek′,则
,
炮弹炸裂后与炸裂前的动能差为
为什么炸裂前、后炮弹的动量守恒,而动能却增加了呢?其中最根本的原因,就是因为炮弹炸裂过程中,炸药的内能释放出来而转化成弹片的动能了。
知识目标
1、知道什么是自由落体运动.
2、知道什么是重力加速度,知道重力加速度的方向和通常的取值.
3、会应用相应的运动学公式解答有关自由落体运动的问题.
能力目标
调动学生积极参与讨论的兴趣,培养逻辑思维能力及表述.
教学建议
教材分析
教材把自由落体运动作为初速度为零、加速度为的匀加速直线运动的特例来处理,没有另外给出自由落体运动的公式,这体现了物理学从简单问题入手,用理想化的方法处理实际问题的方法.研究自由落体运动时,给出了频闪照相机的照片,但没有作定量的详细分析,只要求从图上看出物体越落越快,物体作加速运动即可.教材为了简便,援引伽利略的研究结果,直接给出了自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动,重力加速度的讲述,也比较适合学生的思维习惯,根据实验在同一地点,从同一高度同时自由下落的物体,同时到达地面的事实.由知它们的加速度必相同,所以本节课的重点和关键是做好实验和推理分析.
教法建议
可以按照教材安排的顺序,在讲解的同时,通过实验,边讲边议,如果学生条件许可,可采取讨论式的教法.
教学设计示例
教学重点:认识自由落体运动是初速度为零、加速度为的匀变速直线运动,并能应用匀变速直线运动的规律解决自由落体运动的问题.
教学难点:自由落体运动中不同物体下落的加速度都为.
主要设计:
一、自由落体运动
[方案一]
1、思考与讨论:
(1)重的物体下落得快?还是轻的物体下落得快?
(2)请举出一重的物体下落快的实例?(演示一团棉花和一块石头下落的现象)
(3)请举出一轻的物体下落快的实例?(演示一小粒石子和一大张纸片下落情况)
2、分析引导:
(1)上述实验现象是因为有空气阻力存在使现象变得复杂,(教师指出)
(2)演示:把纸片团成一个小纸团,再让它和小石子同时下落的现象.
(3)提问:如果没有空气阻力,只在重力作用下轻重不同的物体下落快慢如何?
(4)演示:按教材要求做“牛顿管”实验.
3、分析与小结:
(1)分析“牛顿管”实验的特点,引出自由落体运动的定义.
(2)展示课件“自由落体运动的频闪效果”
(3)分析频闪效果,分析出自由落体运动是加速运动,进而指出,自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动.
[方案二]
1、教师提出我们要研究一种见得非常多的物体运动,即物体下落的运动,问学生:重的物体下落快还是轻的物体下落的快?
2、启发学生回想所见过物体的下落运动,有没有轻的物体下落快的现象?引导学生对观察到的物体下落现象总结为“有时重的物体下落快、有时轻的物体下落快”(配合演示)
3、提问:怎样从理论上说明重的物体比轻的物体下落快是不对的?让学生看教材30页有关伽利略的推理,认识到从“重的物体下落快”会导出矛盾的结论.
4、提问:为什么有时重的物体下落快?有时轻的物体下落快?可通过前面的演示启发学生想到:空气阻力的作用使得物体下落问题变得复杂.
5、教师问:我们应该怎样研究物体的下落运动?引导学生想到研究问题应从简单到复杂,因此应首先研究没有空气阻力时物体的下落情况.指出可根据实验来研究.
6、演示:“牛顿管实验”让学生得出结论:没有空气阻力,只有重力作用时,轻重不同的物体下落快慢相同.
7、教师小结:物体只在重力作用下从静止下落的运动叫自由落体运动,轻重不同的物体自由下落快慢相同.
8、展示课件“自由落体运动的频闪效果”,总结特点:自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动.
二、自由落体加速度:
1、分析引导:在同一地点,从同一高度同时下落的物体,下落到同一位置时(这个位置是任意的)所用时间总是相同的.可知:这些初速度为零的匀加速运动,在相同时间里发生了相等的位移,由知,它们的加速度必相同.
2、让学生看书,记住重力加速度的方向,了解一些地区的重力加速度的数值.
3、让学生根据匀变速运动的公式,推导出自由落体运动的公式:
若学生基础较好,可根据自由落体频闪照片,用分析纸带的方法粗算一下自由落体加速度.
知识目标
1、知道曲线运动是一种变速运动,它在某点的瞬时速度方向在曲线这一点的切线上.
2、理解物体做曲线运动的条件是所受合外力与初速度不在同一直线上.
能力目标
培养学生观察实验和分析推理的能力.
情感目标
激发学生学习兴趣,培养学生探究物理问题的习惯.
教学建议
教材分析
本节教材主要有两个知识点:曲线运动的速度方向和物体做曲线运动的条件.教材一开始提出曲线运动与直线运动的明显区别,引出曲线运动的速度方向问题,紧接着通过观察一些常见的现象,得到曲线运动中速度方向是时刻改变的,质点在某一点(或某一时刻)的速度方向是曲线的这一点(或这一时刻)的切线方向.再结合矢量的特点,给出曲线运动是变速运动.关于物体做曲线运动的条件,教材从实验入手得到:当运动物体所受合外力的方向跟它的速度方向不在同一直线上时,物体就做曲线运动.再通过实例加以说明,最后从牛顿第二定律角度从理论上加以分析.教材的编排自然顺畅,适合学生由特殊到一般再到特殊的认知规律,感性知识和理性知识相互渗透,适合对学生进行探求物理知识的训练:创造情境,提出问题,探求规律,验证规律,解释规律,理解规律,自然顺畅,严密合理.本节教材的知识内容和能力因素,是对前面所学知识的重要补充,是对运动和力的关系的进一步理解和完善,是进一步学习的基础.
教法建议
“关于曲线运动的速度方向”的教学建议是:首先让学生明确曲线运动是普遍存在的,通过图片、动画,或让学生举例,接着提出问题,怎样确定做曲线运动的物体在任意时刻速度的方向呢?可让学生先提出自己的看法,然后展示录像资料,让学生总结出结论.接着通过分析速度的矢量性及加速度的定义,得到曲线运动是变速运动.
“关于物体做曲线运动的条件”的教学建议是:可以按照教材的编排先做演示实验,引导学生提问题:物体做曲线运动的条件是什么?得到结论,再从力和运动的关系角度加以解释.如果学生基础较好,也可以运用逻辑推理的方法,先从理论上分析,然后做实验加以验证.
教学设计方案
教学重点:曲线运动的速度方向;物体做曲线运动的条件
教学难点:物体做曲线运动的条件
主要教学过程设计:
一、曲线运动的速度方向:
(一)让学生举例:物体做曲线运动的一些实例
(二)展示图片资料1、上海南浦大桥2、导弹做曲线运动3、汽车做曲线运动
(三)展示录像资料:l、弯道上行驶的自行车
通过以上内容增强学生对曲线运动的感性认识,紧接着提出曲线运动的速度方向问题:
(四)让学生讨论或猜测,曲线运动的速度方向应该怎样?
(五)展示录像资料2:火星儿沿砂轮切线飞出3:沾有水珠的自行车后轮原地运转
(六)让学生总结出曲线运动的方向
(七)引导学生分析推理:速度是矢量速度方向变化,速度矢量就发生了变化具有加速度曲线运动是变速运动.
二、物体做曲线运动的条件:
[方案一]
(一)提出问题,引起思考:沿水平直线滚动的小球,若在它前进的方向或相反方向施加外力,小球的运动情况将如何?若在其侧向施加外力,运动情况将如何?
(二)演示实验;钢珠在磁铁作用下做曲线运动的情况,或钢珠沿水平直线运动之后飞离桌面的情况.
(三)请同学分析得出结论,并通过其它实例加以巩固.
(四)引导同学从力和运动的关系角度从理论上加以分析.
[方案二]
(一)由物体受到合外力方向与初速度共线时,物体做直线运动引入课题,教师提出问题请同学思考:如果合外力垂直于速度方向,速度的大小会发生改变吗?进而将问题展开,运用力的分解知识,引导学生认识力改变运动状态的两种特殊情况:
1、当力与速度共线时,力会改变速度的大小;
2、力与速度方向垂直时,力只会改变速度方向.
最后归结到:当力与初速度成角度时,物体只能做曲线运动,确定物体做哪一种运动的依据是合外力与初速度的关系.
(二)通过演示实验加以验证,通过举生活实例加以巩固:
展示课件三,人造卫星做曲线运动,让学生进一步认识曲线运动的相关知识.
课件2,抛出的手榴弹做曲线运动,加强认识.
1.在物理知识方面的要求:
(1)了解曲线运动的特点,速度方向时刻在变,因此曲线运动一定是变速运动;
(2)了解曲线运动的条件:合外力与速度不在同一条直线上;
(3)根据学生理解能力,可将曲线运动的条件深化,即平行速度的力只改变速度大小;垂直速度的力只改变速度方向,可根据力的效果将合外力沿速度方向和垂直速度方向分解;
(4)了解合运动、分运动,掌握运动的合成与分解法则��平行四边形法则;
(5)由分运动的性质及特点综合判断合运动的性质及轨迹。
2.通过观察演示实验,有关教学软件,并联系学生生活实际总结概括出曲线运动的速度方向,曲线运动的条件,以及用运动的合成与分解处理复杂运动的基本方法。培养学生观察能力,分析概括推理能力,并激发学生兴趣。
3.渗透物理学方法的教育。研究船渡河运动,假设水不流动,可以想象出船的分运动;又假设船发动机停止工作,可想象出船只随水流而动的另一分运动。培养学生的想象能力和运用物理学抽象思维的基本方法。
二、重点、难点分析
1.重点是让学生掌握曲线运动为什么是变速运动,理解曲线运动的条件及运动的合成与分解法则;
2.已知两个分运动的性质特点,判断合运动的性质及轨迹,学生不容易很快掌握,是教学的难点,解决难点的关键是引导学生把每个分运动的初始值(包括初速度、加速度以及每个分运动所受的外力)进行合成,最终还是用合运动的初速度与合外力的方向关系来判断。
三、教具
1.乒乓球、小铁球、细绳。
2.斜槽、条形磁铁、铁球、投影仪、计算机软盘、彩电。
四、主要教学过程
(一)引入课题
机械运动可以划分为平动和转动,而平动又可以划分为直线运动和曲线运动,所以曲线运动属于平动形式,做曲线运动的物体仍然可以看成一个质点,曲线运动比直线运动更为普遍。例如,车辆拐弯;月球绕地球27天转一圈;地球绕太阳约一年转一周;太阳绕银河系中心约2.2亿年转一周。
(二)教学过程设计
1.曲线运动中速度的方向
因为曲线运动中速度方向连续发生变化,我们很难直观物体在某时刻的速度方向。可以设想如果霜时刻的速度方向不再发生变化,物体将沿该时刻的速度方向做匀速直线运动。然后联系实际引导学生想象几种现象。
(1)让学生回答,绳拉小球在光滑的水平面上做圆周运动,当绳断后小球将沿什么方向运动?(沿切线方向飞出)然后引导学生分析原因:绳断后小球速度方向不再发生变化,由于惯性,从即刻起小球做匀速直线运动,沿切线飞出。
(2)教材内容:砂轮磨刀使火星沿切线飞出,引导学生分析原因:被磨掉的炽热微粒速度方向不再改变,由于惯性以分离时的速度方向做匀速直线运动。又如,让撑开的带有雨滴的雨伞旋转,雨滴沿伞边切线方向飞出(与上例同理)。
(3)在想象与分析的基础上,引导学生概括总结得出:曲线运动中,速度方向是时刻改变的,在某时刻的即时速度方向在曲线的这一点的切线方向上。并引导学生注意到:曲线运动中速度的大小和方向可能同时变化,但变化的方向是一定改变的,速度是矢量,方向一定变,速度就一定变,所以曲线运动一定是变速运动。
2.曲线运动的条件
曲线运动是变速运动,由牛顿第二定律分析可知,速度的变化一定产生加速度,而加速度必然由外力引起,加速度与合外力成正比并且方向相同。随后提出问题,引导学生思考。
(1)如果合外力与速度在同一直线上,物体将做什么样的运动?(变速直线运动)
(2)绳拉小球在光滑水平面上做速度大小不变的圆周运动,绳子的拉力T起什么作用?(改变速度方向)
(3)演示实验(用投影仪或计算机软件):让小铁球从斜槽上滚下,小球将沿直线OOˊ运动。然后在垂直OOˊ的方向上放条形磁铁,使小球再从斜槽上滚下,小球将偏离原方向做曲线运动。又例如让小球从桌面上滚下,离开桌面后做曲线运动。
(4)观察实验后引导学生概括总结如下:
①平行速度的力改变速度的大小;
②垂直速度的力改变速度的方向;
③不平行也不垂直速度的外力,同时改变速度的大小和方向;
④引导学生得出曲线运动的条件:合外力与速度不在同一直线上时,物体做曲线运动。
3.运动的合成和分解
物体的运动往往是复杂的,对于复杂的运动,常常可以把它们看成几个简单的运动组成的,通过研究简单的运动达到研究复杂运动的目的。
(1)通过演示实验和联系船渡河实际,给出合运动、分运动的概念。
①把注满水的乒乓球用细绳系住另一端固定在B钉上,乒乓球静止在A点,画出线段BBˊ且使AB�BBˊ方向的匀速直线运动的结果,而这两个分运动的速度都等于棒的推动速度。小球沿竖直方向及沿BBˊ方向的运动都是分运动;沿ABˊ方向的是合运动。分析表明合运动的位移与分运动位移遵守平行四边形法则。
②船渡河问题:可以看做由两个运动组成。假如河水不流动而船在静水中沿AB方向行驶,经一段时间从A运动到B(如图6),假如船的发动机没有开动,而河水流动,那么船经过相同的一段时间将从A运动到Aˊ,如果船在流动的河水中开动同时参与上述两个分运动的合运动。
注意:船头指向为发动机产生的船速方向,指分速度;船的合运动的速度方向不一定是船头的指向。这里的分运动、合运动都是相对地球而言,不必引入相对速度概念,避免使问题复杂化。
(2)引导学生概括总结运动的合成分解法则��平行四边形法则。
①用分运动的位移、速度、加速度求合运动的位移、速度、加速度等叫运动的合成。反之由合运动求分运动的位移速度、加速度等叫运动的分解。
②运动的合成与分解遵守矢量运算法则,即平行四边形法则。例如:船的合位移s合是两个分位移s1s2的矢量和;又例如飞机斜向上起飞时,在水平方向及竖直方向的分速度分别为u1=ucosθ,u2=usinθ,其中,u是飞机的起飞速度。如图7所示。
(3)用分运动的性质判断合运动的性质及轨迹。
①两个匀速直线运动的合运动一定是匀速直线运动。提问学生为什么?(u合为恒量)
②提出问题:船渡河时如果在AB方向的分运动是匀加速运动,水仍然匀速流动,船的合运动轨迹还是直线吗?学生思考后回答并提示学生用曲线运动的条件来判断,然后引导学生综合概括出判断方法:首先将两个分运动的初始运动量及外力进行合成,然后用合运动的初速度及合运动所受的合外力的方向关系进行判断。合成结果可知,船的合速度u合与合外力F不在同一直线上,船一定做曲线运动。如巩固知识让学生再思考加答:两个不在同一直线上初速度都为零的匀加速直线运动的合运动是什么运动?
(匀加速直线运动)
4.引申内容:关于船的渡河问题的讨论
(1)通过此例让学生明确运动的独立性及等时性的问题,即每一个分运动彼此独立,互不干扰;合运动与每一个分运动所用时间相同。
(2)关于速度的说明,在应用船速这个概念时,应注意区别船速u船及船的合运动速度u合。前者是发动机产生的分速度,后者是合速度,由于不引入相对速度概念,使上述两种速度容易相混。
(3)问题的提出:河宽H,船速为u船,水流速度为u水,船速u船与河岸的夹角为θ,如图9所示。
①求渡河所用的时间,并讨论θ=?时渡河时间最短。
②怎样渡河,船的合位移最小?
分析①用船在静水中的分运动讨论渡河时间比较方便,根据运动的独立性,渡河时间t=s船/u船将
s船=H/sinθ(如图10所示)代入得t=H/sinθu船分析可知θ=90°时,即船头垂直对岸行驶时渡河时间最短。
分析②当u船>u水时,u合垂直河岸,合位移最短等于河宽H,根据速度三角形可知船速方向应满足cosθ=u船/u水,θ为u船与河岸的夹角。当u船>u水时,分析可知船速u船方向应满足cosθ=u船/u水,θ为船速方向与河岸的夹角。
(三)课堂小结
1.曲线运动的条件是F合与u不在同一直线上,曲线运动的速度方向为曲线的切线方向。
2.复杂运动可以分解成简单的运动分别来研究,由分运动求合运动叫运动的合成,反之叫运动的分解,运动的合成与分解,遵守平行四边形法则。
3.用曲线运动的条件及运动的合成与分解知识可以判断合运动的性质及合运动轨迹。