初中物理重力基本相互作用的教学设计

2024-10-01

初中物理重力基本相互作用的教学设计

　　三维目标

　　知识与技能

　　1.了解力是物体对物体的作用，力的作用是相互的，认识力能使物体发生形变或使物体运动状态发生改变.

　　2.知道力的三要素，会画力的图示和力的示意图.

　　3.知道重力的方向以及重力的大小与物体质量的关系.

　　4.知道物体重心的含义.

　　5.知道重力产生的原因及其定义.

　　6.了解四种基本相互作用.

　　过程与方法

　　1.知道人类认识力的作用是从力的作用产生的效果开始的.

　　2.能通过探究活动体验力的作用效果与力的大小、方向、作用点三个因素有关.

　　3.能通过多个实验现象归纳得出力的作用是相互的.

　　4.自己动手，找不规则薄板重心的实验锻炼自己的动手能力.

　　5.通过“重心”概念的引入渗透“等效代换”的物理学方法.

　　情感态度与价值观

　　1.通过实例激发学生对科学的求知欲、激励探索与创新的意识.

　　2.通过实验，培养学生的团结协作精神.

　　3.通过本节课的学习，培养全面观察分析问题的能力.

　　教学重点

　　1.力的概念、图示以及力的作用效果.

　　2.重力的概念及重心的理解.

　　教学难点

　　1.力的概念.

　　2.重心的概念和位置.

　　教具准备

　　多媒体课件，长方形木块，锯条，橡皮条，已知质量的钩码，重垂线，铅笔，刻度尺，质量均匀的金属板等.

　　课时安排

　　2课时

　　教学过程

　　［新课导入］

　　【多媒体投影】

　　播放“运动员踢球、守门员接球、运动员用头顶球、人推物体（但没有推动）、火箭发射、压缩海绵”等录像资料.

　　学生观察讨论，引发学生的兴趣.

　　师：通过以上的观看，大家可以总结出这几个物体的共同点吗？

　　生1：这几个物体都在运动.

　　生2：不对，有的在运动，有的静止，比如说人推物体时并没有推动物体.

　　生3：海绵的情况和那几个物体有所不同，那几个物体都是从运动到静止或者从静止到运动，形状都没有发生变化，但是海绵形状变化比较明显.

　　师：刚才这位同学观察得很仔细，除了海绵之外的其他物体形状好像没有发生变化，或者说它们的变化从图中观察不出来.是不是真的没有发生变化呢？其他几个物体从运动到静止或从静止到运动，而海绵的形状发生了变化，这些都是什么原因造成的呢？

　　生：是因为物体受到了力的作用.

　　［新课教学］

　　一、力和力的图示

　　【演示实验】

　　演示用手压锯条、拉橡皮条等等，提出问题.

　　师：类似这些你还能举出哪些生活实例？

　　生：类似这样的例子很多，比如小树在大风的作用下的弯曲，直尺在力的作用下的弯曲，绳子在力的作用下的扭转，弹簧对压缩它的物体的力的作用.

　　师：所有这些现象说明了什么？

　　生：要使物体形状发生变化，要对它施加力的作用.

　　师：物体形状或体积的变化称为形变，从刚才几个例子我们可以得到什么样的结论？

　　生：力是使物体产生形变的原因.

　　师：这是力的作用效果之一，除了这样一种作用效果之外，力还有什么样的作用效果呢？试举例说明.

　　生1：用力推箱子，可以发现箱子开始运动了，说明是力使物体从静止变为运动了.可见力可以使物体从静止变为运动.

　　生2：汽车停下来，首先要刹车，可见要使物体从运动变为静止，需要力的作用.

　　生3：飞行在空中的足球，当一个运动员用头顶一下，发现足球的运动方向发生了变化，可见运动方向的变化需要力的作用.

　　师：刚才几个同学举例非常好，物体速度的变化称为物体运动状态的变化，那么我们能不能把上述几位同学的话总结成一句话呢？

　　生：力是物体运动状态发生变化的原因.

　　师：结合上面的分析，再加上我们初中所学的知识，大家给力下一个定义.

　　生：力是物体间的相互作用，力是物体运动状态变化的原因，力是物体发生形变的原因.

　　师：当我们向东拉一个物体和向南拉一个物体时，同样大小的力产生的作用效果一样吗？

　　生：不一样.

　　师：所以力是既有大小又有方向的物理量，这样的物理量叫什么？以前我们所学的哪几个物理量和力具有相同的情况？

　　生：这样既有大小又有方向的物理量称为矢量，我们在以前的学习中位移、速度、加速度都是矢量.

　　师：物理量都有自己的单位，力的单位是什么呢？

　　生：力的单位是牛顿，简称牛，符号是N.

　　师：要想测量力的大小，我们可以用什么工具呢？

　　生：可以用测力计（弹簧秤）.

　　师：要具体描述作用在物体上的一个力，我们可以采用什么样的方法?

　　生：可以用力的图示的方法.

　　师：要想画力的图示，需要了解哪几个问题?

　　生：力的三要素：大小、方向和作用点.

　　师：下面我们就进行一下力的图示的练习.

　　（多媒体投影例题）

　　【参考例题】

　　如图3－1－1所示，绳对物体竖直向上的拉力大小为150 N，用力的图示法表示拉力.

　　图3－1－1

　　解析：画力的图示要严格按照以下步骤进行：

　　（1）选定标度.

　　（2）从作用点沿力的方向画一线段，线段长短按选定的标度和力的大小画.线段上加刻度，如图甲所示从O点竖直向上画一段3倍于标度的线段；

　　（3）在线段终点上加箭头表示力的方向.为了简便也可以照图乙那样不画物体，而用质点来表示物体，画出力F的图示.

　　学生活动：做例题中物体受力的图示，教师巡回指导，帮助水平较差的学生，把做得好的同学的图示用实物投影投到大屏幕上，和学生自己做的进行比较，也可以让同位之间互换进行检查，找出对方的缺点，锻炼学生发现错误的能力.

　　师：（微笑）刚才同学们做得很好，看来大家初中的基础还是比较好的，由于高中对物体进行受力分析的时候很多，力的图示画起来比较麻烦，我们以后会经常画一种简化的力的图示——力的示意图.力的示意图是在力的图示的基础上，不对力的大小有具体的要求，只画力的作用点和方向，表示物体在这个方向上受到了力.我们在以后经常要用到这种方法，希望大家能够熟练掌握.

　　［课堂训练］

　　下列关于力的说法中正确的是

　　A.射出枪口的子弹，能打到很远的距离，是因为子弹离开枪口后受到一个推力作用

　　B.甲用力把乙推倒，说明只是甲对乙有力的作用，乙对甲没有力的作用

　　C.只有有生命或有动力的物体才会施力，无生命或无动力的物体只会受到力

　　D.任何一个物体，一定既是受力物体，也是施力物体

　　解析：子弹在枪管内受到火药爆炸所产生的强大推力，使子弹离开枪口时有很大的速度，但子弹离开枪口以后，只受重力和空气阻力作用，并没有一个所谓的推力，因为不可能找到这个“推力”的施力物体；故不存在，所以A错.物体间力的作用总是相互的，甲推乙的同时乙也推甲，故说法B错.不论物体是否有生命或是否有动力，它们受到别的物体作用时，都会施力，马拉车时，车也拉马；书向下压桌子，桌子也向上推书，故C错.由于自然界中的物体都是相互联系的，找不到一个孤立的、不受其他物体作用的物体，所以每一个物体既是受力物体，又是施力物体，故说法D正确.

　　（投影展示物体下落的几幅图象）

　　下落的物体可以有从树上下落的苹果、跳高运动员、飞机投下救援物资等等.

　　师：这样几个物体有一个共同的特点是什么？

　　生：它们都落向地球.

　　师：通过刚才的学习，我们知道力是改变物体运动状态的原因，那么物体的下落是由于什么力作用呢？

　　生：是受到重力的作用.

　　二、重力

　　师：重力产生的原因是什么？

　　生：是由于地球的吸引而使物体受到的力.

　　师：要研究一个力，首先要研究这个力的三要素，重力的三要素应该怎样进行研究呢？

　　生：重力的大小可以用弹簧秤进行测量.

　　师：同样一个物体受重力的大小在地球的不同地方是不同的，根据公式G＝mg中的g是我们以前所学的自由落体加速度，它的大小与物体所处的高度和纬度有关.当高度增加时，g的值减小；当纬度增加时，g的值增大.那么重力的方向是如何的呢？

　　生：重力的方向是竖直向下的.

　　师：重力的作用点称为重心，从效果上看，我们可以认为各部分受到的重力集中在一个点上，这个点叫做物体的重心.物体的重心是如何进行确定的呢？

　　生1：如果是规则形状的物体，物体的重心一定在物体的几何中心.

　　生2：不一定，当物体密度分布不均匀时，即使是规则形状的物体，重心也不一定在物体的几何中心.比如一个空杯子，逐渐地向里面注入水，它的重心应该不断地变化.所以应该说成规则形状并且质量分布均匀的物体重心是在几何中心.

　　师：（鼓励的微笑）刚才这位同学分析得非常好.物体的重心可以随物体质量分布变化而变化.现在这里有一个不规则形状的薄木板，大家设计一个实验方案来标出这块木板的重心所在.

　　（学生设计实验，对实验方案进行讨论）

　　【参考案例】

　　用悬挂法确定薄板的重心

　　这是一种老师们比较熟悉的方法.演示时可以增加重心在物体之外的情况.例如，如图3－1－2所示的薄板，在用悬挂法确定了物体的重心之后，在板上固定一条细线ab，再在其重心c处拴上细线提拉，可使薄板水平平衡.

　　图3－1－2

　　生：可以用悬挂的方法来确定这块薄木板的重心位置.

　　师：实验的原理是什么呢？

　　生：根据物体的拉力和物体的重力平衡，拉力的方向一定是竖直向上，绳子的反向延长线一定通过重心的位置，我们可以改变薄木板的悬挂点，用两条直线的交点来确定薄木板的重心.

　　师：很好，根据自己的实验方案，大家分组进行实验，同时，也可以选择其他的物体想办法测出他们的重心，例如我们的直尺、三角板、物理课本、橡皮等等.

　　（学生进行分组实验，寻找薄物体的重心）

　　［课堂训练］

　　关于重力的说法，正确的是

　　A.重力就是地球对物体的吸引力

　　B.只有静止的物体才受到重力

　　C.同一物体在地球上无论怎样运动都受到重力

　　D.重力是由于物体受到地球的吸引而产生的

　　答案：CD

　　解析：重力是由于物体受到地球的吸引而产生的，地球对物体的吸引力产生两个效果：一个效果是吸引力的一部分使物体绕地球转动；另一个效果即另一部分力才是重力，也就是说重力通常只是吸引力的一部分.重力只决定于地球对物体的作用，而与物体的运动状态无关，也与物体是否受到其他力的作用无关.

　　师：除了重力之外，自然界还有很多力的作用，它们的类别很多，根据不同的分类方法有很多方法，这些相互作用都是由四种基本相互作用演变而来，下面我们来看一下这四种基本相互作用.

　　三、四种基本相互作用

　　（学生自己阅读教材第56页四种基本相互作用）

　　注：由于这一部分是属于了解性质的问题，让学生自己阅读，有利于提高学生阅读科技论文的能力，是学生提高自己水平的很好机会，老师一定要相信学生有这个能力，不能把一切都进行讲解，而是应该把这一部分时间让学生自由支配，锻炼学生的自学能力，为终身学习作好准备.

　　师：请同学们把自己阅读的内容总结一下.

　　生：这一部分叙述的是自然界的四种基本相互作用，它们分别是万有引力、电磁相互作用、强相互作用和弱相互作用.

　　师：它们的基本特点是什么？

　　生：万有引力相互作用存在于一切物体之间，相互作用的强度随距离的增大而减小；电磁相互作用是存在于电荷之间和磁体之间，它们的本质是相同的，称之为电磁相互作用；强相互作用和弱相互作用存在范围很小，它们的作用范围只有10－15 m，但是弱相互作用的强度只有强相互作用的10－12.

　　师：刚才这几位同学总结得非常好，自然界的这四种相互作用是近几十年才发现的，许多科学家都认为这四种相互作用是一种相互作用不同的体现形式，也就是说有更为一般的一种相互作用就可以解释自然界所有的力学现象了，这里面包括著名科学家爱因斯坦也支持这种说法，并且在晚年致力于统一场方面的研究但没有成功.这也给我们同学们留下了需要研究的问题，希望有一天我们的同学当中有一位能够解决这个问题.同学们有没有信心解决这个问题呢？

　　生：有.

　　点评：通过讲解这一部分，可以激发学生对科学前沿的了解，积极投身到为科学而献身的队伍中去.

　　［小结］

　　力的概念在初中已经有所接触，但是它的理解仍然是一个难点，关键是在于力是物体间的相互作用这一问题上，并且两个力地位是相同的.重力是在初中已经学习过的一个概念，对它的理解主要应该放在重心的研究上，知道不同情况下物体重心的位置.自然界四种基本相互作用是新教材新增的内容，对它的理解不必太深，了解这方面的知识，为将来发展打下基础.

　　［布置作业］

　　教材第57页问题与练习.

　　［课外训练］

　　1.下列说法中正确的是

　　A.有的物体自己就有力，如爆炸的手榴弹，所以这个力可以没有施力物体

　　B.力不能离开物体而存在

　　C.不接触的物体之间一定没有力的作用

　　D.有物体存在就一定存在力

　　2.如果地面上一切物体受到的重力都消失了，则不可能出现的现象是

　　A.江河的水不会流动 B.鸡毛和铁球都可以悬浮在空中

　　C.天不会下雨 D.一切物体的质量都变为零

　　3.一个边长为2 m的质量均匀分布的正方形薄板，一边放在水平桌面上，薄板平面与桌面垂直，绕其位于桌面上的一个顶点转到薄板平面的对角线处于竖直位置的过程中，其重心位置升高了__________m.