相互作用教材分析.ppt

北京二十中学 宋诗伟 第三章 相互作用 教材分析 2011.10.12 本章教材地位 本章讲述的是有关“力”的基础知识，是 研究静力学和动力学所必需的预备知识，因 此本章内容的选取具有基础性和预备性，目 的是通过学习一些具体的力：如重力、弹力 摩擦力，以及跟这些物理量应用相关的共点 力的合成与分解等概念，为以后了解和掌握 抽象的力的概念做一些铺垫。 本章课程标准要求 1、通过实验认识滑动摩擦、静摩擦的 规律。能用动摩擦因数计算摩擦力。 2、知道常见的形变，通过实验了解物 体的弹性，知道胡克定律。 3、通过实验理解力的合成与分解，区 分矢量与标量，用力的合成与分解分析日 常生活问题。 本章知识结构 四 种 基 本 相 互 作 用 引力作用 电磁作用 强作用 弱作用 弹 力 摩 擦 力 力的合成与分解 正压力 支持力 拉力、张力 弹簧的弹力 静摩擦力 滑动摩擦力 滚动摩擦力 重力 几 种 常 见 的 力 本章渗透的物理思想 本章有两处渗透了等效替代的物理思想： 1.重力的作用点用“重心 ”替代整个物体 各 部分所受重力的作用点。 2.合力和分力的关系：只要作用效果相同， 我们可以用一个力去替代几个力；也可以 用几个力去替代一个力 本章知识要求 1.了解自然界中四种基本相互作用 2.理解重力、弹力、摩擦力等几种常见力产生 的特点和规律 3.理解共点力的合成与分解等概念 本章方法要求 1.图图象法：F-L F- L 2.力的图图示法 3.微小量放大研究法（微小形变变放大） 4.力的合成与分解法 5.受力分析法 6.正交分解法 本章技能要求 本章对物理技能的要求主要涉及： 1.利用测力计等工具探究弹力与弹簧形变的关 系； 2.利用图象探究物理规律的能力； 3.利用测力计等工具探究两个共点力合成所遵 从的规律，以及用力的图示法得到平行四 边形法则； 4. 应用平行四边形法则和三角形法则对力进 行合成和分解等基本技能。 本章有争议的几个问题 一.关于重力的概念和定义 二.关于弹力产生的条件 三.关于影响动摩擦因数的因素 四.关于合力与分力的关系 一.关于重力的概念和定义 1. 教科书中重力的定义：地面附近一切物 体都受到地球的吸引，由于地球的吸引 而使物体受到的力叫做重力。 初中时我们就已知道，物体受到的 重力G与物体质量m的关系是 G=mg 其中g就是前面学过的自由落体加速度 2.其他几种重力的定义 （1）重力是地球对地球表面附近物体吸引力 的一种表现。其大小为 G=mg （2）当物体用线悬挂并相对地面静止时，物 体所受重力大小等于悬线对物体的拉力，方 向沿绳竖直向下。由牛顿第二定律G=mg （3）“在地面参考系中，地面附近物体所受的 重力就是地球的引力和惯性离心力的合力” ，其大小为 G=mg 而按照中学的观点，绕地球旋转的宇宙飞 船内的物体所受重力就是地球的吸引力。 二.关于弹力产生的条件 教科书中弹力的定义：发生弹性形变的物体 由于要恢复原状，对与它接触的物体会产 生力的作用，这种力叫做弹力。 问题一：是否只有发生弹性形变的物体才会 对跟它接触的物体产生弹力的作用？ 问题二：只要物体间有相互挤压有形变是否 就一定有弹力？ 如果形变过大，超过一定限度，撤去作 用力后，物体就不能完全恢复原来的形状 。这个限度叫做弹性限度。 观点一：任何物体的形变都有恢复原状的趋 势，不超出弹性限度都能恢复原状。 观点二：不是弹性形变的“范性形变”已经超 出了弹性限度，在没有超出弹性限度前都 存在弹性形变。 问题一：是否只有发生弹性形变的物体才会 对跟它接触的物体产生弹力的作用？ 问题二：只要物体间相互挤压有形变是否就 一定有弹力？ 否 是 三.关于影响动摩擦因数的因素 教科书中关于影响动摩擦因数的因素的 描述：动摩擦因数的数值跟相互接触的两个 物体的材料有关。材料不同，两物体间的动 摩擦因数也不同。动摩擦因数还跟接触面的 情况（如粗糙程度）有关。 问题一：动摩擦因数还与哪些因素有关？ 问题二：动摩擦因数与接触面积是否有关？ 理解一：动摩擦因数还与温度、接触面 间的干湿情况、有无其他介质等因素有关。 理解二：个人认为动摩擦因数与接触 面积有关，与接触面之间的压强肯定有关。 观点一：在中学阶段可以忽略次要因素， 只要考虑主要因素就已经相当精确了。 观点二：像“动摩擦因数与接触面积是否有 关”类似问题在中学阶段不提也罢。 四.关于合力与分力的关系 错误说法一：一个力分解成两个分力，则 两个分力是合力的两个作用效果 正确说法：合力只有一个作用效果；合力 的作用效果与两个分力共同作用的效果等 效。 错误说法二：合力的作用效果与两个分力共同作用 的效果总是相同的 如合力为零时的情况，合力为零应理解没有力， 也谈不上力的作用效果，但是两个分力分别向两 个方向作用在质点上肯定有形变效果 。 正确说法：合力的作用效果与两个分力共同作用 的运动效果可以说是“相同的”，而形变的效果有 时是“不相同的”。 观点：一般所说的合力与分力“作用效果相同” ，主要是指“共点力”作用下“运动效果相同”的情况 。 教材中用橡皮筋的“形变效果”来研究合力与分 力的“作用效果”其实不太合适，但在高中阶段也是 没有其他更好的办法，因为此时还没有学习牛顿 第二定律。 错误说法三：一个力分解成两个分力是可 以任意分解的，一般是按力的两个作用效 果来进行分解。 37 A B 正确说法：合力只有一个作用效果不会有 两个作用效果；一般说按“力的作用效果来 进行分解”一般是指合力的作用效果，如： 正确的理解是： 在研究斜面上物体的运动时 ，物体在其重力，斜面支持力和摩擦力的共同作 用下，产生沿斜面下滑（摩擦力不太大时）的效 果，即物体的加速度，速度和位移都沿斜面方向 。为了方便地利用牛顿运动定律和运动学公式求 解该物体的运动，其最有利的办法就是将与斜面 方向不一致的作用力分解为两个分力，其中一个 分力必须沿斜面方向，另一分力的方向与斜面垂 直，后者是考虑到在垂直斜面的方向上，物体的 加速度，速度和位移均为零。这就是“按力的作用 效果进行力的分解”的真正涵义。 A B 37 A B 观点一：合力与分力本来是不存在的，合 力与分力概念的提出及其合成与分解的运 算规律，只不过是人类研究力的效果时依 据其矢量特点所使用的“方法和手段”。 如何分解？ 如何分解？ a 观点二：如何分解一个力其根本原则是如 何“使研究问题的方法更简便”，如： 本章课时建议 1、重力 基本相互作用 1课时 2、弹力 1课时 3、摩擦力 2课时 4 、力的合成 1课时 5、力的分解 1课时 共点力的平衡条件与受力分析法 1课时 复习、测试讲评 2课时 总学时 9课时 教学建议： 第一节 重力 基本相互作用 学生在初中已经对重力的概念比较熟悉了，因此 ，这里仅提些问题，帮助学生回忆知识，总结知识 ，巩固知识即可。 初中对“力的图示”没有较高要求，此处在教学中 要给予重视，做好黑板上的演示工作，要明确“力的 图示”是在后面的“力的合成实验”中作为处理数据的 重要手段。 问题1：根据初中所学的力学知识，请你说说 说什么是力？力的作用效果是什么？ 问题2：什么是重力？重力的方向如何？重力 是如何测量的？ 问题3：怎样表示一个力？（力的图示和力的 示意图） 教师引导总结 ： 1、物体间的这些相互作用抽象为一个概念：力 2、力的性质 （1）物质性：力不能离开物体而独立存在 （2）相互性：施力物体同时也是受力物体 （3）矢量性：力的三要素： 大小、方向、作用点 （4）瞬时性（基础好的可讲、基础差的略去） 一、力的概念 3、力的作用效果：改变物体的运动状态、使 物体发生形变 4、力的测量 5、力的图示和力的示意图 力的图示：精确的表示一个力 标度、长短、方向、作用点 举例：（老师黑板带着画） 力的示意图：粗略的表示一个力 举例： 二、重力 1、产生的原因：由于地球的吸引 2、施力物体：地球 3、物体受到的重力与质量的关系：G = mg 4、方向：竖直向下 5、重力的测量要求 问题4：一个物体的各个部分都受到重力的作 用，那么这个物体所受重力的作用点画在哪 里？ 教师总结：物体的各部分都受到重力作用，从 效果上看可以认为各部分所受的重力作用集中 于一点，这一点叫做物体的重心。通俗点讲， 重心就是重力的作用点。把物体的全部质量集 中到一点将不影响研究结果，这就是物理学的 一种等效替代的思想。 6、重心： 悬挂法和平衡法确定重心 （1）均匀物体，重心的位置只跟物体的形 状有关。形状规则的均匀物体的重心就在物 体的几何中心。 （2）不均匀物体，重心的位置除了跟物体 的形状有关，还跟物体的质量分布 有关。（教材52页） （3）物体的重心可以不在物体上。 指导学生阅读：四种基本相互作用 阅读提纲： 1、四种基本相互作用分别是什么？ 2、每种基本相互作用的适用范围是什么？ 名称特点作用范围围举举例 万有引力 一切物体之间间存在的引力。 一切物体之间 电电磁相 互作用 电电荷之间间、磁体之间间的相互作 用，本质质上是同一种相互作用 的不同表现现。 电荷、磁体间 强相互作 用 使得原子核紧紧密地保持在一起 ，这这种作用称做强相互作用。 小于 m 内 弱相互作 用 有些原子核能够够自发发地放出射 线线，这这种现现象称为为放射现现象 。在放射现现象中起作用的基本 相互作用称为为弱相互作用。 不超过过 10-16 m 三、四种相互作用 教学建议： 弹力知识在初中也已经学过，并且弹力 产生的本质原因也比较复杂，所以在处理 此节教材时易简不宜繁，宜粗不宜细。 建议在一些经验知识的基础上教师引导 学生总结出弹力产生的原因、弹力方向特 点和大小特点即可。 第二节 弹力 推举拉 压 教师引导学生总结： 1、这些都是物体与物体接触时才发生的 ，这种相互作用可称为接触力。 2、接触力按其性质分可归纳为弹力和摩 擦力，本质上是由电磁力引起的。 观察实验、创设情境：归纳弹力产生的条件 。 一、弹性形变 1、弹性形变： 范性形变： 举例、图片 2、微小形变： 实验：微小形变 体会：“微小量”放大，是物理学常用的方法 。 还有哪些“微小量”放大的方法？ 有机玻璃的形变 二、弹力 1、弹力产生的条件：直接接触、发生弹性 形变 2、弹力：教材55页 3、弹力的方向：（三新练习册38页） 总是垂直于接触面而指向被压或被支持的 物体 练习：画出物体所受弹力的方向 （画弹力方向时，要用实际情境作支持）。 分清：受力物体、施力物体 强化几个问题： 1、谁受到的力？ 2、这个力是谁施加的？ 3、是谁的形变产生的？ 总结： 判断物体是否受到弹力的方法：假设法。 （根据受力物体运动状态的变化判定）。 三、胡克定律 这是学生在高中学到的第一个定律。最好 通过探究让学生加深认识，并在初中探究能力 的基础上，完成对定律的理解。有条件的学校 最好能完成图像的表示和理解。 L0 x 2x3x 1、胡克定律内容： 2、公式： F = kx 教学建议： 本节是本章教学的重点，更是教学难点， 建议上2课时，并多创设情景让学生感受： 1.几个方向关系：物体运动方向、相对运动方 向、相对运动趋势方向、摩擦力的方向。 2.摩擦力是动力还是阻力 3.静摩擦力和动摩擦力的大小特点 4.是否只有静止不动的物体才会产生静摩擦力 第三节 摩擦力 创设情境：教材57页。引出静摩擦力 一、静摩擦力 1、产生的条件：接触面粗糙、相互接触、相互挤压 、有相对运动趋势 2、两个物体之间只有相对运动的趋势，而没有相对 运动，这时的摩擦力叫静摩擦力。 3、静摩擦力的方向：静摩擦力的方向总是沿着接触 面，并与物体间的相对运动趋势方向相反（加深对 相对运动趋势的理解）（建议用两个毛刷演示） 用上述实验装置进行研究：缓慢的拉动木板 ，记录读数和物块的运动状态。 拉力F（N） 物体运动状态 静摩擦力大小 实验 ： F 4、静摩擦力的大小： 总结： （1）两个物体间的静摩擦力是一个变力，它的大 小可以在0与Fmax之间，即 0FFmax 。 （2）根据二力平衡知识，只要物体与物体之间保 持相对静止， 静摩擦力的大小=外力的大小，且随外力的 变化而变化。 （3）当物体刚刚开始滑动时，静摩擦力达到最大 ，称为最大静摩擦力Fm。 问题： （1）运动的物体能受到静摩擦力吗？举例说明 （2）静摩擦力可以充当阻力吗？可以充当动力吗？ 5、静摩擦力方向判断的方法 （1）用假设法判断静摩擦力的方向 （2）根据物体的运动状态判断静摩擦力的方向 巩固练习： 物块与传送 带一起匀速 运动 传送带静止 物块静止 物块与传送 带一起匀速 运动 1、物体相对于传送带处于静止状态，判断下列传送 带上物体有无静摩擦力。方向是什么？ 2、如图所示，水平桌面上叠放的A、B两个 物体，在水平方向拉力F1和F2的作用下，以 共同的速度v一起向右匀速运动，已知F1=5N ，F2=3N，那么物体B上、下表面所受摩擦力 的大小为（ ） A5N，2N B3N，0 C5N，8N D0，2N B A F1 F2 二、滑动摩擦力 1、产生条件： （1）物体与物体之间接触并且相互挤压 （有形变）。 （2）物体与物体之间有相对运动； （3）两个接触面不光滑，有粗糙程度。 2、滑动摩擦力的方向：总是沿着接触面 跟物体相对运动的方向相反。 理解：相对运动是指该物体相对于与它接 触的物体（另一物体）而言的。 3、滑动摩擦力大小公式： F = FN 问题：滑动摩擦力大小与哪些因素有关，定量关系 如何研究？ 设计实验：研究滑动摩擦力大小与正压力的关系。 方法：控制变量法 演示实验：（能演示的尽量演示） 或自制传送带（长木 板）来观察相对运动 。 F 问题：滑动摩擦力的方向一定跟物体运动 方向相反吗？滑动摩擦力能充当动力或阻 力吗？举例说明 问题：最大静摩擦力与滑动摩擦力的大小 关系是什么？ 巩固练习： 1、教科书59页例题。 3、如图所示，物体A、B叠放在水平桌面上，对B施 加一水平力F，使它们一起向右匀速运动，试分析A、 B所受的摩擦力。假如将力F作用在A上，摩擦力又如 何？ 2、教科书61页第3题。 4、如图所示，物体A、B、C叠放在水平桌面 上，它们的重力都等于10N，在B上有一个水 平向右的作用力F12N，在C上有一个水平向 左的拉力F22N，三个物体都处于静止状态， 求A对B、B对C、桌面 对C的摩擦力。 5、如图所示，位于斜面上的物体A在沿斜面向上的 力F作用下处于静止状态，则对斜面作用于物体A的 静摩擦力的判定正确的是（ ） A. 方向可能沿斜面向上 B. 方向可能沿斜面向上下 C. 大小可能等于零 D. 大小可能等于F A F 教学建议： 所谓“力的合成”问题的本质是力能否 按平行四边形法则进行叠加的问题，也 就是力是否具有矢量性的问题。 所以本 节重点是指导学生做好力的合成实验， 从实验中得到矢量合成规律；对于合力 与分力的概念、共点力的概念可以让学 生知道即可，而不必过分渲染。 第四节 力的合成 创设情境：出示图片，引出合力的概念 一、合力 1、 若力F单独作用和力F1、F2共同作用所产生的效 果相同，力F就叫做力F1和F2的合力。F1和F2为F的 分力。 讨论：（1）什么叫效果相同？效果是什么？ （在讨论中，体会等效替代的思想） （2）“一个力”和“几个力”能同时存在吗？ 2、已知分力求合力的过程叫做力的合成。 二、力的合成 教师指导学生实验： 1、平行四边形定则：互成角度两个力的合力就 是以这两个力为邻边的平行四边形的对角线。 注意：（1）这是矢量运算的普遍适用的法则。 （2）平行四边形定则只适用于共点力的 情况下。 3、已知分力求合力的过程叫做力的合成。 2、如果几个力同时作用在物体上的同一点，或者它 们的作用线相交于同一点，这几个力叫做共点力。 问题：合力与两个分力之间的关系是怎样的呢？ （1）当分力大小不变，夹角改变时，合力如何变化 ？ （2）当合力不变，分力的夹角改变时，分力如何变 化？ （ 课件演示、黑板画图分析） 三、合力与分力间的关系 1、当分力大小一定时，分力之间的夹角变小合力 变大，夹角变大合力变小。 2、当合力一定时，分力的夹角越大，分力越大。 3、合力取值范围：|F2-F1|F合 |F1+F2| 巩固练习： 1、用学过的物理知识，分 析这两张照片中的动作哪一 个更容易完成？ 2、课后练习 3、已知两个力F1=10N，F2=4N，求其合力范围？追 问其合力能等于5N、7N、11N吗？ 4、（1）如图所示，质量为m=10kg的物体置于水平 地面上，现对物体施加竖直向上的两个等大拉力 F1=F2=70N，求物体所受的合力F合。 （2）若将上题中施加的两个力改为斜向上，大小不 变，使F1、 F2均与水平方向成30角，如图所示，此 时能将重物提起吗？ F2 F1 F2F1 30 30 教学建议： 力的分解是“力的合成”的逆运算，学 生比较容易接受，重点在于让学生掌握 在实际问题中如何分解一个力；建议本 节内容增加正交分解和共点力作用下物 体的平衡条件这两个内容，便于学生在 实际问题中进行应用。 第五节 力的分解 复习回忆：有关合力、分力的概念。引出力的分解 （仍要强调“等效替代”的思想） 创设情境，激发兴趣：老师用一个手指同时拉动两 个力气大的同学。