第三章 相互作用.doc

第三章 相互作用单元规划 本章讲述的是有关力的基础知识，是静力学和动力学所必需的基本预备知识，因此教材内容的选取具备基础性和预备性.从知识方面来说，就是理解力的初步概念，理解弹力、摩擦力产生的条件和特性，会进行力的合成与分解.从运用方面说，是初步熟悉对一个物体的受力分析，会画出正确的受力图，知道力的平衡条件.本章探究力的基本知识和规律.内容包括：重力、自然界的基本相互作用、弹力、摩擦力、力的合成、力的分解.教材内容的选取上以知识的基础性为主，目的是为了将来更好地研究复杂的受力情况，要求学生理解重力、弹力、摩擦力产生的条件，以及他们的大小和方向，会进行力的合成与分解.这些知识的教学，只是希望学生能够对力，以及矢量的合成与分解有一个初步的认识，不要求学生都能掌握得很深刻.在能力要求上，要求学生能够分析出简单情况下物体受力的情况，受几个力，各个力的方向和大小以及他们产生的原因，知道一个力的变化可能会影响到其他力的变化.本章从四种基本相互作用出发认识力，这是和以前教材不同的地方，并不要求学生对四种基本相互作用能够理解，只是对这四种基本相互作用有一个初步的认识，为继续学习打下基础.本章的难点是摩擦力的教学、摩擦力大小的判断，特别是静摩擦力大小的判断是高中教学中的一个难点，应该加以克服.教学中一定要以现实生活作为依托，要多举生活中的例子让学生了解，并安排学生实验和演示实验，加深对这一部分知识的理解.另一个难点是力的合成与分解，关键是等效思想的应用，学生要分清哪个是合力，哪个是分力，它们之间的关系是什么.课时安排建议全章共五节，建议用9课时.各节课时建议安排如下：第1单元1 重力 基本相互作用2课时2 弹力1课时3 摩擦力3课时第2单元4 力的合成1课时5 力的分解1课时复习课复习1课时第1单元的内容是几种基本的相互作用，包括重力、弹力、摩擦力.本单元是这一章的基础单元，也是受力分析的基础，为了尽量减小抽象的表达，这一节课的教学应该尽可能地从生活中的实际例子去理解力是物体间的相互作用这个问题.应该让学生熟练掌握力的示意图，为以后解决复杂问题打下基础.重力教学的难点是重心的理解和确立，可以通过做确定薄板重心的实验来加深对这个问题的理解.对于弹力产生的条件这个难点，特别是两个物体间形变不是很明显时应该让学生确信两个物体间存在弹力的作用，解决的方法是演示微小形变.让学生知道支持力、压力以及绳的拉力都是弹力，会判断弹力的方向.摩擦力是这一章的难点，在这一章不可能要求学生能够全部掌握摩擦力，而应该循序渐进，逐步了解.这一章可以就摩擦力的定义、产生条件、方向等问题有一个初步的认识，对于复杂的计算，建议不要过早引入.第2单元是力学知识的具体应用，包括力的合成与分解，让学生了解力的合成与分解实质上是一样的，并且研究问题的方法可以通用，即平行四边形定则或三角形定则，知道力的合成与分解基本的研究方法是等效替代，会用平行四边形定则解决简单的问题.力的分解应该比力的合成更难处理一些，首先是在没有条件限制的情况下一个合力的分力有无数组解.其次是如何确定条件来对力进行分解.这里有两种方法，一种是根据力的实际效果确定两个分力的方向从而确定两个分力，另外一种方法是正交分解的方法.前一种更从实质上对力进行分解，而后一种方法则更简单，特别是解决复杂问题会体现出它的优势.两种方法可以相互补充，先用前一种方法帮助学生了解力的分解的实质，用后一种方法处理复杂的问题.1 重力 基本相互作用从容说课 从这一节课开始研究物体所受的力，首先从力的概念入手进行研究，“力是物体间的相互作用”这个表达是抽象的，也是教学中的一个难点，教学中要从生活中的具体例子出发，说明力是改变物体运动状态的原因，是使物体产生形变的原因，在此基础上给出力的定义.对于力的相互性的理解是从施力物体和受力物体的角度来进行定义的，刚开始分析物体受力时，可以把施力物体找出来以便在分析时不会凭空增加力的个数.力的三要素是对物体进行受力分析时把问题简单化的一种方法，也是以后作力的分析草图时必须用到的一种基本知识和技能，所以要学生多加练习，特别是对力的示意图更要加以重视，这是受力分析的基础.重力概念的理解难点在于重心的理解，重心是重力的作用点，但重心的位置与物体的形状和物体的密度分布都有关系.理解重力可以从演示实验入手进行，把抽象的问题具体化是解决难点的很好的方法.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311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311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Gmg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312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312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1015 m，但是弱相互作用的强度只有强相互作用的1012.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.4.两位同学在看体育比赛时，发现“背越式”跳高比“跨越式”跳高好得多，如图313.请你来探究一下这个问题，说说为什么是这样的.图313参考答案1.B2.答案：D解析：江河的水从高处向低处流动、鸡毛和铁球下落、雨滴下落，靠的都是重力的作用，如果没有了重力，这些现象都不会发生，因此，A、B、C都会出现，所以这三个选项都不能选；质量是物质的一种属性，不随重力的改变而改变，所以D是应该选的选项.3.答案：1解析：正方形薄板的重心位置在几何中心，当对角线处于竖直位置时，重心离桌面高 m，而一边在水平桌面上时，重心离桌面高1 m.所以在题目所说过程中，重心位置升高了1 m.4.解析：“背越式”跳高与“跨越式”跳高相比较，在跳过相同高度的横杆时，重心升高要低一些，对运动员来说容易做到，有助于跳高运动员成绩的提高，所以说“背越式”跳高要优于“跨越式”跳高.板书设计1 重力 基本相互作用一、力和力的图示二、重力三、四种基本相互作用1.力的定义1.大小G=mg1.万有引力2.力的单位2.方向2.电磁相互作用3.力的图示和力的示意图3.重心3.强相互作用和弱相互作用活动与探究 1.活动主题：力的分类和四种基本相互作用说明：四种基本相互作用课本只是粗略地提了一下，并没有进行进一步的说明，而自然界力的种类很多，这些种类又都属于哪一种基本相互作用呢？通过查阅资料，更深层次地了解有关这一类问题.2.活动步骤步 骤学生活动教师指导目的1到图书馆、上网查阅有关四种基本相互作用方面的书籍介绍相关网站和书籍1.让学生更多地了解科学发展的前沿动态2.培养学生组织材料的能力和独立思考能力.加强对科学的认识，让学生能够自觉地投入到学习物理中去2到图书馆、上网查阅有关力的分类方面的书籍介绍相关网站和书籍3看不同性质的力分别属于哪一种基本相互作用和学生共同探讨各种不同性质的力属于哪一种基本相互作用4写出调查报告，并对调查报告进行交流教师指出学生的调查报告中的优缺点，鼓励学生多进行这方面的探讨，不一定要求有什么结论习题详解 1.举出具体的实例来说明：（1）力能够改变物体的运动状态或使物体产生形变；（2）每一个力，都有一个施力物体和一个受力物体.解答：（1）玻璃杯从桌子上掉下，在重力作用下，运动得越来越快；被抛出去的铅球，在重力作用下沿曲线落回地面；蹦蹦床在人的压力作用下，向下凹；橡皮筋在拉力作用下变得细长.（2）人坐在凳子上，人对凳子有一个压力，该力的施力物体是人，受力物体是凳子.2.画出下面几个物体所受重力的图示.（1）放在水平桌面上的质量m0.05 kg的墨水瓶.（2）竖直向上飞行的质量m=2103 kg的火箭.（3）沿着滑梯下滑的质量m=20 kg的小孩.（4）抛出后在空中飞行的质量m=4 kg的铅球.答案：首先画出各个物体的重力，再画出力的图示，如图314所示.图3143.几何学中把三角形三条中线的交点叫做重心.物理学中也有重心的概念.均匀的三角形薄板的重心是不是与几何学上的重心位于同一点上?请你通过以下实验做出判断：首先作图把均匀等厚三角形纸板的三条中线的交点C找出来，然后用细线悬吊三角形纸板的任意位置，看悬线的延长线是否通过C点.解答：是位于同一点.备课资料1.重心的意义实际上物体的各部分都受到重力的作用，人们通过科学抽象而提出“重心”这一理想化模型.引入重心的概念后，研究具体的物体时，可以把整个物体各部分的重力用作用于重心的一个力来表示，于是原来的一个物体就可以用一个有质量的点来表示.如图315所示.图315重心的位置会影响物体的稳度，如杂技团“走钢丝”的小丑表演，需要较高的技术来控制重心的位置.重心的位置与哪些因素有关：（1）质量分布均匀的物体，重心位置只跟物体的形状有关.若物体的形状是中心对称的，对称中心就是重心.（如图316、图317所示）图316 图317（2）质量分布不均匀的物体，重心除了跟物体的形状有关外，还跟物体内质量的分布有关.2.古代汲水瓶在西安半坡文化遗址，出土了一种新石器时代（距今6 000年）使用的汲水瓶，它的特点是底尖、腹大、口小，系绳的耳环设在瓶腹稍靠下的部位（如图318）.图318古代汲水瓶当汲水瓶空着时，由于瓶的重心高于绳的悬点，它就会倾倒；把它放到水里，水就会自动流进去.当瓶中汲入适量的水（达到瓶容积的60%70%）时，瓶的重心降到绳的悬点以下，一提绳，汲水瓶就会直立着被提上来.如果瓶中的水太满，瓶的重心又高于绳的悬点，瓶会自动倾倒，将多余的水倒出.这种汲水瓶巧妙地通过重心变换，使得汲水方便、省力，又能控制汲水量，充分体现了我国古代劳动人民的智慧.3.我国古代关于力和运动的知识在我国古代著作中，对于力和运动问题，已有一定的认识.远在春秋时期成书的考工记就有这样的记载：“马力既竭，辀犹能一取也.”就是说，马已停止用力，车还能向前走一段距离.这里虽然没有得出惯性的概念，但是已经注意到了惯性现象.在墨经里，还给力下了一个