第三章 第一节 重力与弹力
第一课时 重力
【课标定位】
知道重力的三要素,知道常见物体重心的确定方法,会画力的示意图和力的图示。
【教材分析】
重力的知识是后面学习力学和牛顿定律的基础。本节从高于初中物理的知识出发,介绍了重力的产生原因,大小方向等,又引入了重心和力的图示法的概念。介绍了许多生活的实例,不仅对学生积极参与教学起到了良好的促进作用,同时使学生感知到物理与生活息息相关,激发了学生学习物理的兴趣。学生在初中阶段已经学习过重力,可能会对这节课不够重视。本节的矢量性对学生来讲存在认识上的难度,区分力的示意图和力的图示也存在难度等。可以通过设计使学生个人感受实验,进而让学生对重力的认识更进一步。
【学情分析】
基于学生在初中已经比较熟悉重力的知识内容,直接给出重力产生的原因,即重力是由于地球的吸引而使物体受到的力,施力物体是地球。学生接受并不困难,至于重力和万有引力的关系,并不要求在现阶段就说清楚,留待后续学习中逐渐解决。
物体所受重力G与其质量m的关系式G=mg,这个表达式很简单,但是在初中的基础上有深化:教科书指出表达式中的g就是自由落体加速度,并且进一步指出,没有空气阻力时,物体下落时只受重力作用,此时的加速度就是自由落体加速度。自由落体运动和重力的关系是运动与相互作用关系的具体体现,有助于学生逐渐形成运动与相互作用观念。
对于重力的测量,初中已经讲过了,本节内容并没有涉及。教科书也没有指出在地球上不同位置,物体的重力是不同的,但可以联系“自由落体运动”一节中对自由落体加速度g的认识,引导学生知道在地球表面重力并不是恒定的,会随位置变化而变化,但不必做过多解释,留待后续学习。
重心的概念比较抽象,是由等效思想引出的,学生往往缺乏直接体验。
【教学目标与核心素养】
物理观念:知道重力的方向以及重力的大小与物体质量的关系。
科学思维:通过“重心”概念的引入渗透“等效代换”的物理方法。
科学探究: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。
科学态度与责任:养成用科学的质疑的态度去学习知识的习惯,善于在学习的过程中提出问题。
【教学重点与难点】
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。
难点:1、力的概念。
2、重心的概念和位置。
【教学用具】
钩码、质量均匀的不规则薄板、细绳、橡皮泥、气球
【教学方法】
教师启发、引导学生思考,讨论、交流学习成果。探究法、讨论法、实验法。
【教学过程设计】
教学 环节 教师活动 学生活动 设计意图 任务评价
一、 复 习 引 入 【图片展示】各种关于运动的照片。 【提出问题】我们都学过哪些运动? 【提出问题】那你知道物体间的相互作用用什么表示?力是干什么的?力的作用效果是什么? 【学生回答】静止、匀速直线运动、匀变速直线运动、非匀变速直线运动。 【学生思考回答】 初中我们学习过重力、弹力摩擦力,接触过拉力、支持力、压力等。 初步渗透力和运动观,为大单元统整教学做铺垫。 个别学生会认为力使物体运动的,及时引导纠正。
相 互 作 用 任务一:(一)相互作用——力 通过多媒体课件动图展示:人推车、手拉弹簧、踢足球的情景。 【提出问题】请问什么是力? 认识一个力,需要弄清以下几个问题: 1.谁受到的力,谁施加的力? 2.怎样量度它的大小? 3.它的方向如何?作用点在哪里? 【提出问题】如图所示,打羽毛球的时候球拍对羽毛球的力谁是施力物体,谁是受力物体? 【强调力的图示】 【学生回答】力是物体间的相互作用。 【学生总结】 1.力是物体之间的相互作用。 2.有力必有施力物体和受力物体,力不能脱离物体而存在。物体间的相互作用力一个叫作用力另一个叫反作用力,他们总是成对出现的。关于相互作用力的规律我们将在第三节中详细学习。 3.力有三要素,分别是大小、方向、作用点。 4.力的作用效果:力可以使物体发生形变;力可以改变物体的运动状态。 【学生回答】球拍是施力物体,羽毛球是受力物体。 例题1 1.用弹簧测力计悬挂静止的小球下列说法正确的是( ) A.弹簧测力计对小球的拉力就是小球所受的重力 B.弹簧测力计对小球的拉力大小等于小球所受重力的大小 C.小球所受拉力的施力物体是地球 D.小球所受重力的施力物体是弹簧测力计 根据初中所学,再次强调力的概念以及特性。 帮助学生建立相互作用观。 在学生原有的认知基础上调: 1.物质性: A.力不能离开物体而存在 一个力与两个物体相对应。b.施力物体、受力物体。
2.相互性: a.施力物体同时是受力物体,受力物体同时是施力物体 b.相互作用的两个物体可以接触也可以不接触 3.矢量性: 大小 方向
三、 深化物理观念:重力的大小、方向 任务二:(二)重力的基本概念 【情境设问题】一位质量50kg的滑板爱好者,如图所示,做出高难度的腾空动作。请你根据初中做学思考下面问题:若不计空气阻力,图中 的人受什么力的作用? 【提出问题】重力是如何定义的?重力的三要素——大小、方向、作用点是如何表示的? 【提出问题】在初中所学的基础上,思考与讨论一下问题: (1)重力的大小表达式中g是什么 重力的大小有什么特点? (2)重力的方向是指向地心吗 可以说成垂直于地面吗 (3)重力的作用点一定在物体上吗? 【学生回答】由于地球的吸引而使物体受到的力叫做重力。重力的大小计算公式为G=mg,重力的方向竖直向下,重力的作用点在重心上。 【学生讨论】表达式中的g初中叫作比例系数,g=10 N/kg。重力的方向不一定垂直于地面,重力的作用点一般在物体中心。 【讨论回答】(1)g在初中我们只是把它当作一个比例系数,大小取9.8 N/kg,粗略情况下可以取10 N/kg,但是在第二章我们学习过自由落体运动,g叫重力加速度,因此g的单位还可以写成。在自由落体运动中我们学习了g与地理位置有关。由此根据重力表达式我们可以看出重力的特点,只要物体质量不为零,就必受重力作用。且重力的大小只与物体的质量和当地重力加速度有关,与物体所受外力,与运动状态无关。 (2)重力的方向不一定垂直于地面,实际上它也并不指向地心。地面上的物体跟着地球旋转是需要向心力的,导致重力方向不能说成指向地心,只能表述为竖直向下,这个问题我们会在后面学习万有引力时进行深入研究。 (3)重力的等效作用点叫做重心。物体的重心不一定在物体的中心,甚至不一定在物体上。接下来我们研究一下重心的位置与什么因素有关。 初中学生学习过重力,在初中认知的基础上提问并引导学生进一步思考重力的本质特点,帮学生建立起更清晰的物理观念,同时培养学生的科学思维。 通过学生回答,明确g值得物理意义:g-9.8m/s2表示的物体的重力加速度,从单位的变化引起学生对g的重视,从而为今后学习万有引力铺垫 等效概念的建立,拓展知识评价。
四、科学探究:重心及影响重心位置的因素 任务三:(三)对重心的理解 【提出问题】刚才提到重力的等效作用点叫重心,重心是什么 重心的位置在哪里 如图所示的汽车,当装载的货物多少和装载位置发生变化时,重心也会随之变化,你认为重心和什么因素有关 形状规则,质量均匀分布的物体,重心位置很容易确定。 【提出问题】若物体质量分布不均匀,形状不规则,如何确定它的重心呢 请大家试着找一下手中笔的重心位置。 【提出问题】用支撑法和悬挂法找重心,蕴含什么样的道理 【提出问题】画图表示下图中两个均匀球体的重力。你发现初中所学的表示力的方法有什么缺点 【教师总结】初中表示力的方法叫力的示意图,只能粗略表示力的大小。要能准确表示力的大小,需要画力的图示。如图所示,先选取一个单位长度表示5N大小的力,球的重力就可以用确定长度的有向线段准确表示出来了。 【课堂练习】媒体展示几道题让学生练习。 【学生讨论】从图中看出,物体的重心应该和质量分布情况有关。 【小组总结】物体各部分都受重力的作用,我们从效果上让它们集中作用于一点,这个点就叫重心。重心与物体的质量分布有关,对于质量均匀分布且几何形状规则的物体,重心就是其几何中心。如图所示的物体均为质量均匀分布具有规则形状的几何体,重心位置很容易确定。 【学生实验】用支撑和悬挂的办法找重心。 【归纳总结】对于细杆可以用支撑法确定重心的大致位置,对于薄板可以用悬挂法确定重心。用悬挂法确定三角板重心位置可以看出,重心不一定在物体上。 【学生回答】二力平衡 请你画一下质量为10kg的木块所受的重力。 【学生回答】初中的表示方法无法准确表示力的大小。 。 例题2:如图所示,一被吊着的空心的均匀球壳内装满了细砂,底部有一阀门,打开阀门让细砂慢慢流出的过程中,球壳与细砂的共同重心将会( ) A.一直下降 B.一直不变 C.先下降后上升 D.先上升后下降 建立起重心的概念,通过分析重心的因素和动手实验寻找重心位置,培养学生的科学思维和科学探究素养。 为大单元统整教学做铺垫。 从形状规则的物体重心回答,确定重心的位置,探究形状不规则物体的重心,及时跟进指导,从思考、试验操作进行评价。 我们关于重心的研究有这样两点作用:对后续的受力分析有帮助;对于下章分析复杂问题中涉及到重心变化有帮助。 能准确画出图示和示意图,会找物体的重心。 通过练习训练强化知识巩固,对于个别有问题学生单独点拨。
课 堂小结 教师引导学生回顾本节课的学习: 力的基本概念 重力的基本概念 重心的理解 加强对本节知识的理解和巩固 教学成果的显形评价
六、作业布置 1.拓展性作业:查阅资料,了解重力场的概念,形成“场”的物理观念。 2.基础性作业:教材61页“练习与应用”1.2.4。 3.实践探究作业:找一个质量分布均匀的三角形薄板找出薄板的重心与几何上的重心是不是位于同一点上,并说明理由。 作业成果评价
【板书设计】
力
力是物体间的相互作用
物质性
相互性:作用力和反作用力
矢量性:力既有大小,又有方向
重力
产生:
大小:G=mg
方向:竖直向下
作用点:重心