开启物理兴趣之门的思考与实践
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开启物理兴趣之门的思考与实践
——高三第一轮复习课《生活中的动力学问题》教学设计
牛顿运动定律在经典物理学中是最重要、最基本的规律，是力学乃至整个物理学的基础。《普通高中物理课程标准》要求理解牛顿运动定律，用牛顿运动定律解释生活中的有关问题。通过实验认识超重和失重现象。通过各种活动，例如乘坐电梯、到游乐场乘坐过山车等，了解和体验失重和超重。通过听讲座、看录像等活动，了解宇航员的生活，了解在人造卫星上进行微重力条件下的实验。
历年高考对本章知识的考查重点：①惯性、力和运动关系的理解；②熟练应用牛顿定律分析和解决两类问题(已知物体的受力确定物体的运动情况、已知物体的运动情况确定物体的受力)。
命题的能力考查涉及：①在正交的方向上质点受力合成和分解的能力；②应用牛顿定律解决学科内和跨学科综合问题的能力；③应用超重和失重的知识定量分析一些问题；④能灵活运用隔离法和整体法解决简单连接体问题的能力；⑤应用牛顿定律解题时的分析推理能力。
实际教学中，学生对受力分析、对运动情景的理解出现困难，体现出倦怠情绪。本节课结合课程标准的内容要求和活动建议，根据考纲，选择与实际生活密切联系的现象、实例，帮助学生建立情景，激发学生持续学习物理的兴趣与愿望的同时，学会应用物理知识解决实际问题。
教学目标
一、知识目标
1、通过建立物理情景，挖掘其中的隐含条件，体会运用牛顿运动定律来解决实际物理问题的方法。
2、进一步学习对物体进行正确的受力分析。
二、能力目标
1、培养学生分析问题和总结归纳的能力。
2、运用所学知识解决实际问题的能力和表述能力。
三、情感、态度与价值观
激发学生学习物理的兴趣，培养学生形成积极思维，解题规范的良好习惯。
教学重点
根据问题陈述中的物理现象，想象情景，建立情景，求解加速度a，根据所学的牛顿运动定律知识解题。
教学难点
应用牛顿运动定律解题的基本思路和方法
教学方法
实例分析法、归纳法、讲练结合法
教学资源
自制多媒体课件演示，将题中的物理情景再现，帮助学生建立、理解物理情景，分析物理过程。
课时安排
1课时。
教学设计流程
教学过程
一、引入
通过前几节课的学习，知道牛顿运动定律将受力情况与运动情况联系起来，它在生活、生产实践、科技、工程设计上都有广泛的应用。
二、实例分析
演示一、多媒体展示神舟七号、神舟八号与天宫一号等录像。
问题1、在太空站的完全失重环境中，下列仪器可以使用的是（ ）
A、水银温度计 B、体重计 C、打点计时器
D、天平 E、水银气压计 F、弹簧秤
解题关键：分析每种仪器的原理，看是否与重力有关
讨论：①水银温度计是利用热胀冷缩的原理制成的，可以用。
②体重计的原理，当测量物体静止时，重力与体重计对它的支持力平衡，在完全失重状态下，重力的效果完全提供加速度，此时不产生挤压效果，故它不能用。天平是利用力矩平衡原理，在完全失重的状态下，放在天平内的砝码和物体都不会对天平托盘产生压力，即不论天平左右托盘中分别放质量为多少千克的物体和砝码，天平都能平衡，故失效，所以在完全失重的环境中，天平不能用．
③打点计时器的工作原理与重力无关。
④水银气压计是利用力的平衡原理，而此时水银的重力不产生压力，即不论气体压强为多少，都能使管中充满水银，故失效，也不能用。
⑤弹簧秤在完全失重的物理环境中，虽然不能用来测量物体的重力，但测其他的力如拉力还是可以用.
结论：应选A C F。
演示二、多媒体展示电梯升降的录像。
问题2、升降机以5m/s2的加速度匀加速上升，在升降机中分别用天平和弹簧秤称量一个质量为0.5Kg的物体（ｇ取10ｍ/ｓ2），则（ ）
A、弹簧秤的示数为7.5N B、弹簧秤的示数为5N
C、天平的示数为0.5Kg D、天平的示数为0.75Kg
解题关键：质量会不会受到环境变化的影响；弹簧秤的示数等于弹簧秤对物体的拉力（支持力），与物体所处的运动状态（加速度a）有关。
讨论：①质量物体的物理属性，不随物体的温度、地理位置、等等的变化而变化，因此不管怎样示数都是0.5Kg
②以竖直向上为正方向，对物理进行受力分析，如图所示
升降机以5m/s2的加速度匀加速上升，可知a=5m/s2，方向竖直向上
由牛顿第二定律可知，F-G=ma
而G=mg=5N
联立以上二式并代入数据，得F=7.5N
结论：应选A C
师生互动：请学生交流乘坐竖直升降电梯或者在游乐场中体验超重失重的娱乐设施的感受。教师并把自身经历与体会和学生分享。引导学生复习超重失重的实质并非自身重力发生了变化，而是对支持面的压力发生变化。
在讨论中明确解决此类问题的关键是：加速度a。
当a的方向竖直向上，出现超重现象；
当a的方向竖直向下，出现失重现象。
演示三、多媒体展示游乐场里超重失重的娱乐设施
问题3、在一种能获得强烈失重、超重感觉的巨型娱乐设施中，用电梯把乘有十多人的座舱送到大约二十几层楼高的高处，然后让座舱自由落下，落到一定位置时，制动系统开始启动，座舱匀减速运动到地面时刚好停下，已知座舱开始下落时的高度为76m，当落到离地28m时开始制动，若某人手上托着质量为5Kｇ的铅球进行这个游戏，问：
（1）当座舱落到离地高度40ｍ左右的位置时，托着铅球的手感觉如何？
（2）当座舱舱落到离地高度15ｍ左右的位置时，手要用多大的力才能托住铅球？
（ｇ取10ｍ/ｓ2）
解题关键：情景图的建立，自由下落阶段与匀减速阶段物体的加速度分别是什么。
讨论：①要判断托着铅球的手的感觉，则要判断铅球处于什么运动状态。
②手用多大的力才能托住铅球，则要判断手对球的支持力，还是要明确球的运动状态即求出加速度a。
解析：据题意可知，座舱经历了如下两个运动阶段：以竖直向下为正方向
第一阶段：自由落体运动，v0=0,加速度ｇ=10ｍ/ｓ2，h1=76m-28m=48m，末速度v
第二阶段：匀减速直线运动，初速度v, vt=0,加速度大小用a表示，方向竖直向上
h2=28m
（1）当座舱落到离地高度40ｍ左右的位置时，座舱及座舱里的人和铅球均自由落体运动，处完全失重状态，铅球对手无压力，则手没什么感觉。
（2）当座舱舱落到离地高度15ｍ左右的位置时，座舱及座舱里的人和铅球都做匀减速直线运动，以铅球为研究对象，对其进行受力分析，如图所示
由牛顿第二定律可知，F-mg=ma
而v2=2ah2
在第一阶段中，v2=2gh1
联立以上三式，代入数据，解得F=950/7N≈136N
三、归纳总结：求解动力学问题的一般步骤
牛顿第二定律反映了物体的质量、加速度和合力三者之间的关系，而加速度可以看成是运动的特征量，所以说加速度是连接力和运动关系的纽带和桥梁，是解决动力学问题的关键。一般步骤如下：
（1）选取研究对象：一般情况下会涉及两个或两个以上的物体，通常选取与已知量相对牵连较多的那个物体为研究对象。
（2）分析物体受力情况、运动情况：画出各物理过程中的示意简图，分析研究对象在各个过程中的受力情况及运动情况，指明各个物理过程中加速度方向、速度方向，判断物体是做加速直线运动，还是做减速直线运动。
（3）建立直角坐标系，选取正方向：一般选取初速度方向或加速度的方向为正方向，
（4）统一单位，列方程：物理公式既反映了各物理量之间的数量关系，同时也确定了各物理量的单位关系，在一个方程或一组方程中必须使用统一的单位。加速度是求解牛顿运动定律问题的关键，它是连接动力学和运动学的桥梁，要以加速度为核心，列出各个物理过程中的动力学方程或运动学方程。
（5）代入数值求解，检验结果，把不合题意的结果舍去。
四、巩固应用
演示四、多媒体播放跳伞表演录像
问题4、跳伞运动员做低空跳伞表演，当飞机离地面224m处时，运动员离开飞机做竖直方向的自由落体运动，运动一段时间后，立即打开降落伞，展伞后运动员的降落可看作竖直方向的匀减速运动，加度度为12.5m/s2,为了运动员的安全，要求运动员落地速度最大不得超过5ｍ/ｓ，ｇ取10ｍ/ｓ2。问：
（1）运动员展伞时，离地面的高度至少为多少？
（2）运动员在空中的最短时间为多少？
先由学生分析、思考，在黑板演算得出解题过程，再由学生自评、互评、讨论、交流，教师最后进行评价、小结，强调解题关键及解题的一般步骤。
教学评价与反思
本节课教学中，通过多媒体录像将生活与科技中的典型实例展示在学生面前，从这些实例中提取出相应的物理模型，把握其物理本质，学生显示出浓厚的兴趣，参与讨论的积极性也高，本节课的教学目标基本达到。
在比较枯燥的物理复习中，教师要让学生学得轻松，快乐地投入，以此提高教学质量，达到教学效果。按照普通高中教育的培养目标，要使学生具有终身学习的愿望和能力，掌握适应时代发展需要的基础知识和基本技能，学会收集、判断和处理信息，具有初步的科学与人文素养、环境意识、创新精神与实践能力。无论是短期目标，还是长远目标，都需要教师不断地观察思考，勇于尝试与实践。
学生讨论、表述，教师适时指导，确定解题方法。
寻找物理模型
建立情景
审
题
多媒体播放有关视频，激发学生兴趣
师生交流总结
——高三第一轮复习课《生活中的动力学问题》教学设计
牛顿运动定律在经典物理学中是最重要、最基本的规律，是力学乃至整个物理学的基础。《普通高中物理课程标准》要求理解牛顿运动定律，用牛顿运动定律解释生活中的有关问题。通过实验认识超重和失重现象。通过各种活动，例如乘坐电梯、到游乐场乘坐过山车等，了解和体验失重和超重。通过听讲座、看录像等活动，了解宇航员的生活，了解在人造卫星上进行微重力条件下的实验。
历年高考对本章知识的考查重点：①惯性、力和运动关系的理解；②熟练应用牛顿定律分析和解决两类问题(已知物体的受力确定物体的运动情况、已知物体的运动情况确定物体的受力)。
命题的能力考查涉及：①在正交的方向上质点受力合成和分解的能力；②应用牛顿定律解决学科内和跨学科综合问题的能力；③应用超重和失重的知识定量分析一些问题；④能灵活运用隔离法和整体法解决简单连接体问题的能力；⑤应用牛顿定律解题时的分析推理能力。
实际教学中，学生对受力分析、对运动情景的理解出现困难，体现出倦怠情绪。本节课结合课程标准的内容要求和活动建议，根据考纲，选择与实际生活密切联系的现象、实例，帮助学生建立情景，激发学生持续学习物理的兴趣与愿望的同时，学会应用物理知识解决实际问题。
教学目标
一、知识目标
1、通过建立物理情景，挖掘其中的隐含条件，体会运用牛顿运动定律来解决实际物理问题的方法。
2、进一步学习对物体进行正确的受力分析。
二、能力目标
1、培养学生分析问题和总结归纳的能力。
2、运用所学知识解决实际问题的能力和表述能力。
三、情感、态度与价值观
激发学生学习物理的兴趣，培养学生形成积极思维，解题规范的良好习惯。
教学重点
根据问题陈述中的物理现象，想象情景，建立情景，求解加速度a，根据所学的牛顿运动定律知识解题。
教学难点
应用牛顿运动定律解题的基本思路和方法
教学方法
实例分析法、归纳法、讲练结合法
教学资源
自制多媒体课件演示，将题中的物理情景再现，帮助学生建立、理解物理情景，分析物理过程。
课时安排
1课时。
教学设计流程
教学过程
一、引入
通过前几节课的学习，知道牛顿运动定律将受力情况与运动情况联系起来，它在生活、生产实践、科技、工程设计上都有广泛的应用。
二、实例分析
演示一、多媒体展示神舟七号、神舟八号与天宫一号等录像。
问题1、在太空站的完全失重环境中，下列仪器可以使用的是（ ）
A、水银温度计 B、体重计 C、打点计时器
D、天平 E、水银气压计 F、弹簧秤
解题关键：分析每种仪器的原理，看是否与重力有关
讨论：①水银温度计是利用热胀冷缩的原理制成的，可以用。
②体重计的原理，当测量物体静止时，重力与体重计对它的支持力平衡，在完全失重状态下，重力的效果完全提供加速度，此时不产生挤压效果，故它不能用。天平是利用力矩平衡原理，在完全失重的状态下，放在天平内的砝码和物体都不会对天平托盘产生压力，即不论天平左右托盘中分别放质量为多少千克的物体和砝码，天平都能平衡，故失效，所以在完全失重的环境中，天平不能用．
③打点计时器的工作原理与重力无关。
④水银气压计是利用力的平衡原理，而此时水银的重力不产生压力，即不论气体压强为多少，都能使管中充满水银，故失效，也不能用。
⑤弹簧秤在完全失重的物理环境中，虽然不能用来测量物体的重力，但测其他的力如拉力还是可以用.
结论：应选A C F。
演示二、多媒体展示电梯升降的录像。
问题2、升降机以5m/s2的加速度匀加速上升，在升降机中分别用天平和弹簧秤称量一个质量为0.5Kg的物体（ｇ取10ｍ/ｓ2），则（ ）
A、弹簧秤的示数为7.5N B、弹簧秤的示数为5N
C、天平的示数为0.5Kg D、天平的示数为0.75Kg
解题关键：质量会不会受到环境变化的影响；弹簧秤的示数等于弹簧秤对物体的拉力（支持力），与物体所处的运动状态（加速度a）有关。
讨论：①质量物体的物理属性，不随物体的温度、地理位置、等等的变化而变化，因此不管怎样示数都是0.5Kg
②以竖直向上为正方向，对物理进行受力分析，如图所示
升降机以5m/s2的加速度匀加速上升，可知a=5m/s2，方向竖直向上
由牛顿第二定律可知，F-G=ma
而G=mg=5N
联立以上二式并代入数据，得F=7.5N
结论：应选A C
师生互动：请学生交流乘坐竖直升降电梯或者在游乐场中体验超重失重的娱乐设施的感受。教师并把自身经历与体会和学生分享。引导学生复习超重失重的实质并非自身重力发生了变化，而是对支持面的压力发生变化。
在讨论中明确解决此类问题的关键是：加速度a。
当a的方向竖直向上，出现超重现象；
当a的方向竖直向下，出现失重现象。
演示三、多媒体展示游乐场里超重失重的娱乐设施
问题3、在一种能获得强烈失重、超重感觉的巨型娱乐设施中，用电梯把乘有十多人的座舱送到大约二十几层楼高的高处，然后让座舱自由落下，落到一定位置时，制动系统开始启动，座舱匀减速运动到地面时刚好停下，已知座舱开始下落时的高度为76m，当落到离地28m时开始制动，若某人手上托着质量为5Kｇ的铅球进行这个游戏，问：
（1）当座舱落到离地高度40ｍ左右的位置时，托着铅球的手感觉如何？
（2）当座舱舱落到离地高度15ｍ左右的位置时，手要用多大的力才能托住铅球？
（ｇ取10ｍ/ｓ2）
解题关键：情景图的建立，自由下落阶段与匀减速阶段物体的加速度分别是什么。
讨论：①要判断托着铅球的手的感觉，则要判断铅球处于什么运动状态。
②手用多大的力才能托住铅球，则要判断手对球的支持力，还是要明确球的运动状态即求出加速度a。
解析：据题意可知，座舱经历了如下两个运动阶段：以竖直向下为正方向
第一阶段：自由落体运动，v0=0,加速度ｇ=10ｍ/ｓ2，h1=76m-28m=48m，末速度v
第二阶段：匀减速直线运动，初速度v, vt=0,加速度大小用a表示，方向竖直向上
h2=28m
（1）当座舱落到离地高度40ｍ左右的位置时，座舱及座舱里的人和铅球均自由落体运动，处完全失重状态，铅球对手无压力，则手没什么感觉。
（2）当座舱舱落到离地高度15ｍ左右的位置时，座舱及座舱里的人和铅球都做匀减速直线运动，以铅球为研究对象，对其进行受力分析，如图所示
由牛顿第二定律可知，F-mg=ma
而v2=2ah2
在第一阶段中，v2=2gh1
联立以上三式，代入数据，解得F=950/7N≈136N
三、归纳总结：求解动力学问题的一般步骤
牛顿第二定律反映了物体的质量、加速度和合力三者之间的关系，而加速度可以看成是运动的特征量，所以说加速度是连接力和运动关系的纽带和桥梁，是解决动力学问题的关键。一般步骤如下：
（1）选取研究对象：一般情况下会涉及两个或两个以上的物体，通常选取与已知量相对牵连较多的那个物体为研究对象。
（2）分析物体受力情况、运动情况：画出各物理过程中的示意简图，分析研究对象在各个过程中的受力情况及运动情况，指明各个物理过程中加速度方向、速度方向，判断物体是做加速直线运动，还是做减速直线运动。
（3）建立直角坐标系，选取正方向：一般选取初速度方向或加速度的方向为正方向，
（4）统一单位，列方程：物理公式既反映了各物理量之间的数量关系，同时也确定了各物理量的单位关系，在一个方程或一组方程中必须使用统一的单位。加速度是求解牛顿运动定律问题的关键，它是连接动力学和运动学的桥梁，要以加速度为核心，列出各个物理过程中的动力学方程或运动学方程。
（5）代入数值求解，检验结果，把不合题意的结果舍去。
四、巩固应用
演示四、多媒体播放跳伞表演录像
问题4、跳伞运动员做低空跳伞表演，当飞机离地面224m处时，运动员离开飞机做竖直方向的自由落体运动，运动一段时间后，立即打开降落伞，展伞后运动员的降落可看作竖直方向的匀减速运动，加度度为12.5m/s2,为了运动员的安全，要求运动员落地速度最大不得超过5ｍ/ｓ，ｇ取10ｍ/ｓ2。问：
（1）运动员展伞时，离地面的高度至少为多少？
（2）运动员在空中的最短时间为多少？
先由学生分析、思考，在黑板演算得出解题过程，再由学生自评、互评、讨论、交流，教师最后进行评价、小结，强调解题关键及解题的一般步骤。
教学评价与反思
本节课教学中，通过多媒体录像将生活与科技中的典型实例展示在学生面前，从这些实例中提取出相应的物理模型，把握其物理本质，学生显示出浓厚的兴趣，参与讨论的积极性也高，本节课的教学目标基本达到。
在比较枯燥的物理复习中，教师要让学生学得轻松，快乐地投入，以此提高教学质量，达到教学效果。按照普通高中教育的培养目标，要使学生具有终身学习的愿望和能力，掌握适应时代发展需要的基础知识和基本技能，学会收集、判断和处理信息，具有初步的科学与人文素养、环境意识、创新精神与实践能力。无论是短期目标，还是长远目标，都需要教师不断地观察思考，勇于尝试与实践。
学生讨论、表述，教师适时指导，确定解题方法。
寻找物理模型
建立情景
审
题
多媒体播放有关视频，激发学生兴趣
师生交流总结
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