《重力基本相互作用》教学设计

2016-04-07陈小军

中学物理·高中 2016年3期

关键词：示意图贺卡重力

陈小军

引课

师：同学们，第一章我们学习了描述运动的几个物理量，有了第一章的基础，我们在第二章中研究了一种简单又常见的变速运动模型——匀变速直线运动.其实研究运动是研究自然的开始，请同学们再次阅读一下课本第8页最上面亚里斯多德的一句名言：

“不了解运动，就不了解自然”.

当我们对运动有了基本的了解以后，我们自然会想，物体为什么会这样运动？怎么样可以改变物体的运动等问题，同学们是不是？（稍思考后）现在请同学们读一下课本第50页最上面恩格斯的一句名言：

“……自然科学证实了…交互作用是事物的真正的终极原因”.

同学们猜想一下，恩格斯提到的“交互作用”我们如果抽象为一个概念，这个概念就是什么？

生：“力”.

师：说得很好，今天开始我们就来学习物体的“相互作用”.

师：这节课要讲的内容，同学们很多初中已学过一些，我们通过回忆、思考、观察、实验等途径构建新的认知.

1 力的概念

师：我请几个同学谈谈你们对力的概念的已有认识，什么是力？

生：力是物体与物体之间的相互作用.

情景：观看足球运动视频（包括角球、传球、射门、守门员接住球、头球射门进球），演示物体的形变.

问题1 物体的运动状态和形状为什么会发生变化？

生：是其他物体与这个物体相互作用的结果，即力作用的结果.

师总结：力的作用效果：（1）改变物体运动状态；（2）使物体发生形变.

问题2 力能离开物体而独立存在吗？

生：力不能离开物体而独立存在，一个必然联系着两个物体：受力物体、施力物体.

情景：教师拍桌子，问谁是施力物体？学生可能回答手.双手对拍，问谁是施力物体？学生会反思，双手都是施力物体，之前桌子也是施力物体.

师总结：研究对象——受力物体，另一个物体——施力物体.

问题3 如图1小车受两个弹簧示数相同.这两个力相同吗？

生：不同，因为方向不同：

师：对，像力这样有大小方向的量叫矢量，通过初中的学习我们知道，力有三要素：大小、方向、作用点.

师生共同补充：力的单位；力的测量工具；力是矢量；力的三要素等.

问题4 我们可以怎样把力的三要素形象的表示出来呢？

生：力的图示.

2 力的图示和力的示意图

师：力是一个很抽象的概念，物理学中常用“图”直观而形象地来反映抽象的事物，我们在初中已学过，根据需要我们可以用力的图示或力的示意图来表示具体的力，谁能讲一下力的图示和力的示意图有什么区别？

生：力的图示是用一根带箭头的线段来准确表示力的三要素.力的示意图只要求在图中准确画出力的方向，表达出物体在这个方向受力即可，不要求准确画出力的大小.

教师出示练习：铁锤对钉子竖直向下的打击力为400 N，请做出该力的图示.

师：请两位同学在黑板上作出这二个力的图示，另一位同学在黑板上作出这二个力的示意图，其它同学自己做一下.

学生完成后，教师作点评总结如下，达到规范和巩固.

作力的图示的步骤：

（1）确定受力物体：用方框或点表示.

（2）选定标度：一般使力的大小是标度的整数倍.

（3）确定力的作用点：一般画在方框的中心.

（4）从力的作用点沿力的方向画一条线段，长度根据力的大小和标度画.

（5）在线段上加箭头表示方向：箭头或箭尾表示力的作用点.

（6）同一物体受多个力时，只能选用同一个标度画力的图示.

3 重力

师：重力对大家也是很熟悉的，请同学回答一下什么叫重力？

生：重力是由于地球的吸引而使物体受到的力.

师：请大家仔细体会上面这句话，请问：重力是不是就是地球的吸引力？重力大小与地球的吸引力大小相等吗？

生：迷惑.

师：上面这句话只说明重力是由于地球的吸引引起的，后面的学习我们会知道重力与地球的吸引力还是有区别的.

师：我们在初中科学中也学习重力大小的计算公式是G=mg，在同一地点，重力G与质量m成正比；同一物体，在不同地点所受的重力可能不同，这里的g初中时我们学过是一个比例常数，g=9.8 N/kg，第四章学了以后我们会知道g就是前面学过的自由落体加速度.

师：地球表面不同的纬度g不同，g还会随着高度的变化而变化，谁知道它们之间的定性关系？

生：随地理纬度的增加而增大，随离地高度的增加而减小.

师：很好，不过这种差异很小，我们知道赤道大约为9.78 N/kg，两极大约为9.83 N/kg，如果地球上某位置=9.8 N/kg，计算后发现，那么比这位置高10000米（民航飞机的飞行高度大约为10000米左右）的另一位置g约为9.77 N/kg，所以一般在地面附近不太大的范围内，可认为g的大小恒定不变.

师：请一位同学讲讲重力的方向.

生：竖直向下.

师：怎么样才算是竖直向下？能否用实验给同学们演示一下竖直向下是什么方向？与垂直向下有什么区别？

生：与水平面垂直向下.一条细线挂一个重物，静止时，细线的方向就是竖直方向.

师：重力方向在生活中有很多应用，砌墙、挂画等都要用到重垂线.那么请问，宁波的重力方向与北京的重力方向平行吗？重力的方向是否就是指向地球地心的方向？

生：学生讨论后得到地球上不同位置的重力方向不平行，重力的方向也并不一定指向地球心（教师作些适当说明）.

师：一个物体的各部分都受到重力，这样就无法画出重力的受力图，为了方便，我们可以认为各部分受到的重力都集中作用于一个点，这一点就是重心.请同学们把书本上关于重心概念的一句话划起来，重心是一个等效作用点，（出示一张做过手脚的贺卡和一张没有做过手脚的贺卡）同学们能不能猜想[HJ0.95mm]一下贺卡的重心？如何用实验帮我确定一下贺卡的重心？

生：对角线交点，可以用悬挂法（对不清楚的同学可以让同学们看一下书本做一做）.

师：请四个同学二组上讲台来演示这个实验，最后发现实验得到一张贺卡的重心正好在对角线交点，另一张贺卡的重心严重偏离对角线交点，请同学们分析一下原因.

生：质量分布不均匀.

师：请一个同学拆开来看一下.的确如此，重心严重偏离对角线交点的边缘藏了一把钢尺，看问题不能总是光看表面，亲自做过的才能相信.

师：重心一定在物体上吗？

生：不一定，重心可能在物体之外，列举相关事例，比如背越式跳高.

下面再给同学们做一个实验，（教师出示自制欹器），简要介绍结构后，让同学们观察欹器结构，慢慢注入水，直到倾翻，问同学们，同学们知道这叫什么仪器吗？

虚而欹，中而正，满而覆.

生：个别同学可能知道，但不能正确叫出名了.

师：看了这个实验以后同学们有什么启示？

德育渗透：给同学们讲孔子的故事.要同学们正确对待人生.

师：请同学们继续思考，从物理角度，请一个同学分析一下，水注满后倾翻的原因.