重力與重心教案

1、教育實(shí)習(xí)教案 學(xué)院 物理與能源學(xué)院 專業(yè) 物理學(xué) 實(shí)習(xí)生陳金瑩 學(xué)號(hào) 135012014042 本校指導(dǎo)教師 林欽 實(shí)習(xí)學(xué)校指導(dǎo)教師 劉玉樹 原任課教師劉玉樹 2017 年 10 月 13 日 （星期 五 ） 第 八 節(jié)課（本人本次實(shí)習(xí)第 2 個(gè)教案）課題：重力與重心課時(shí)安排：1課標(biāo)要求：通過(guò)史實(shí)，了解伽利略研究自由落體運(yùn)動(dòng)所用的實(shí)驗(yàn)和推理方法三維目標(biāo)知識(shí)與技能：1、知道力的基本概念和性質(zhì)，作用效果2、會(huì)畫力的示意圖3、知道重力的概念4、知道重力的大小和方向。會(huì)用公式Gmg（g9.8N/kg）計(jì)算重力。5、知道重心的概念以及均勻物體中心的位置6、知道重心與穩(wěn)定的關(guān)系。過(guò)程與方法：1、通過(guò)具體的

2、例子，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析物體的受力情況，并能夠畫出力的圖示和力的示意圖。2、讓學(xué)生自己動(dòng)手，找薄板的重心培養(yǎng)學(xué)生自己動(dòng)手探究的能力。3、通過(guò)“重心”的概念，讓學(xué)生知道等效代替是研究物理學(xué)的一種方法。情感、態(tài)度與價(jià)值觀：通過(guò)課本內(nèi)容的完成，讓學(xué)生自己動(dòng)手、動(dòng)腦、觀察、教育學(xué)生在日常生活當(dāng)中多觀察、多分析、看問題不要片面。從實(shí)際的物理情景出發(fā)，養(yǎng)成一種科學(xué)分析問題的習(xí)慣。教學(xué)重點(diǎn)：1、力的圖示。2、重力的大小和方向； 3、Gmg中各個(gè)量的關(guān)系和變化 4、重心的概念教學(xué)難點(diǎn)：1、力的圖示。2、“重心”概念的理解 3、“重心”不一定在物體上的理解。教學(xué)輔助手段：教具，多媒體教學(xué)過(guò)程：1、 新課導(dǎo)入：自然

3、界中的力現(xiàn)象無(wú)處不在（圖片）師：同學(xué)們好，這次課我們開始新一章的學(xué)習(xí)，首先是第一節(jié)，重力與重心。這節(jié)課要求同學(xué)們明確力的概念，學(xué)會(huì)如何表示力，理解重心的概念，會(huì)求重力的大小。首先來(lái)解決第一個(gè)問題，力的概念。生活中與力有關(guān)的現(xiàn)象無(wú)處不在，把面包捏變形需要力氣，把足球踢飛也需要用力，那么我們常說(shuō)的力，到底是什么呢？初中已經(jīng)學(xué)過(guò)力這一概念了，同學(xué)們一起來(lái)說(shuō)一下。2、 力是什么？1.力的概念：生：力是物體與物體之間的相互作用.師：我們物理學(xué)中力用符號(hào)F來(lái)表示力，單位為牛頓，簡(jiǎn)稱牛，符號(hào)N2.力的性質(zhì)力的物質(zhì)性：師：既然力是物體與物體之間的相互作用，那么力就不能離開物體而獨(dú)立存在，但并不是說(shuō)兩個(gè)物體要直

4、接接觸才會(huì)產(chǎn)生力的作用，而是每個(gè)力都必須同時(shí)聯(lián)系兩個(gè)物體，即施力物體和受力物體。比如磁鐵間的相互作用，這兩個(gè)磁鐵間沒有直接接觸也會(huì)有力的作用，但是當(dāng)我把其中一個(gè)磁鐵拿走時(shí)，力就消失了，這就是力的物質(zhì)性。力的相互性：師：與此同時(shí)，條形磁鐵對(duì)u型磁鐵有力的作用，u型磁鐵對(duì)條形磁鐵也會(huì)有力的作用，這兩個(gè)力總是成對(duì)出現(xiàn)的，同時(shí)產(chǎn)生，同時(shí)消失，那么對(duì)于這兩個(gè)磁鐵來(lái)說(shuō)，他們既是施力物體同時(shí)也是受力物體。我們?cè)谘芯繂栴}時(shí)，以誰(shuí)為研究對(duì)象，誰(shuí)就是受力物體。力的矢量性：師：我們知道，力有大小，有方向，是一個(gè)矢量。3.力的作用效果：是物體發(fā)生形變，使物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變。師：這就是力的三個(gè)性質(zhì)，那么力作用在物體

5、上會(huì)有什么樣的效果呢？力作用在面包上，師面包發(fā)生了形變，作用在足球上，使它從動(dòng)到靜，又從靜到動(dòng)，使它的運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生了改變。這就是力的兩個(gè)作用效果。4.力的三要素師：我們知道，用腳踢足球時(shí)，足球因受到腳施加的力而飛出去，用力的大小不同，球飛出的遠(yuǎn)近就不同；用力的方向不同，足球飛出的方向就不；擊球的部位，即作用點(diǎn)不同，球的旋轉(zhuǎn)效果也會(huì)有不同，因此光知道力有大小，方向還不夠，作用點(diǎn)不同的力對(duì)物體的作用效果也不同，這三個(gè)因素稱作力的三要素。這三個(gè)因素影響著力的作用效果，所以要完整的表示一個(gè)力，必須包含這三個(gè)因素。5.力的表示方法師：力是一個(gè)比較抽象的概念，那我們可以用力的示意圖和力的圖示把它們表示出來(lái)

6、。來(lái)看一個(gè)具體的例子（1） 力的示意圖：用一條帶有箭頭的線段來(lái)表示力的方向和作用點(diǎn)力的方向：箭頭的指向力的作用點(diǎn)：箭尾力的作用線：箭頭所在直線如圖，靜止在水平地面上的物體由于受到了大小為25N的拉力的作用而運(yùn)動(dòng)起來(lái)師：請(qǐng)一位同學(xué)來(lái)畫出力的示意圖。同學(xué)演示1. 師：我們可以發(fā)現(xiàn)，力的示意圖用一根箭頭表示力，箭頭的指向表示力的方向，箭尾表示力的作用點(diǎn)，箭頭所在的直線為力F的作用線，只畫出了力的方向和大小，表示物體在該方向上受到了力的作用。對(duì)于力的作用點(diǎn)，當(dāng)物體可以看作一個(gè)質(zhì)點(diǎn)時(shí)，力的作用點(diǎn)可以移到物體的中心位置（2）力的圖示：用一根帶箭頭的線段把力的三要素表示出來(lái)的方法叫做力的圖示。力的大?。壕€段

7、的長(zhǎng)短力的方向：箭頭的指向力的作用點(diǎn)：箭尾師：那老師現(xiàn)在介紹一個(gè)力的示意圖的進(jìn)階版本力的圖示，可以同時(shí)表示出力的大小，方向，作用點(diǎn)。同樣以F=25N的拉力為例，首先根據(jù)力的大小選取合適的標(biāo)度，拉力的大小為25N，我取1cm代表5N的力，那么線段的長(zhǎng)度應(yīng)為5cm；然后確定力的作用點(diǎn)，用箭尾表示；從力的作用點(diǎn)沿力的方向畫一條長(zhǎng)為5cm的線段表示力的大小，并且在線段上加上刻度；然后在線段的一端加上箭頭表示力的方向，注意箭頭不要超過(guò)線段的長(zhǎng)度范圍；最后不要忘記標(biāo)出力的符號(hào)。這樣力的三要素都被包含在力的圖示中了。這里有幾個(gè)需要注意的是，選取的標(biāo)度要使得刻度在2-5段之間，最好也不要出現(xiàn)半個(gè)刻度的情況。箭

8、頭不能超過(guò)末端的刻度范圍。師：力的示意圖和力的圖示都把力這一抽象的矢量翻譯成了幾何語(yǔ)言，區(qū)別在于力的圖示能精確的表示力的數(shù)值大小，而力的示意圖只能大致的箭頭的長(zhǎng)短大致的判斷力的大小關(guān)系，所以力的圖示常常用于作圖法解決力的問題，力的示意圖常用于關(guān)于分析物體的受力情況。學(xué)習(xí)了里的表示方法之后我們來(lái)現(xiàn)學(xué)現(xiàn)用。例：物體A對(duì)B的壓力是20N，如圖所示,試畫出這個(gè)力的圖示和力的示意圖。點(diǎn)評(píng)。2、 重力1. 定義：物體由于地球的吸引而受到的力叫做重力，也叫物重，用符號(hào)G表示。師：學(xué)習(xí)了力的幾個(gè)基本概念和表示方法之后，我們來(lái)學(xué)習(xí)一種常見的力重力。我們跳起來(lái)總會(huì)落回地面，懸掛的繩子靜止時(shí)，總會(huì)指向地面。這都是因

9、為它們受到了重力的作用。我們知道重力是由于地球的吸引而使物體受到的力，簡(jiǎn)稱物重，用符號(hào)G表示，為非接觸力。其實(shí)一切物體之間都存在著這種相互吸引的力，這種力叫做萬(wàn)有引力。地球也不例外，地球會(huì)吸引地面和地面附近的物體，使它們受到了重力的作用，但重力其實(shí)并不等于萬(wàn)有引力，只是萬(wàn)有引力的一部分，所以重力一般會(huì)略小于萬(wàn)有引力，至于什么情況下萬(wàn)有引力會(huì)等于重力，在后面的學(xué)習(xí)中我們?cè)俳忉尅Ｒ虼税?，重力的施力物體就是地球，受力物體呢？生：地球上的一切物體師：沒錯(cuò)，這里要注意到的是，不管物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)如何，不管有無(wú)生命，不管質(zhì)量大小如何，都要受到重力的作用。2.重力的三要素師：對(duì)于重力的學(xué)習(xí)，我們?nèi)匀粡乃娜?/p>

10、素出發(fā)。首先是重力的方向。（1）方向：豎直向下師：我們知道重力的方向總是豎直向下的，那能不能說(shuō)成垂直向下或者垂直地面向下呢？生：不能師：沒錯(cuò)，垂直向下。指的是垂直支持面向下；而支持面和地面有可能不是水平面。師：我們生活中利用重力的方向始終豎直向下這一性質(zhì)制成了重錘線。用于檢查墻體砌得直不直。重錘線是一根末端系有一個(gè)重錘的細(xì)線，當(dāng)細(xì)線懸掛處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，重錘受到的重力與拉力是一對(duì)平衡力，所以拉力也是處于豎直方向上的，而省的拉力總是沿著繩的方向，因此繩在懸掛靜止時(shí)總是沿豎直方向的。那么當(dāng)重錘線與靠在墻邊時(shí)，如果墻跟繩子平行，就說(shuō)明墻是直的，否則就是歪的。（3） 大?。篏=mg師：接下來(lái)我們看重力的

11、大小，對(duì)于一個(gè)力的大小，實(shí)驗(yàn)室中可以用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)得。當(dāng)彈簧測(cè)力計(jì)吊起物體靜止時(shí)，物體對(duì)測(cè)力計(jì)的拉力等于物體受到的重力大小。體檢時(shí)，我們用磅秤測(cè)體重，工業(yè)上用的電子吊秤，市場(chǎng)上的電子秤，但是它們一般顯示出來(lái)的是物體的質(zhì)量還是重力大?。可嘿|(zhì)量師：沒錯(cuò)，但其實(shí)市面上測(cè)質(zhì)量的器材都是利用二力平衡的原理，將重力轉(zhuǎn)化為壓力信號(hào)，然后在內(nèi)部進(jìn)行數(shù)據(jù)處理轉(zhuǎn)化成質(zhì)量大小，然后將結(jié)果輸送到顯示屏上。師：或者我們也可以直接計(jì)算重力的大小，初中時(shí)我們已經(jīng)學(xué)過(guò)的重力大小公式大家還記得么？生：G=mg師：沒錯(cuò)，m為物體的質(zhì)量，即所含物質(zhì)的多少，為標(biāo)量，只有大小。質(zhì)量是物質(zhì)的一種基本屬性，物質(zhì)不變，質(zhì)量就不變，與外界條

12、件無(wú)關(guān)。g為比例系數(shù)，一般取9.8N/kg，方向豎直向下。這個(gè)比例系數(shù)的物理意義是什么？生：質(zhì)量為1kg的物體的受到的重力大小為9.8N。師：沒錯(cuò)，那大家有沒有發(fā)現(xiàn)這個(gè)數(shù)值的大小和我們上一章中學(xué)過(guò)的重力加速度的值是一樣的，只不過(guò)重力加速度是9.8m/s2,表示的是物體自由下落過(guò)程中速度變化的快慢。物理學(xué)當(dāng)中對(duì)于符號(hào)的使用是非常嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?，但它們卻使用一樣的符號(hào)，那老師在這里提示你們，這里的比例系數(shù)實(shí)質(zhì)上就是重力加速度，至于為什么會(huì)存在這種形式上的不同，當(dāng)我們學(xué)到第六章的牛頓第二定律再來(lái)詳盡地解釋。師：既然比例系數(shù)是重力加速度，那它的值就不可能是恒定不變的，而是要受到星球，緯度，海拔高度的影響。在不

13、同的星球，g值不同，比如月球上的重力加速度的值就大概只有地球上的六分之一；同一星球上，比如地球，緯度不同的地區(qū)，g值不同，維度越高g值越大，同一緯度，海拔不同的地區(qū)，g值也不同，海拔越高，g值越小。所以我們就得到這樣一個(gè)結(jié)論：物體不變，質(zhì)量不變，重力會(huì)隨g值的變化而改變。（3） 重力的等效作用點(diǎn)：重心1 重心的概念師：最后是重力的等效作用點(diǎn)，老師以一串葡萄為例。其實(shí)這串葡萄上的每一顆葡萄都會(huì)受到重力的作用，這樣去研究它受到的重力情況顯然就太復(fù)雜了，這個(gè)時(shí)候我們可以把物體的各部分受到的重力視為集中作用于一點(diǎn)，這一點(diǎn)就是重力的集中作用點(diǎn)，叫做物體的重心。關(guān)于物體重心的概念可能比較抽象，那么我們來(lái)觀

14、看一個(gè)小視頻。重心的講解視頻2 重心的位置師：從視頻中我們只知道啊，重心其實(shí)就是一個(gè)重力的等效作用點(diǎn)，關(guān)鍵就在于對(duì)這個(gè)等效的理解，它是對(duì)重力的作用效果而言的，因此重心不是重力實(shí)際作用的點(diǎn)，也不是物體上最重的點(diǎn)，更不是地球只吸引那一點(diǎn)。需要注意的是，每一個(gè)物體都有重心，并且只有一個(gè)重心。視頻中說(shuō)到，質(zhì)地均勻的，形狀規(guī)則的物體的重心就在他的幾何中心。其實(shí)質(zhì)地均勻指的是質(zhì)量分布均勻。這類物體的中心分布只與物體的形狀有關(guān)，如果物體的形狀是規(guī)則規(guī)的，比如中心對(duì)稱或者軸對(duì)稱的物體，它們的重心就在它們的幾何中心。比如圓盤的重心在它的圓心，球體的重心就在其球心，軸對(duì)稱的圓柱體，重心就在其對(duì)稱軸的中點(diǎn)。同學(xué)們仔

15、細(xì)觀察下面這一組圖，然后思考這一問題：重心一定在物體上么？生：不一定師：可以看到，圓環(huán)的重心在其圓心，并不在圓環(huán)上，而籃球的重心在其球心，但籃球內(nèi)部為空氣，所以重心也不在籃球上。所以物體的重心既可以在物體上也可以不在物體上。那對(duì)于質(zhì)量分布均勻，形狀不規(guī)則的薄板，可以用懸掛法來(lái)尋找。先在A點(diǎn)把薄板懸掛起來(lái)，薄板靜止時(shí)，薄板所受的重力與懸繩的拉力在同一豎直線上，所以薄板的重心一定在通過(guò)A點(diǎn)的豎直線AB上。然后在C點(diǎn)把薄板懸掛起來(lái)，同理知，薄板的重心一定在通過(guò)C點(diǎn)的豎直線CD上，兩條線的交點(diǎn)O即為薄板的重心位置。這里要注意的是，懸掛法只能確定薄板的位置。質(zhì)量分布不均勻的物體，重心的位置不但與形狀有關(guān)

16、，還與物體的質(zhì)量分布情況有關(guān)，只能通過(guò)實(shí)驗(yàn)或者數(shù)學(xué)運(yùn)算求得，這種情況比較復(fù)雜，我們?cè)谶@里就不介紹了。師：同學(xué)們思考一下，物體的重心能不能改變呢？老師這里有一個(gè)柔軟質(zhì)地均勻的鋼尺，當(dāng)它展平的時(shí)候，重心在哪呢？生：鋼尺的中心師：那老師把它彎成一個(gè)圓環(huán)，此時(shí)它的重心位置在哪呢？生：在他的圓心位置師：對(duì)，此時(shí)重心就不在物體上了，所以當(dāng)物體的形狀發(fā)生改變時(shí)，物體的重心位置就會(huì)發(fā)生改變。其實(shí)當(dāng)物體的質(zhì)量分布發(fā)生變化時(shí)，物體的重心位置也會(huì)發(fā)生改變，例如，在裝一桶水時(shí)，卡車的重心位置比較靠前，水桶慢慢裝上去時(shí)，卡車的重心位置越來(lái)越靠后。因此物體形狀和質(zhì)量分布發(fā)生變化是，都會(huì)影響物體的重心位置。3 重心與穩(wěn)度師

17、：知道物體的重心位置有什么用呢？在回答這個(gè)問題之前呢，我們先來(lái)做一個(gè)小實(shí)驗(yàn)。紙板上有三個(gè)底面積一樣，高度不同的長(zhǎng)方體紙箱，質(zhì)量分布均勻，那么他們的重心位置應(yīng)該在？生：它們的中心位置師：沒錯(cuò)，那老師為了方便你們觀察，把重心的高度用藍(lán)色的筆標(biāo)出來(lái)了，最高的長(zhǎng)方體的重心位置最高，最矮的那個(gè)重心最低。當(dāng)我把紙箱緩緩傾斜時(shí)，同學(xué)們注意觀察紙箱的傾倒情況。老師演示生：最高的紙箱最先傾倒，最矮的紙箱最后傾倒。師：這說(shuō)明重心越低，物體越穩(wěn)定。利用物體的這一性質(zhì)，我們經(jīng)常會(huì)改變物體的形狀或者質(zhì)量分布情況以降低它們的重心，提高物體的穩(wěn)定性。世界最高樓迪拜塔就是利用這一原理建造而成的。迪拜塔高822米，可能同學(xué)們沒

18、有什么概念，我們可以觀察到他周圍有一些比較低矮的建筑，但是你知道么，這些“低矮”的建筑是四五十層樓高的摩天大樓，由此可知如此高聳入云的建筑是多么的巧奪天工，為了保持它的穩(wěn)定，迪拜塔做成了下大上尖的形狀，這樣可以大幅度的降低它的重心，穩(wěn)定性得到大大的提高。師：老師再演示一遍，同學(xué)們注意觀察，當(dāng)我開始傾斜紙板時(shí)，紙箱立刻就傾倒了么？生：沒有師：可以看到，紙箱在傾斜的過(guò)程中是有維持了一段時(shí)間的穩(wěn)定的。那它們什么時(shí)候會(huì)傾倒呢？生：當(dāng)紙板傾斜到了某一程度時(shí)師：某個(gè)程度？紙箱傾倒臨界條件是什么呢？我們來(lái)分析一下紙箱在傾斜過(guò)程中的重力作用線的變化，紙箱的支持面始終為它的底面，當(dāng)紙板還沒傾斜時(shí)，紙箱的重力作用

19、線落在支持面的中心，紙箱慢慢傾斜，重力作用線逐漸偏離支持面的中心，直到重力作用線與支持面的邊界相切，此時(shí)紙箱仍未傾倒，當(dāng)我給紙箱再增加一微小的傾斜，重力作用線就落在了支持面外，紙箱就翻倒了。所以物體不發(fā)生翻倒應(yīng)保證重力作用線在支持面內(nèi)。師：物體翻倒后處于上圖所示的狀態(tài)下，可以發(fā)現(xiàn)這三個(gè)紙箱的高度是一致的，但支持面的大小不一樣，老師在這個(gè)狀態(tài)下將紙板再次從水平狀態(tài)慢慢傾斜，同學(xué)們覺得會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象呢？生：三個(gè)紙箱同時(shí)翻倒師：真的么？那老師來(lái)演示，注意觀察，神奇的事情發(fā)生了生：支持面最小的那個(gè)紙箱先翻倒師：沒錯(cuò)，而且支持面最大的那個(gè)直到非常傾斜之后才翻倒的。這是為什么呢？能不能利用剛才的知識(shí)解答呢

20、？生：支持面最小的紙箱的重力作用線最先超過(guò)他的支持面。師：沒錯(cuò)，支持面最大的紙箱的重力作用線最靠里，最不容易落在支持面外，支持面最小的紙箱重力作用線最容易落在支持面外，因此最容易翻倒。物體的這一性質(zhì)常用于檢查雙層公交的穩(wěn)定性測(cè)試，公交車若遇到路邊兩側(cè)高低不一致時(shí)容易翻倒，我們?cè)谥圃旃粫r(shí)應(yīng)使它的重力作用線不輕易超過(guò)他的支持面，可以通過(guò)降低車子的重心或者增大兩側(cè)輪子的軸距來(lái)實(shí)現(xiàn)，但路北面的寬度是一定的，車子的軸距不可能做到很寬，因此我們應(yīng)盡量降低物體的重心，因此公交一般都沒有做的很高。我們來(lái)總結(jié)一下重心與物體的穩(wěn)定度的關(guān)系：重心的高低影響物體的穩(wěn)定，重心越低，物體的穩(wěn)定性越高物體不翻倒的條件：重力作用線在支持面內(nèi)師：課上了那么久，同學(xué)們也累了，那我們來(lái)做一個(gè)趣味的實(shí)驗(yàn)放松一下。這個(gè)實(shí)驗(yàn)名字叫做會(huì)爬坡的錐體。這是一個(gè)兩端高度不一致的導(dǎo)軌，并且越往上導(dǎo)軌越寬（展示導(dǎo)軌的正面與側(cè)面）。這是一個(gè)質(zhì)地均勻，形狀規(guī)則的錐體，那么他的重心應(yīng)該在他的幾何重心，就是在這個(gè)錐體軸線的中點(diǎn)處，當(dāng)我把錐體放在導(dǎo)軌的低處，會(huì)發(fā)生什么樣的現(xiàn)象呢？生：會(huì)往上爬！師：看來(lái)同學(xué)們有去科技館看過(guò)這個(gè)裝置了，我們一起來(lái)看一下是否是那么神奇呢？錐體慢慢爬上去了。師：為什么錐體會(huì)往上爬呢？難道它竟然是反重力的么？其實(shí)不是，我們都被這個(gè)導(dǎo)軌欺騙了。（flash動(dòng)畫演示錐體爬坡城中的重心變