勻速圓周運(yùn)動
一、教學(xué)目標(biāo)：
1.知道什么是勻速圓周運(yùn)動
2.了解什么是線速度、角速度和周期
3.理解線速度、角速度與周期的關(guān)系
2、教學(xué)重點(diǎn)：
1.了解線速度、角速度和周期
2.什么是勻速圓周運(yùn)動？
3、線速度、角速度與周期的關(guān)系
3、教學(xué)難點(diǎn)：
了解勻速圓周運(yùn)動是變速運(yùn)動
4、教學(xué)方法：
講授、推理和歸納
五、教學(xué)步驟：
導(dǎo)入新課程
(1)物體的運(yùn)動軌跡是圓。 這種運(yùn)動很常見。 同學(xué)們可以舉一些例子嗎？ （例如：旋轉(zhuǎn)的電風(fēng)扇上各點(diǎn)的運(yùn)動、地球及各行星圍繞太陽的運(yùn)動等）
（2）今天我們來學(xué)習(xí)最簡單的圓周運(yùn)動，勻速圓周運(yùn)動
新課程教學(xué)
(1) 用幻燈片展示本課的學(xué)習(xí)目標(biāo)
1.理解線速度和角速度的概念
2.理解線速度、角速度與周期的關(guān)系
3.理解勻速圓周運(yùn)動是變速運(yùn)動
（二）完成學(xué)習(xí)目標(biāo)的過程
1、勻速圓周運(yùn)動
（1）利用多媒體投射一個粒子做圓周運(yùn)動，并以相等的時間經(jīng)過相等的弧長。
(2)并給出定義：粒子沿圓周運(yùn)動。 如果在相等的時間內(nèi)經(jīng)過的圓弧長度相同，則這種運(yùn)動稱為勻速圓周運(yùn)動。
（3）舉例：播放一段視頻，讓學(xué)生感知：電風(fēng)扇轉(zhuǎn)動時，其上各點(diǎn)的運(yùn)動，以及地球和各行星繞太陽的運(yùn)動，都被認(rèn)為是勻速圓周運(yùn)動。
(4)通過計(jì)算機(jī)模擬：兩個物體都做圓周運(yùn)動，但速度不同。 這種轉(zhuǎn)變引入了下一個問題。
2.描述勻速圓周運(yùn)動速度的物理量
(1)線速度
a：分析：當(dāng)物體做勻速圓周運(yùn)動時，運(yùn)動的時間t增加幾倍，其經(jīng)過的圓弧長度也增加幾倍。 因此，對于某種勻速圓周運(yùn)動，s與t的比值越大，物體的運(yùn)動速度就越快。
b：線速度
1）線速度是物體做勻速圓周運(yùn)動的瞬時速度。
2）線速度是一個矢量，既有大小又有方向。
3）線速度的大小
4）線速度方向?yàn)閳A周上各點(diǎn)的切線方向
5）討論：勻速圓周運(yùn)動的線速度恒定嗎？
6）求得：勻速圓周運(yùn)動是一種非勻速運(yùn)動，因?yàn)榫€速度的方向時刻在變化。
(2) 角速度
a：學(xué)生閱讀課文的相關(guān)內(nèi)容
b：顯示閱讀問題
1）角速度是一個物理量，表示為
2) 角速度等于
3）角速度的單位是
c: 解釋：對于某個勻速圓周運(yùn)動，角速度是恒定的
d：強(qiáng)調(diào)角速度單位rad/s的寫法
(3)周期、頻率、速度
a：學(xué)生閱讀課文的相關(guān)內(nèi)容
b：顯示閱讀問題：
1）這叫周期，這叫頻率； 這就是所謂的速度
2）它們代表什么字母？
3）它們的單位是什么？
c 讀完后，學(xué)生應(yīng)自己重復(fù)上述問題。
(4)線速度、角速度與周期的關(guān)系
a：過渡：既然線速度、角速度、周期都是用來描述勻速圓周運(yùn)動速度的物理量，那么它們之間有什么關(guān)系呢？
b：用幻燈片呈現(xiàn)思考問題
物體做半徑為r的勻速圓周運(yùn)動
1）運(yùn)動一周所需要的時間稱為T，用T表示。它在T周期內(nèi)旋轉(zhuǎn)的弧長為，由此可知它的線速度為。
2) 周期T內(nèi)旋轉(zhuǎn)的角度為，物體的角速度為。
c：通過思考問題總結(jié)：
d：討論
1）當(dāng)v一定時，與r成反比
2）當(dāng)一定且v與r成正比時
3）當(dāng)r一定時，v與
(3) 實(shí)例分析（以幻燈片呈現(xiàn)）
例1：分析下圖中A、B點(diǎn)線速度的關(guān)系？
分析表明，當(dāng)主動輪通過皮帶、鏈條、齒輪等帶動從動輪時，皮帶（鏈條）上各點(diǎn)和兩輪邊緣的線速度相等。
例2：分析以下情況，車輪上各點(diǎn)的角速度之間有什么關(guān)系？
分析表明，同一輪上各點(diǎn)的角速度相同。
3、鞏固培訓(xùn)
使用電腦進(jìn)行練習(xí)，并進(jìn)行動機(jī)評估和升級培訓(xùn)
(1) 填空
1、做勻速圓周運(yùn)動的物體的線速度始終不改變，所以線速度是（填常數(shù)或變數(shù)），所以勻速圓周運(yùn)動中，勻速的含義是。
2.對于勻速圓周運(yùn)動的物體，哪些物理量是確定的？
(2)電鐘上秒針、分針、時針的長度比為d1:d2:d3=1:2:3。 尋找
A：秒針、分針、時針尖端線速度之比
B：秒針、分針、時針的角速度之比。
（3）師生共同回答對教材該部分內(nèi)容的反思和討論。
六、總結(jié)
1.什么是勻速圓周運(yùn)動？
2.描述勻速圓周運(yùn)動速度的物理量有哪些？ 分別解釋它們的含義和求解公式，以及它們之間的聯(lián)系。
運(yùn)動的合成與分解
【教學(xué)目標(biāo)】：
1. 知識目標(biāo)
1.理解組合運(yùn)動和部分運(yùn)動的概念；
2、認(rèn)識運(yùn)動的合成與分解，了解運(yùn)動合成與分解的規(guī)則：平行四邊形規(guī)則；
3. 了解彼此成一定角度的直線運(yùn)動的合成運(yùn)動可能是直線運(yùn)動，也可能是曲線運(yùn)動。
2. 能力目標(biāo)
1、培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的方法以及簡單問題與復(fù)雜問題的辯證關(guān)系；
2、培養(yǎng)學(xué)生發(fā)散思維、求新的能力。
【教學(xué)重點(diǎn)及難點(diǎn)分析】：
1、在傳授知識的同時，滲透解決復(fù)雜實(shí)際問題的物理思想和方法是本部分的核心內(nèi)容；
2.本節(jié)的另一個重點(diǎn)是運(yùn)動合成與分解方法的應(yīng)用；
3、組合運(yùn)動和分割運(yùn)動概念的理解是本節(jié)的難點(diǎn)。
【教學(xué)方法】：演示分析、講解、練習(xí)、討論。
【教學(xué)設(shè)備】：電腦多媒體展示架、及相關(guān)課件
【主要教學(xué)流程】：
1、新課程介紹
在前面的教學(xué)中，我們學(xué)習(xí)了兩種簡單的運(yùn)動：勻速直線運(yùn)動和勻變速直線運(yùn)動。 然而，在現(xiàn)實(shí)生活中，大多數(shù)運(yùn)動都相對復(fù)雜。 通過本節(jié)的學(xué)習(xí)，我們將能夠利用運(yùn)動的合成與分解以及學(xué)到的動力學(xué)知識來分析一些基本的復(fù)雜運(yùn)動。
問題1.什么是曲線運(yùn)動？ 曲線運(yùn)動是具有曲線軌跡的運(yùn)動。
問題2.曲線運(yùn)動的條件是什么？ 條件：合力的方向與速度方向不成一直線，而是成一定角度，并且產(chǎn)生的加速度方向與速度方向不成一直線。
即：當(dāng)凈外力與速度不在同一條直線上時，物體將作曲線運(yùn)動。
2.新課程教學(xué)
1. 組合運(yùn)動和部分運(yùn)動的概念
指導(dǎo)學(xué)生閱讀教材第83頁實(shí)驗(yàn)部分，并提出相關(guān)問題。 首先在計(jì)算機(jī)上模擬實(shí)驗(yàn)分析，然后在講臺上演示并投影到屏幕上。
歸納：師生共同得出一個物體的復(fù)雜運(yùn)動可以看作同時參與兩個簡單運(yùn)動。 運(yùn)動的合成和分解是研究復(fù)雜運(yùn)動的工具。
總結(jié)組合運(yùn)動和分割運(yùn)動的概念。
使用之前完成的實(shí)驗(yàn)分析。 讓學(xué)生明白兩個簡單的動作可以組合成一個復(fù)雜的動作，加深同時參與的意義：
①物體同時參與兩個子運(yùn)動；
②組合運(yùn)動和分割運(yùn)動是等時的。
組合運(yùn)動和分割運(yùn)動的幾個概念
①總位移和部分位移：
②總速度、分速度：
③總加速度和部分加速度：
2、組合運(yùn)動與部分運(yùn)動的關(guān)系
利用前面的實(shí)驗(yàn)分析組合運(yùn)動和部分運(yùn)動中的位移、速度、加速度等各個物理量之間的關(guān)系。
總結(jié)：①組合運(yùn)動和分割運(yùn)動是等時的；
②組合運(yùn)動與分割運(yùn)動遵循平行四邊形定律。
3、運(yùn)動的合成與分解
運(yùn)動合成：求出已知部分運(yùn)動的組合運(yùn)動稱為運(yùn)動合成。
【例1】如果前面的實(shí)驗(yàn)（圖5-11）玻璃管長90cm，紅色蠟塊從玻璃管一端勻速垂直向上移動，同時移動玻璃管以恒定速度水平移動。 當(dāng)玻璃管水平移動到80cm時，紅色蠟塊到達(dá)玻璃管的另一端。 整個動作需要20秒。 求紅色蠟塊運(yùn)動的總速度。
分析：紅蠟塊沿玻璃管勻速垂直向上運(yùn)動和玻璃管水平運(yùn)動是兩個獨(dú)立的運(yùn)動。 這是在給定部分運(yùn)動的情況下找到組合運(yùn)動的問題。 部分運(yùn)動和組合運(yùn)動所花費(fèi)的時間是相同的。 可以先求部分運(yùn)動的速度，然后求組合速度； 也可以先求組合位移的大小，然后計(jì)算合成速度。 這里我們使用第一種方法。
解：如下圖所示，由于組合運(yùn)動和分割運(yùn)動是等時的，即t=t1=t2=20s。
S1(米)
V1(米/秒)
SV
0.9m
0.8m S 2(米) V2(米/秒)
垂直方向：v1=s1/t=0.9/20(m/s)=4.5*10-2m/s
水平方向：v2=s2/t=0.8/20(m/s)=4.0*10-2m/s
根據(jù)平行四邊形法則：
v2=v12+v22 v=v12+v22 =6*10-2m/s
合速度的方向與合位移的方向相同，即合運(yùn)動的方向。
(2)運(yùn)動的分解：眾所周知，組合運(yùn)動和分割運(yùn)動稱為運(yùn)動分解。
例2 一架飛機(jī)以300km/h的速度斜向上飛行，方向與水平面成30度角。 求水平方向的分速度 V 和垂直方向的分速度（圖 5-13）。
先動畫分析，再展示解題過程。
4.不在同一直線上的兩個直線運(yùn)動的合成
老師提出問題，引導(dǎo)學(xué)生畫圖、分析。
學(xué)生互相討論，閱讀課本內(nèi)容，總結(jié)：
(1)兩個部分運(yùn)動為勻速直線運(yùn)動，組合運(yùn)動為勻速直線運(yùn)動；
(2) 一個部分運(yùn)動是勻速直線運(yùn)動，另一部分不同方向的運(yùn)動是初速度為零的勻速直線運(yùn)動，合成運(yùn)動是勻速曲線運(yùn)動。
我們看到，兩個直線運(yùn)動的組合運(yùn)動可以是曲線運(yùn)動，反之，曲線運(yùn)動也可以分解為兩個方向的直線運(yùn)動。 通過明確直線運(yùn)動作為分運(yùn)動的規(guī)律，我們可以知道曲線運(yùn)動作為組合運(yùn)動的規(guī)律。
3.課堂練習(xí)：教材P85：（1）題，（4）題
4. 課堂小結(jié)：略
5. 作業(yè)： － 鞏固落實(shí)
教材P85：（2）題，（3）題
重力常數(shù)的測定
一、教學(xué)目標(biāo)
1、在開普勒第三定律的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)出萬有引力定律，讓學(xué)生對這個定律有一個初步的認(rèn)識。
2.介紹萬有引力常數(shù)的測量方法，增加學(xué)生對萬有引力定律的感性認(rèn)識。
3、通過牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力定律的思維過程和卡文迪什扭力天平的設(shè)計(jì)方法，滲透科學(xué)發(fā)現(xiàn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)的方法論教育。
2、重點(diǎn)難點(diǎn)分析
1、萬有引力定律的推導(dǎo)過程既是本課的重點(diǎn)，也是學(xué)生理解的難點(diǎn)。 因此，講解的速度和方式要根據(jù)學(xué)生的反饋進(jìn)行調(diào)整。
2、由于一般物體之間的萬有引力很小，學(xué)生對其缺乏感性認(rèn)識，無法進(jìn)行論證實(shí)驗(yàn)，因此應(yīng)多舉例子。
3、教具
卡文迪什扭轉(zhuǎn)比例模型。
四、教學(xué)過程
（一）新課程介紹
1.簡介：我們之前學(xué)過圓周運(yùn)動。 我們知道，做圓周運(yùn)動的物體需要一個向心力，向心力是一種作用力，它是由實(shí)際作用在物體上的力的合力或分力提供的。 的。 另外，我們還知道月球繞地球轉(zhuǎn)一圈，那么我們有沒有想過，是誰提供了月球繞地球轉(zhuǎn)一圈的向心力呢？ （學(xué)生通常回答：地球?qū)υ虑蛴幸Α＃?span style="display:none">HvY物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))
讓我們看另一個實(shí)驗(yàn)：我松開靜止的粉筆頭，粉筆頭會掉到地上。
實(shí)驗(yàn)：粉筆頭自由下落。
你有沒有想過為什么粉筆頭向下而不是向其他方向移動？ 同學(xué)們可能會說，重力的方向是垂直向下的，那么重力是怎么產(chǎn)生的呢？ 地球?qū)Ψ酃P頭有什么影響？ 月球?qū)υ虑虻囊偷厍驅(qū)υ虑虻囊κ且粯拥膯幔? （學(xué)生一般都會回答：是的。）這個問題也是牛頓三百多年前思考過的問題，牛頓的結(jié)論也是：是的。
既然地球?qū)Ψ酃P頭的引力和地球?qū)υ虑虻囊Χ际且环N力，那么什么因素決定了這種力呢？ 是只有地球?qū)ξ矬w有這種力，還是所有物體都存在這種力？ ？這就是我們今天要研究的萬有引力定律。
黑板：萬有引力定律
(二)教學(xué)過程
1、萬有引力定律的推導(dǎo)
首先，讓我們回到牛頓時代，從他的角度思考一下。 當(dāng)時，日心說在科學(xué)界已經(jīng)基本否定了地心說。 如果你相信只有地球?qū)ξ矬w才具有引力，即地球是一個特殊的物體，你就必然會退回到地球是宇宙中心的觀念，并相信引力普遍存在于物體之間。 但這種引力在生活中很難觀察到。 是什么原因？ （學(xué)生可能會回答：這種萬有引力在一般物體之間是很小的，如果答不出來，老師可以歸納出來。）因此，要研究這種萬有引力，我們只能從物體和物體的問題入手。當(dāng)時天文學(xué)家開普勒通過觀測數(shù)據(jù)得出一個規(guī)律：所有行星的軌道半徑的三次方與運(yùn)動周期的三次方之比為一個常數(shù)值，即是，開普勒的
其中m是行星的質(zhì)量，R是行星軌道的半徑，也就是太陽和行星之間的距離。 換句話說，太陽對行星的引力與行星的質(zhì)量成正比，與太陽和行星之間距離的平方成反比。
此時，牛頓已經(jīng)得到了他的第三定律，即作用力等于反作用力。 用在這里的話，即使是行星也對太陽有引力。同時，太陽并不是一個特殊的物體。
用語言表達(dá)就是：太陽和行星之間的引力與它們的質(zhì)量的乘積成正比，與它們的距離的平方成反比。 這就是牛頓萬有引力定律。如果改變一下
其中，G是一個常數(shù)，稱為萬有引力常數(shù)。 （根據(jù)學(xué)生情況，可以強(qiáng)調(diào)物體的重力是用同一個字母表示的，但并不具有相同的含義。）
值得注意的是，這條定律是牛頓與胡克等人討論后得出的。
2.萬有引力定律的理解
下面我們進(jìn)一步解釋萬有引力定律：
(1) 任意兩個物體之間都存在萬有引力。 雖然我們從太陽對行星的引力推導(dǎo)出萬有引力定律，但我們剛才分析了太陽和行星都不是特殊的物體，所以任何兩個物體之間都存在萬有引力。 正因?yàn)槿绱耍@種引力被稱為萬有引力。 只是普通物體的質(zhì)量相對于行星來說太小了，它們之間的引力也很小勻速圓周運(yùn)動，完全可以忽略不計(jì)。 所以萬有引力定律的表達(dá)式為：
黑板上寫：任意兩個物體都相互吸引。 引力的大小取決于兩個物體的質(zhì)量。
其中，m1和m2分別表示兩個物體的質(zhì)量，r是它們之間的距離。
(2)萬有引力定律中的距離r是指兩個粒子之間的距離。 如果兩個物體相距很遠(yuǎn)，那么這兩個物體通常可以被視為粒子。 但如果形狀規(guī)則的均勻物體彼此距離比較近，則r應(yīng)該理解為它們幾何中心之間的距離。 例如，物體是兩個球體，r是兩個球體中心之間的距離。
(3) 萬有引力是由物體質(zhì)量引起的引力。 從萬有引力定律可以看出，物體之間的萬有引力是由相互作用的兩個物體的質(zhì)量決定的，因此質(zhì)量是萬有引力產(chǎn)生的原因。 由此可見，萬有引力不同于我們初中所學(xué)的電荷之間的吸引力、磁極之間的吸引力，也不同于我們以后將要學(xué)習(xí)的分子之間的吸引力。
3. 引力常數(shù)的測定
牛頓發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律，但連他自己也不知道常數(shù)G是多少。 據(jù)說只要測出兩個物體的質(zhì)量，測出兩個物體之間的距離勻速圓周運(yùn)動，測出物體之間的引力，代入萬有引力定律，就可以測出這個常數(shù)。 但由于一般物體的質(zhì)量太小，無法測量它們之間的引力，而天體的質(zhì)量太大，無法測量質(zhì)量。 因此，萬有引力定律發(fā)現(xiàn)一百多年后，萬有引力常數(shù)仍然沒有準(zhǔn)確的結(jié)果，這個公式仍然不能成為一個完美的方程。 直到一百多年后，英國人卡文迪什才巧妙地用扭力標(biāo)尺測量了這個常數(shù)。
這是卡文迪什扭轉(zhuǎn)天平的模型。 （老師展示模型并講解拆裝。）這個扭力秤的主要部分就是這樣一個T形的輕巧堅(jiān)固的框架。 T 形框架倒掛在石英絲下。 如果在T形框架的兩端施加兩個相等且相反的力，石英絲就會扭轉(zhuǎn)一定角度。 力越大，扭轉(zhuǎn)角度越大。 反之，如果測量出T形架的旋轉(zhuǎn)角度，也可以測量出T形架兩端的受力。 現(xiàn)在在T形框架的每一端各固定一個小球，然后在每個小球附近放置一個大球。 可以輕松測量大球和小球之間的距離。 根據(jù)萬有引力定律，大球會對小球施加引力，T形框架就會相應(yīng)扭曲。 只要測量出扭轉(zhuǎn)的角度，就可以測量出重力的大小。 當(dāng)然，由于重力很小，所以這個扭曲的角度也會很小。 這個角度如何測量？ 卡文迪什在T形框架上安裝了一面小鏡子，并向鏡子射出一束光。 鏡子反射的光芒射向遠(yuǎn)處的刻度。 當(dāng)鏡子和T形框架發(fā)生小幅旋轉(zhuǎn)時，刻度上的光點(diǎn)會明顯移動。 這樣就有了化小為大的效果。 通過測量光點(diǎn)的運(yùn)動，測量出放置大球前后T形架的扭轉(zhuǎn)角度，從而測量此時大球?qū)π∏虻闹亓Α?卡文迪什用這個扭力標(biāo)尺驗(yàn)證了牛頓萬有引力定律，并確定了萬有引力常數(shù)G的值。這個值與現(xiàn)代用更科學(xué)的方法測得的值非常接近。
卡文迪什測得的G值為6.75410-11，現(xiàn)在公認(rèn)的G值為6.6710-11。 需要注意的是，這個萬有引力常數(shù)有一個單位：它的單位要乘以兩個質(zhì)量單位千克，然后除以距離單位米平方，就得到力的單位牛頓，所以應(yīng)該是立方米/公斤2 。
板書：G=6.6710-11Nm2/kg2
由于萬有引力常數(shù)的值很小，所以一般質(zhì)量的物體之間的引力也很小。 我們可以估算一下，兩個質(zhì)量為50kg的同學(xué)相距0.5m時，他們之間的引力有多大（學(xué)生可以回答：約6.6710 -7N），我們根本感覺不到這么小的力。 我們只能感受到非常大的物體對普通物體的引力。 例如，地球?qū)ξ覀兊囊Υ笾戮褪俏覀兊闹亓Α?月球?qū)Ｑ蟮囊鸪毕F(xiàn)象。 由于行星質(zhì)量很大，天體之間的引力非常驚人：例如太陽對地球的引力達(dá)到3。
5. 課程總結(jié)
在本課中，我們學(xué)習(xí)了萬有引力定律，并了解到任何兩個有質(zhì)量的物體之間都存在引力。 該引力與兩個物體質(zhì)量的乘積成正比，與兩個物體之間的距離成反比。 其大小的決定因素是：
其中，G為萬有引力常數(shù)：G=6.6710-11Nm2/kg2
此外，我們還了解了科學(xué)家分析物體和解決問題的方法和技術(shù)。 希望我們以后在分析和解決問題時能夠向他們學(xué)習(xí)。
6. 說明
1、設(shè)計(jì)思路：由于內(nèi)容限制，本課程主要由教師授課。 為了吸引學(xué)生，我們在導(dǎo)入時設(shè)計(jì)了一些學(xué)生習(xí)慣但沒有詳細(xì)思考的問題。 教學(xué)過程以物理學(xué)史為主線，讓學(xué)生從科學(xué)家的角度分析和思考問題。 力爭抓住本課的有利時機(jī)，深刻洞察不存在絕對特殊物體的辯證唯物主義觀點(diǎn)，引起了物理學(xué)的幾次革命性突破。
2、卡文迪什扭轉(zhuǎn)尺度模型為自制教具。 可以用金屬棒焊接，模仿課本上的插圖。 外殼可以由有機(jī)玻璃制成并且是可拆卸的。