高中物理加速度教案
發(fā)表時間:2020-09-28高一物理加速度。
5速度變化快慢的描述——加速度
整體設(shè)計
加速度是力學(xué)教學(xué)的重要概念,也是高一年級物理課中較難懂的概念.在學(xué)生的經(jīng)驗中,與加速度有關(guān)的現(xiàn)象不多,這就給學(xué)習(xí)加速度概念帶來困難.教材先列舉轎車和旅客列車的加速過程,讓學(xué)生討論它們速度的快慢以增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識.教材還展示飛機(jī)的起飛過程,要求學(xué)生從具體問題中了解“速度快”“速度變化大”“速度變化快”的含義不同,并且又在旁批中指出“物體運(yùn)動的快慢”與“運(yùn)動速度變化的快慢”不同.在此基礎(chǔ)上,通過飛機(jī)起飛和炮彈射出過程的具體數(shù)字運(yùn)算引出平均加速度,進(jìn)而說明瞬時加速度.同時指出了加速運(yùn)動和減速運(yùn)動中加速度與速度方向的關(guān)系.通過瞬時加速度得出直線運(yùn)動的這一物理運(yùn)動模型.在學(xué)習(xí)加速度概念后,又通過上節(jié)課學(xué)習(xí)的速度時間圖象進(jìn)一步說明怎樣在圖象中找到加速度,讓學(xué)生通過速度時間圖象加深對加速度概念的認(rèn)識和對圖象的理解,是對圖象認(rèn)識的深化和提高.變化率是生活中的常用概念,教材在“科學(xué)漫步”欄目中深入、細(xì)致地介紹了一般情況下的變化率,有助于學(xué)生理解速度是位置的變化率,加速度是速度的變化率.
要想正確理解加速度的物理意義,掌握加速度的定義公式,學(xué)生必須具有較高的抽象思維能力.可是,學(xué)生首次碰到加速度概念時是剛剛考入高中不久,不少學(xué)生抽象思維能力不高,難以理解加速度的意義和定義公式.為了降低難度,現(xiàn)行教材均把勻變速直線運(yùn)動和加速度合為一節(jié),只限于討論勻變速直線運(yùn)動中的加速度,只研究勻變速直線運(yùn)動的加速度定義、公式、意義、單位、方向.沒有研究加速度的測量方法,沒有討論加速度的合成與分解,沒有涉及加速度的成因,只在以后各章節(jié)中才把加速度的概念逐步擴(kuò)充到一般變速運(yùn)動中的瞬時加速度.因此,在確定加速度教學(xué)目標(biāo)時,應(yīng)該注意教材處理的這一實際情況,逐步到位,不能一步到位.否則,教學(xué)目標(biāo)制定過高,學(xué)習(xí)難度太大,不僅不能達(dá)到預(yù)期的教學(xué)目標(biāo),影響教學(xué)效率的提高,而且易于在學(xué)生中產(chǎn)生物理難學(xué)的心里障礙,對今后的物理學(xué)習(xí)也會產(chǎn)生負(fù)面影響.當(dāng)然,也不能把教學(xué)目標(biāo)制定得太低,這是不利于物理課堂教學(xué)效率提高的.
教學(xué)重點(diǎn)
1.加速度概念的建立和加速度與勻變速直線運(yùn)動的關(guān)系.
2.加速度是速度的變化率,它描述速度變化的快慢和方向.
教學(xué)難點(diǎn)
1.理解加速度的概念,樹立變化率的思想.
2.區(qū)分速度、速度的變化量及速度的變化率.
3.利用圖象分析加速度的相關(guān)問題.
時間安排
2課時
三維目標(biāo)
知識與技能
1.知道加速度的物理意義.
2.掌握其定義公式和單位.
3.知道加速度的方向與速度變化量方向一致.
4.區(qū)別加速度、速度、速度變化量.
過程與方法
1.通過比值定義法,進(jìn)一步了解加速度的物理意義.
2.通過對速度變化快慢描述的探索過程,體會一個量的變化與變化快慢的區(qū)別.
情感態(tài)度與價值觀
1.本節(jié)在物體運(yùn)動快慢的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提出速度變化快慢的問題.
2.通過探索用比值定義法得出加速度的概念,感悟到探索問題解決問題的興趣和學(xué)無止境的觀點(diǎn).
3.激發(fā)探索科學(xué)的興趣和毅力.
課前準(zhǔn)備
1.多媒體課件.
2.帶滑輪的長木板、小車及砝碼等.
3.課前讓學(xué)生觀察生活中的一些速度變化的例子.
教學(xué)過程
導(dǎo)入新課
復(fù)習(xí)導(dǎo)入
教師通過課件展示圖1-5-1兩幅vt圖象,供同學(xué)們交流討論,并設(shè)疑對比思考.指導(dǎo)學(xué)生對兩個勻變速直線運(yùn)動的v-t圖象認(rèn)真觀察,找出速度隨時間的變化規(guī)律.
圖1-5-1
學(xué)生歸納總結(jié)出:甲圖中,物體的速度每秒變化5m/s.
乙圖中,物體的速度每5s變化5m/s.
引導(dǎo)學(xué)生體會速度的變化有快有慢,我們今天學(xué)習(xí)的加速度這一概念就是用來描述速度變化快慢的物理量,很自然地引出本節(jié)學(xué)習(xí)的內(nèi)容.
問題導(dǎo)入
普通的小汽車和高檔跑車的速度都能達(dá)到200km/h,但它們從靜止到具有這一速度所經(jīng)歷的時間不同,高檔跑車經(jīng)歷的時間要遠(yuǎn)小于普通的小汽車.哪個速度的變化快呢?速度變化的快慢是衡量汽車檔次的一個重要標(biāo)準(zhǔn).這節(jié)課我們就來學(xué)習(xí)描述速度變化快慢的物理量——加速度.
影片導(dǎo)入
利用課件視頻資源,依次大屏幕播放下列影片片斷:
萬噸貨輪起航,10s內(nèi)速度增加到0.2m/s火箭發(fā)射時,10s內(nèi)速度能增到約102m/s
以8m/s的速度行駛的汽車在急剎車時2.5s內(nèi)能停下來
以8m/s的速度飛行的蜻蜓能在0.7s內(nèi)停下來
圖1-5-2
在以上片斷中,各物體的速度都發(fā)生了變化,你怎樣才能比較速度隨時間變化的快慢呢?
推進(jìn)新課
一、加速度
利用多媒體投影播放賽車、高速列車、自行車、運(yùn)動員等錄像,提出問題,讓學(xué)生思考討論.誰的速度“增加”得快?如何來表示增加的快慢?
課件展示:依次展示三個速度表格,分析比較速度改變的快慢.
表一:
時刻/s051015
甲v/(ms-1)20253035
乙v/(ms-1)10305070
丙v/(ms-1)35302520
丁v/(ms-1)5035205
交流討論:若物體在所用時間一樣的情況下,速度改變大的物體速度改變得快.
點(diǎn)評:讓學(xué)生從最簡單的例子入手,先比較相同時間內(nèi)的速度改變量,為不同時間不同改變量作知識鋪墊.從簡單到復(fù)雜,從特殊到一般,正是物理學(xué)探究規(guī)律的順序.
表二:
初速度(km/h)末速度(km/h)所用時間(s)
轎車啟動20507
5噸貨車啟動205038
10噸貨車啟動205050
學(xué)生認(rèn)知觀察表中數(shù)據(jù)并交流討論,若在速度改變相同的情況下,可以比較時間的長短,所用時間越短,速度改變得越快.
教師繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生分析數(shù)據(jù),提高學(xué)生根據(jù)數(shù)據(jù)表來概括總結(jié)規(guī)律的分析能力.
教師設(shè)疑:若如下表所示,既無法用第一種方法,又無法用第三種方法比較,怎樣比較它們速度變化的快慢?認(rèn)真觀察表三,通過計算說明這四個物體哪個速度改變得快.
表三:
初速度(m/s)末速度(m/s)所用時間(s)
A自行車下坡/
材料二:死亡加速度
西方交通管理部門為了交通安全,特制定了死亡加速度500g(取g=10m/s2)這一數(shù)值,以醒世人.意思是如果行車加速度超過此值,將有生命危險.那么大的加速度,一般情況下車輛是達(dá)不到的.但如果發(fā)生交通事故時,將會達(dá)到這一數(shù)值.因為,一般車輛碰撞的時間短,大多為毫秒級.例如,兩輛摩托車時速20km相向而行發(fā)生碰撞,碰撞時間為毫秒級,能產(chǎn)生多大加速度?
教師引導(dǎo)學(xué)生類比加速度與位移,有什么共同的地方.引導(dǎo)學(xué)生歸納出加速度既有大小又有方向,是矢量.
說明:當(dāng)物體加速時,則Δv=v2-v1>0,時間Δt是標(biāo)量,加速度a的計算值為正值,如果以初速度的方向為正方向(即初速度v0取正值),a為正值則可表示a的方向與初速度的方向相同,或反過來說,若加速度a與初速度同向時,則這個直線運(yùn)動為加速運(yùn)動.
當(dāng)物體是減速時,則Δv=v2-v1<0,時間t是標(biāo)量,加速度a的計算值為負(fù)值,如果仍以初速度的方向為正方向(即初速度v0取正值),a為負(fù)值則可表示a的方向與初速度的方向相反,或反過來說,若加速度a與初速度反向時,則這個直線運(yùn)動為減速運(yùn)動.
在未學(xué)到“牛頓第二定律”之前,也可以用兩輛汽車以相同的速度變化率做勻加速運(yùn)動和勻減速運(yùn)動,雖然速度變化快慢相同,但速度的變化情況不同,前者速度越來越大,后者則反之.啟發(fā)學(xué)生思考,只憑速度變化快慢(速度變化率的大?。┎荒芡耆从乘俣茸兓囊?guī)律,從而引出加速度不僅有大小,而且有方向,是矢量.
雖然不必讓學(xué)生從速度變化的方向去判斷加速度的方向,但是應(yīng)該讓學(xué)生知道:物體做勻加速運(yùn)動時,加速度的方向跟速度的方向相同;做勻減速運(yùn)動時,加速度的方向跟速度的方向相反.這是直線運(yùn)動中(無往復(fù)運(yùn)動)的普遍性結(jié)論.至于加速度的正、負(fù)問題,只是在特定的條件下(v0取正值)判斷物體做勻加速還是勻減速運(yùn)動的一種方法,這不是實質(zhì)性的結(jié)論,所以教學(xué)中不必強(qiáng)化.也可類比v=中速度v的方向與位移Δx的方向相同,理解a=中速度a的方向與速度變化量Δv的方向相同.
實驗與探究
通過實驗讓學(xué)生體會1m/s2加速度有多大.
實驗器材:高度約為斜面長度的十分之一的斜面(越光滑越好).
體驗方法:把斜面的高度調(diào)節(jié)為斜面長度的十分之一(向?qū)W生說明),讓小球在斜面上滾下(注意觀察速度變化的快慢程度),小球在這個斜面上運(yùn)動的加速度便大約是1m/s2.它的含義是說物體每秒鐘速度的改變量是1m/s.
問題探究
問題1:“上海磁懸浮列車的最高速度可達(dá)430km/h,它的加速度一定很大”.這一說法對嗎?為什么?
問題2:運(yùn)載火箭在點(diǎn)火后的短時間內(nèi),速度的變化很小,它的加速度一定很小嗎?
歸納總結(jié):1.不對,當(dāng)勻速運(yùn)動時,盡管速度很大,加速度可以為零.
2.不對,由公式a=可知,加速度等于速度的變化量和時間的比值,因而加速度是速度對時間的變化率.所謂某一個量對時間的變化率,是指單位時間內(nèi)該量變化的數(shù)值.變化率表示變化的快慢,不表示變化的大小.
加速度和速度的區(qū)別:
1.速度大,加速度不一定大;加速度大,速度不一定大.
2.速度變化量大,加速度不一定大.
3.加速度為零,速度可以不為零;速度為零,加速度可以不為零.
例1做勻加速運(yùn)動的火車,在40s內(nèi)速度從10m/s增加到20m/s,求火車加速度的大小.汽車緊急剎車時做勻減速運(yùn)動,在2s內(nèi)速度從10m/s減小到零,求汽車的加速度大小.
學(xué)生活動并解答.
解析:這是利用公式a=式求解a的題目.火車的初速度、末速度、加速度和加速運(yùn)動的時間分別用v0、v下標(biāo)t、a和t表示.汽車的初速度、末速度、加速度和剎車的時間分別用v0′、vt′、a′、t′來表示.
由于v0=10m/s,vt=20m/s,t=40s,所以火車的加速度a==m/s2=0.25m/s2.
由于v0′=10m/s,vt′=0,t′=2s,所以汽車的加速度
a′===m/s2=-5m/s2.
答案:0.25m/s2-5m/s2
問題互動
判斷下列說法是否正確.
1.做勻變速直線運(yùn)動的物體,它的加速度方向和速度方向總是相同.
錯.只有做勻加速直線運(yùn)動的物體,它的加速度方向和速度方向相同.
2.做勻變速直線運(yùn)動的物體,它的速度變化越大,加速度越大.
錯.速度變化大,但不知所用時間的多少.
3.做勻變速直線運(yùn)動的物體,它的速度變化越快,加速度越大.
對.
師生探究:教師指導(dǎo)學(xué)生對下列問題分組探究.
探究1:某同學(xué)騎著自行車和學(xué)校百米冠軍賽跑.觀察并思考,起跑時誰的加速度比較大些?將觀察結(jié)果與同學(xué)交流一下,得出較一致的結(jié)論.
參考:創(chuàng)造條件,親自觀察,培養(yǎng)有目的的觀察能力;加強(qiáng)交流,善于交流,增強(qiáng)協(xié)作精神.比較方法:相同時間內(nèi),誰的速度變化得快,誰的加速度就大.
探究2:小球沿斜面的運(yùn)動可近似看成是勻加速直線運(yùn)動.猜想一下,加速度的大小與哪些因素有關(guān)?(比較加速度的大小時,可通過觀察小球滾動時速度改變的快慢來進(jìn)行)
要求:(1)將猜想的結(jié)果互相討論,最后得出共同的猜想.若有條件,可以用實驗檢驗一下你的猜想.
(2)實驗探究時要注意加強(qiáng)交流與合作,檢驗猜想時要注意控制變量.
參考:(1)幾種可能猜想:小球的質(zhì)量、斜面的粗糙程度、斜面的傾角、斜面的長短等(還有什么可能,你自己去猜想,這里給出的只是參考,并不一定是標(biāo)準(zhǔn)答案,要善于通過討論和交流最后得出正確的答案).
(2)探究時,一定要先設(shè)計好實驗方案,注意體會控制變量法.可保持其他量不變,研究小球質(zhì)量與加速度的關(guān)系;或研究粗糙程度與加速度的關(guān)系;研究傾角與加速度的關(guān)系;研究長度與加速度的關(guān)系等.
探究3:宇航員要從地球進(jìn)入空間站,可以由航天飛機(jī)來完成這一任務(wù).航天飛機(jī)在發(fā)射的過程中,會產(chǎn)生相當(dāng)大的加速度,最大加速度可以達(dá)到8g(取g=9.8m/s2),高重力加速度對人的身體會產(chǎn)生不良作用,甚至可能會產(chǎn)生危險.譬如,引起身體某些部位充血或缺血,如果大腦缺血,便會失去視覺和知覺.類似實驗表明,人體的姿勢與所能承受的加速度有關(guān):當(dāng)人的身體與加速度的方向垂直時,人可以經(jīng)受15g的加速度達(dá)幾分鐘之久,而當(dāng)人的身體順著加速度方向時,最多只能經(jīng)受6g的加速度.
根據(jù)上述信息,回答下列問題:
我國航天英雄楊利偉乘“神舟”五號升入太空和返回地面的過程,采取什么姿勢
(站、坐、躺)較好?身體與加速度方向什么關(guān)系?
答案:躺倒垂直
二、從v-t圖象看加速度
教師指導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真觀察課本中的v-t圖象,并思考:速度—時間圖象描述了什么問題?怎樣建立速度—時間圖象?
教師引導(dǎo),學(xué)生討論后回答.學(xué)生在沒有學(xué)習(xí)斜率概念前,可以用陡度的“平緩”或“陡”來表述.
學(xué)生總結(jié)歸納:a直線的傾斜程度更厲害,也就是更陡些,而b相對較平緩.所以,a的速度變化快,即a的加速度大,b的速度變化慢,加速度小.
知識小結(jié):速度—時間圖象是描述速度隨時間變化關(guān)系的圖象,它以時間軸為橫軸,以縱軸為速度軸,在坐標(biāo)系中將不同時刻的速度以坐標(biāo)的形式描點(diǎn),然后連線,就畫出了速度—時間圖象.
我們可以從直線上任意選擇間隔較大的兩點(diǎn)來找到這兩個點(diǎn)間的速度變化量Δv,時間間隔Δt.
這樣就可以定量求加速度了,用加速度的定義式a=就行了.
課堂訓(xùn)練
如圖1-5-3是某質(zhì)點(diǎn)做直線運(yùn)動的vt圖象,從圖上求出各段的速度變化及加速度.
圖1-5-3
解析:速度的變化量等于變化后的速度減變化前的速度,即Δv=v-v0.速度的變化量也是矢量,正值表示速度增加,負(fù)值表示速度減小或反向.由圖可知:v0=0,va=4m/s,vb=4m/s,vc=0.
所以O(shè)A段的速度變化量為ΔvAO=va-vO=4m/s
加速度為a下標(biāo)AO==m/s2=2m/s2
AB段的速度變化量為ΔvBA=vb-va=0
加速度為aBA=0
BC段的速度變化量為ΔvCB=vc-vb=-4m/s
加速度為aCB==m/s2=-4m/s2.
答案:OA段的速度變化為4m/s,加速度為2m/s2;AB段的速度變化為0,加速度也為0;BC段的速度變化為-4m/s,加速度為-4m/s2.
課堂小結(jié)
本節(jié)課重點(diǎn)學(xué)習(xí)了加速度的概念及其特性,注意加速度是矢量及這里的“加”并不是“增加”的意思,它反映的是速度變化快慢的程度.
加速度是速度的變化與發(fā)生這一變化所用時間的比值.也就是速度對時間的變化率,在數(shù)值上等于單位時間內(nèi)速度的變化.它描述的是速度變化的快慢和變化的方向.加速度的大小由速度變化的大小和發(fā)生這一變化所用時間的多少共同決定,與速度本身的大小以及速度變化的大小無必然聯(lián)系.加速度大表示速度變化快,并不表示速度大,也不表示速度變化大.加速度是矢量,它的方向就是速度變化量Δv的方向,與速度方向無必然聯(lián)系.加速度是狀態(tài)量,與時刻(或位置)相對應(yīng).
可以從速度時間圖象中傾斜直線的陡緩定性看出加速度的大小,也可以從圖象中定量求出加速度的大小.
布置作業(yè)
1.教材第29頁“問題與練習(xí)”第2、3題.
2.閱讀教材“科學(xué)漫步”關(guān)于變化率的知識,加深加速度概念的理解.
板書設(shè)計
5速度變化快慢的描述——加速度
速度表示運(yùn)動的快慢v
速度與改變表示速度的變化Δv=vt-v0
加速度表示速度變化的快慢
定義速度的變化量跟發(fā)生這一改變所用時間的比值
公式a=
單位m/s2
矢量性方向與速度變化的方向相同
勻變速直線運(yùn)動的特點(diǎn)加速度恒定
速度圖象速度隨時間變化的關(guān)系從傾斜直線的斜率可以求出加速度
活動與探究
課題:從日常生活中搜集必要的材料,做一個加速度計.
步驟學(xué)生活動教師指導(dǎo)目的
1上網(wǎng)或到圖書館查閱相關(guān)資料,收集材料,設(shè)計實驗方案介紹相關(guān)資料和參考材料1.讓學(xué)生從制作過程中體驗加速度在生活中的應(yīng)用2.培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和獨(dú)立思考能力
2根據(jù)實驗方案,進(jìn)行實驗操作解答學(xué)生提出的具體問題
3相互交流活動的感受,寫出實驗報告對優(yōu)秀成果進(jìn)行點(diǎn)評、展覽
參考資料
如圖1-5-4所示,取一根細(xì)線,在其一端拴一泡沫塑料塊(或小木塊),另一端則固定在大可樂瓶的瓶蓋上,在瓶中灌滿水,旋緊瓶蓋后使瓶倒置,就做成了一個加速度計.
圖1-5-4
1.把瓶抱在手中,當(dāng)你站立不動、勻速、加速和減速運(yùn)動時,注意觀察泡沫塑料塊和線有何變化.
2.當(dāng)你乘坐公交車時,注意觀察汽車行駛、啟動、剎車以及轉(zhuǎn)彎時,泡沫塑料塊和線有何變化.
3.當(dāng)你以不同的加速度加速運(yùn)動時,注意觀察泡沫塑料塊和線有何變化.
習(xí)題詳解
1.解答:100km/h=27.8m/s
aa=m/s2=2.46m/s2
ab=m/s2=2.11m/s2
ac=m/s2=1.79m/s2
2.解答:A.汽車做勻速直線運(yùn)動時.
B.列車啟動慢慢到達(dá)最大速度50m/s,速度變化量較大,但加速時間較長,如經(jīng)過2min,則加速度為0.42m/s2,比汽車啟動時的加速度小.
C.汽車向西行駛,汽車減速時加速度方向向東.
D.汽車啟動加速到達(dá)最大速度的過程中,后一階段加速度比前一階段小,但速度卻比前一階段大.
3.解答:A的斜率最大,加速度最大.
aa=0.63m/s2,ab=0.083m/s2,ac=-0.25m/s2
aa、ab與速度方向相同,ac與速度方向相反.
4.解答:滑塊通過第一個光電門的速度v1=cm/s=10cm/s
滑塊通過第二個光電門的速度v2=cm/s=27cm/s
滑塊加速度a==cm/s2=4.8cm/s2.
設(shè)計點(diǎn)評
加速度是運(yùn)動學(xué)中極為抽象的概念.對于一個抽象概念,學(xué)生要根據(jù)自己的經(jīng)驗來認(rèn)識
、理解和掌握,對作為速度變化率的加速度,學(xué)生很難利用日常的感覺經(jīng)驗來建立這個概念.所以本教學(xué)設(shè)計利用學(xué)生已經(jīng)對物體運(yùn)動的軌跡、路程、位移、快慢、運(yùn)動方向有足夠豐富、生動的感性認(rèn)識,類比速度概念的建立,使學(xué)生能夠較容易地理解加速度是描述速度變化快慢的物理量.在概念確立后,教學(xué)設(shè)計把高級跑車、死亡加速度作為閱讀材料,加深對概念的理解.本教學(xué)設(shè)計幾乎涉及了探究過程的各個環(huán)節(jié),創(chuàng)設(shè)的情景為夯實加速度的概念作了有效的鋪墊.
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高一物理《速度變化快慢的描述-加速度》典型案例解析
每個老師不可缺少的課件是教案課件,大家在仔細(xì)設(shè)想教案課件了。教案課件工作計劃寫好了之后,這樣我們接下來的工作才會更加好!你們會寫一段適合教案課件的范文嗎?下面是小編幫大家編輯的《高一物理《速度變化快慢的描述-加速度》典型案例解析》,僅供參考,大家一起來看看吧。
高一物理《速度變化快慢的描述-加速度》典型案例解析
[例1]下列說法中正確的是[]
A.物體運(yùn)動的速度越大,加速度也一定越大
B.物體的加速度越大,它的速度一定越大
C.加速度就是“加出來的速度”
D.加速度反映速度變化的快慢,與速度無關(guān)
[分析]物體運(yùn)動的速度很大,若速度的變化很小或保持不變(勻速運(yùn)動),其加速度不一定大(勻速運(yùn)動中的加速度等于零).
物體的加速度大,表示速度變化得快,即單位時間內(nèi)速度變化量大,但速度的數(shù)值未必大.比如嬰兒,單位時間(比如3個月)身長的變化量大,但絕對身高并不高。
“加出來的速度”是指vt-v0(或△v),其單位還是m/s.加速度是“加出來的速度”與發(fā)生這段變化時間的比值,可以理解為“數(shù)值上等于每秒內(nèi)加出來的速度”.
加速度的表達(dá)式中有速度v0、v1,但加速度卻與速度完全無關(guān)——速度很大時,加速度可以很小甚至為零;速度很小時,加速度也可以很大;速度方向向東,加速度的方向可以向西.
[答]D.
[說明]要注意分清速度、速度變化的大小、速度變化的快慢三者不同的含義,可以跟小孩的身高、身高的變化量、身高變化的快慢作一類比.
[例2]物體作勻加速直線運(yùn)動,已知加速度為2m/s2,那么在任意1s內(nèi)[]
A.物體的末速度一定等于初速度的2倍
B.物體的未速度一定比初速度大2m/s
C.物體的初速度一定比前1s內(nèi)的末速度大2m/s
D.物體的末速度一定比前1s內(nèi)的初速度大2m/s
[分析]在勻加速直線運(yùn)動中,加速度為2m/s2,表示每秒內(nèi)速度變化(增加)2m/s,即末速度比初速度大2m/s,并不表示末速度一定是初速度的2倍.
在任意1s內(nèi),物體的初速度就是前1s的末速度,而其末速度相對于前1s的初速度已經(jīng)過2s,當(dāng)a=2m/s2時,應(yīng)為4m/s.
[答]B.
[說明]研究物體的運(yùn)動時,必須分清時間、時刻、幾秒內(nèi)、第幾秒內(nèi)、某秒初、某秒末等概念.如圖所示(以物體開始運(yùn)動時記為t=0)。
[例3]計算下列物體的加速度:
(1)一輛汽車從車站出發(fā)作勻加速運(yùn)動,經(jīng)10s速度達(dá)到108km/h.
(2)高速列車過橋后沿平直鐵路勻加速行駛,經(jīng)3min速度從54km/h提高到180km/h.
(3)沿光滑水平地面以10m/s運(yùn)動的小球,撞墻后以原速大小反彈,與墻壁接觸時間為0.2s.
[分析]由題中已知條件,統(tǒng)一單位、規(guī)定正方向后,根據(jù)加速度公式,即可算出加速度.
[解]規(guī)定以初速方向為正方向,則
對汽車v0=0,vt=108km/h=30m/s,t=10s,
對列車v0=54km/h=15m/s,vt=180km/h=50m/s,t=3min=180s.
對小球v0=10m/s,vt=-10m/s,t=0.2s,
[說明]由題中可以看出,運(yùn)動速度大、速度變化量大,其加速度都不一定大,尤需注意,
不能認(rèn)為,必須考慮速度的方向性.計算結(jié)果a3=-100m/s2,表示小球在撞墻過程中的加速度方向與初速方向相反,是沿著墻面向外的,所以使小球先減速至零,然后再加速反彈出去.速度和加速度都是矢量,在一維運(yùn)動中(即沿直線運(yùn)動),當(dāng)規(guī)定正方向后,可以轉(zhuǎn)化為用正、負(fù)表示的代數(shù)量.
應(yīng)該注意:
物體的運(yùn)動是客觀的,正方向的規(guī)定是人為的.只有相對于規(guī)定的正方向,速度與加速度的正、負(fù)才有意義.。速度與加速度的量值才真正反映了運(yùn)動的快慢與速度變化的快慢.所以,vA=-5m/s,vB=-2m/s,應(yīng)該是物體A運(yùn)動得快;同理,aA=-5m/s2,aB=-2m/s2,也應(yīng)該是物體A的速度變化得快(即每經(jīng)過1s速度減少得多),不能按數(shù)學(xué)意義認(rèn)為vA比vB小,aA比aB小.
[例4]一個做勻變速直線運(yùn)動的物體連續(xù)通過兩段長s的位移所用時間分別為t1、t2,則該物體的加速度為多少?
[分析]根據(jù)勻變速運(yùn)動的物體在某段時間內(nèi)的平均速度等于中點(diǎn)時刻瞬時速度的關(guān)系,結(jié)合加速度的定義.即可算出加速度.
[解]物體在這兩段位移的平均速度分別為
它們分別等于通過這兩段位移所用的時間中點(diǎn)的瞬時速度.由于兩個時間
中點(diǎn)的間隔為,根據(jù)加速度的定義
可知:
[說明]由計算結(jié)果的表達(dá)式可知:當(dāng)t1>t2時,a>0,表示物體作勻加速運(yùn)動,通過相等位移所用時間越來越短;當(dāng)t1<t2時,a<0,表示物體作勻減速運(yùn)動,通過相等位移所用時間越來越長.
[例5]圖1表示一個質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動的v-t圖,試求出該質(zhì)點(diǎn)在3s末、5s末和8s末的速度.
[分析]利用v-t圖求速度有兩種方法:(1)直接從圖上找出所求時刻對應(yīng)的縱坐標(biāo),即得對應(yīng)的速度值,再根據(jù)速度的正負(fù)可知此刻的方向;(2)根據(jù)圖線求出加速度,利用速度公式算出所求時刻的速度.下面用計算法求解。
[解]質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動分為三個階段:
AB段(0~4s)質(zhì)點(diǎn)作初速v0=6m/s的勻加速運(yùn)動,由4s內(nèi)的速度變化得加速度:
所以3s末的速度為:
v3=v0+at=6m/s+(1.5×3)m/s=10.5m/s
方向與初速相同.
BC段(4~6s)質(zhì)點(diǎn)以4s末的速度(v4=12m/s)作勻速直線運(yùn)動,所以5s末的速度:
v5=12m/s
方向與初速相同.
CD段(6~12s)質(zhì)點(diǎn)以6s末的速度(即勻速運(yùn)動的速度)為初速作勻減速運(yùn)動.由6s內(nèi)的速度變化得加速度:
因所求的8s末是減速運(yùn)動開始后經(jīng)時間t=2s的時刻,所以8s末的速度為:
其方向也與初速相同.
[說明]勻變速運(yùn)動速度公式的普遍表達(dá)式是:
vt=v0+at
使用中應(yīng)注意不同運(yùn)動階段的初速和對應(yīng)的時間.在勻減速運(yùn)動中,寫成vt=v0-at后,加速度a只需取絕對值代入.
速度圖象的斜率反映了勻變速直線運(yùn)動的加速度.如圖所示,其斜率
式中夾角α從t軸起以逆時針轉(zhuǎn)向為正,順時針轉(zhuǎn)向為負(fù).如圖3中與圖線1,2對應(yīng)的質(zhì)點(diǎn)作勻加速運(yùn)動,與圖線3對應(yīng)的質(zhì)點(diǎn)作勻減速運(yùn)動.圖線越陡,表示加速度越大,故a1>a2.
[例6]一個質(zhì)點(diǎn)作初速為零的勻加速運(yùn)動,試求它在1s,2s,3s,…內(nèi)的位移s1,s2,s3,…之比和在第1s,第2s,第3s,…內(nèi)的位移sⅠ,sⅡ,sⅢ,…之比各為多少?
[分析]初速為零的勻加速運(yùn)動的位移公式為:
其位移與時間的平方成正比,因此,經(jīng)相同時間通過的位移越來越大.
[解]由初速為零的勻加速運(yùn)動的位移公式得:
…
∴sⅠ∶sⅡ∶sⅢ=1∶3∶5…
[說明]這兩個比例關(guān)系,是初速為零的勻加速運(yùn)動位移的重要特征,更一般的情況可表示為:在初速為零的勻加速運(yùn)動中,從t=0開始,在1段、2段、3段……時間內(nèi)的位移之比等于12∶22∶32…;在第1段、第2段、第3段……時間內(nèi)的位移之比等于從1開始的連續(xù)奇數(shù)比,即等于1∶3∶5…(圖1)).
2.利用速度圖線很容易找出例6中的位移之比.如圖2所示,從t=0開始,在t軸上取相等的時間間隔,并從等分點(diǎn)作平行于速度圖線的斜線,把圖線下方的面積分成許多相同的小三角形.于是,立即可得:從t=0起,在t、2t、3t、…內(nèi)位移之比為
s1∶s2∶s3…=1∶4∶9…
在第1個t、第2個t、第3個t、…內(nèi)位移之比為
sⅠ∶sⅡ∶sⅢ∶…=1∶3∶5∶…
[例7]一輛沿平直路面行駛的汽車,速度為36km/h.剎車后獲得加速度的大小是4m/s2,求:
(1)剎車后3s末的速度;
(2)從開始剎車至停止,滑行一半距離時的速度.
[分析]汽車剎車后作勻減速滑行,其初速度v0=36km/h=10m/s,vt=0,加速度a=-4m/s2.設(shè)剎車后滑行ts停止,滑行距離為S,其運(yùn)動示意圖如圖所示.
[解](1)由速度公式vt=v0+at得滑行時間:
即剎車后經(jīng)2.5s即停止,所以3s末的速度為零.
(2)由位移公式得滑行距離.即
m
設(shè)滑行一半距離至B點(diǎn)時的速度為vB,由推論
[說明](1)不能直接把t=3s代入速度公式計算速度,因為實際滑行時間只有2.5s.凡剎車滑行一類問題,必須先確定實際的滑行時間(或位移);(2)滑行一半距離時的速度不等于滑行過程中的平均速度.
高一物理向心力與向心加速度
第2節(jié)向心力與向心加速度
從容說課
教材分析
教材先講向心力,后講向心加速度,回避了用矢量推導(dǎo)向心加速度這個難點(diǎn),通過實例給出向心力概念,再通過探究性實驗給出向心力公式,之后直接應(yīng)用牛頓第二定律得出向心加速度的表達(dá)式,順理成章,便于學(xué)生接受.
向心力和向心加速度是個難點(diǎn).可以先從運(yùn)動學(xué)角度推導(dǎo)出向心加速度的公式和向心加速度的方向,然后運(yùn)用牛頓第二定律得出向心力公式,這樣講邏輯性強(qiáng),有利于學(xué)生理解公式的來源,但這種講法比較難,可能有的學(xué)生不易接受.本書未采取這種講法,而是根據(jù)公式先講向心力.對于小球在繩的拉力作用下做勻速圓周運(yùn)動的情況來說,由繩的拉力引出向心力比較容易接受,然后在定性分析的基礎(chǔ)上直接給出向心力公式,再由牛頓第二定律導(dǎo)出向心加速度的公式.
至于向心加速度公式的推導(dǎo),則視學(xué)生基本情況而定.如果學(xué)生基礎(chǔ)較好,也可改變本書的講法,即先講此推導(dǎo),再得出向心力的公式.
教學(xué)建議
1.要通過對物體做圓周運(yùn)動的實例進(jìn)行分析入手,從中引導(dǎo)啟發(fā)學(xué)生認(rèn)識到:做圓周運(yùn)動的物體都必須受到指向圓心的力的作用,由此引入向心力的概念.
2.對于向心力概念的認(rèn)識和理解,應(yīng)注意以下三點(diǎn):
第一點(diǎn)是向心力只是根據(jù)力的方向指向圓心這一特點(diǎn)而命名的,或者說是根據(jù)力的作用效果來命名的,并不是根據(jù)力的性質(zhì)命名的,所以不能把向心力看作是一種特殊性質(zhì)的力.
第二點(diǎn)是物體做勻速圓周運(yùn)動時,所需的向心力就是物體受到的合外力.
第三點(diǎn)是向心力的作用效果只是改變線速度的方向.
3.讓學(xué)生充分討論向心力的大小可能與哪些因素有關(guān),并設(shè)計實驗進(jìn)行探究活動.
4.講述向心加速度公式時,不僅要使學(xué)生認(rèn)識到勻速圓周運(yùn)動是向心加速度大小不變、方向始終與線速度垂直并指向圓心的變速運(yùn)動,在這里還應(yīng)把“向心力改變速度方向”與在直線運(yùn)動中“合外力改變速度大小”聯(lián)系起來,使學(xué)生全面理解“力是改變物體運(yùn)動狀態(tài)的原因”的含義,再結(jié)合無論速度大小或方向改變,物體都具有加速度,使學(xué)生對“力是物體產(chǎn)生加速度的原因”有更進(jìn)一步的理解.
教學(xué)重點(diǎn)理解向心力和向心加速度的概念.知道向心力大小F=mrω2=mv2/r,向心加速度的大小a=rω2=v2/r,并能用來進(jìn)行計算.
教學(xué)難點(diǎn)勻速圓周運(yùn)動的向心力和向心加速度都是大小不變,方向在時刻改變.
教具準(zhǔn)備投影儀、投影片、多媒體、CAI課件、向心力演示器、鋼球、木球、細(xì)繩.
課時安排1課時
三維目標(biāo)
一、知識與技能
1.理解向心加速度和向心力的概念;知道勻速圓周運(yùn)動中產(chǎn)生向心加速度的原因;
2.知道向心力大小與哪些因素有關(guān),理解向心力公式的確切含義,并能用來進(jìn)行計算.
二、過程與方法
1.懂得物理學(xué)中常用的研究方法,培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和研究能力;
2.培養(yǎng)學(xué)生探究物理問題的習(xí)慣,訓(xùn)練學(xué)生觀察實驗的能力和分析綜合能力.
三、情感態(tài)度與價值觀
1.通過a與r及ω、v之間的關(guān)系,使學(xué)生明確任何一個結(jié)論都有其成立的條件;
2.培養(yǎng)學(xué)生對現(xiàn)象的觀察、分析能力,培養(yǎng)將所學(xué)知識應(yīng)用到實際中去的思想.
教學(xué)過程
導(dǎo)入新課
由于勻速圓周運(yùn)動的速度方向時刻在變,勻速圓周運(yùn)動是變速曲線運(yùn)動,運(yùn)動狀態(tài)時刻在改變,所以做勻速圓周運(yùn)動的物體一定有加速度,所受合外力一定不為零.那么做勻速圓周運(yùn)動的物體所受合外力有何特點(diǎn)?加速度又如何呢?本節(jié)課我們就來共同學(xué)習(xí)這個問題.
推進(jìn)新課
一、向心力
演示實驗:在光滑水平桌面上,繩的一端拴住一個小球,繩的另一端固定于桌上,原來細(xì)繩處于松弛狀態(tài),用手輕擊小球,小球先做勻速直線運(yùn)動,當(dāng)繩繃直后,小球做勻速圓周運(yùn)動.
(用CAI課件,模擬上述實驗過程)
討論:1.繩繃緊前,小球為什么做勻速直線運(yùn)動?
2.繩繃緊后,小球為何做勻速圓周運(yùn)動?小球此時受到哪些力的作用?合外力是哪個力?這個力的方向有什么特點(diǎn)?這個力起什么作用?
結(jié)論:做勻速圓周運(yùn)動的小球,受到的繩的拉力就是它的合力,這個拉力方向始終指向圓心,方向不斷變化,不改變速度的大小,只改變速度的方向.
(1)概念:做勻速圓周運(yùn)動的物體受到的始終指向圓心的合力,叫做向心力.
向心力是根據(jù)力的作用效果命名的,不是一種新的性質(zhì)的力.
(2)向心力的作用效果:只改變運(yùn)動物體的速度方向,不改變速度大小.
向心力指向圓心,而物體運(yùn)動的方向沿切線方向,物體在運(yùn)動方向上不受力,速度大小不會改變,所以向心力的作用只是改變速度的方向,不改變速度的大小.
二、向心力的大小
體驗向心力的大?。好拷M學(xué)生發(fā)給用細(xì)線連結(jié)的鋼球、木球各一個,讓學(xué)生拉住繩的一端,讓小球盡量做勻速圓周運(yùn)動,改變轉(zhuǎn)動的快慢、細(xì)線的長短多做幾次.
引導(dǎo)學(xué)生猜想:向心力可能與物體的質(zhì)量、角速度、半徑有關(guān).
過渡:剛才同學(xué)們已猜想到向心力可能與m、v、r有關(guān),那么,我們的猜想是否正確呢?下面我們通過實驗來檢驗一下.
(介紹向心力演示器的構(gòu)造和使用方法)
構(gòu)造:(略)介紹各部分的名稱
使用方法:勻速轉(zhuǎn)動手柄,可以使塔輪以及長槽和短槽隨之勻速轉(zhuǎn)動,槽內(nèi)的小球就做勻速圓周運(yùn)動.使小球做勻速圓周運(yùn)動的向心力由橫臂的擋板對小球的壓力提供,球?qū)醢宓姆醋饔昧νㄟ^杠桿的作用使彈簧測力套筒下降,從而露出標(biāo)尺,標(biāo)尺上露出的紅白相間等方格可顯示出兩個球所受向心力的比值.
實驗操作:用質(zhì)量不同的鋼球和鋁球,使它們運(yùn)動的半徑r和角速度ω相同,觀察得到,向心力的大小與質(zhì)量有關(guān),質(zhì)量越大,向心力也越大.
用兩個質(zhì)量相同的小球,保持運(yùn)動半徑相同,觀察向心力與角速度之間的關(guān)系.
仍用兩個質(zhì)量相同的小球,保持小球運(yùn)動的角速度相同,觀察向心力的大小與運(yùn)動半徑之間的關(guān)系.
實驗結(jié)果:向心力的大小與物體質(zhì)量m、圓周半徑r和角速度ω都有關(guān)系.
通過控制變量法、定量測數(shù)據(jù)等,可以得到勻速圓周運(yùn)動所需的向心力大小為
F=mrω2
根據(jù)線速度和角速度的關(guān)系v=rω可得,向心力大小跟線速度的關(guān)系為
.
三、向心加速度
(1)加速度的方向
做勻速圓周運(yùn)動的物體,在向心力F的作用下必然要產(chǎn)生一個加速度,據(jù)牛頓運(yùn)動定律得到,這個加速度的方向與向心力的方向相同,始終沿半徑指向圓心.
做勻速圓周運(yùn)動的物體沿半徑指向圓心的加速度,叫做向心加速度.
(2)向心加速度的大小
根據(jù)向心力公式,結(jié)合牛頓運(yùn)動定律F=ma,推導(dǎo)得到:a=rω2或.
四、說明
(1)向心力的實質(zhì)就是做勻速圓周運(yùn)動的物體受到的合外力.
它是根據(jù)力的效果命名的,不是一種新的性質(zhì)的力,在受力分析時不能重復(fù)考慮.
(2)勻速圓周運(yùn)動的實質(zhì)是在大小不變、方向時刻變化的變力作用下的變加速曲線?運(yùn)動.
做勻速圓周運(yùn)動的物體,向心力的大小不變,方向總指向圓心,是一個大小不變方向時刻變化的變力.向心加速度也是大小不變方向時刻變化的,不是一個恒矢量.
思考與討論:
一個圓盤可繞通過圓盤中心O且垂直于盤面的豎直軸轉(zhuǎn)動,在圓盤上放置一個小木塊A,它隨圓盤一起運(yùn)動——做勻速圓周運(yùn)動,如圖所示.木塊受幾個力的作用?各是什么性質(zhì)的力?方向如何?木塊所受的向心力是由什么力提供的?
研究勻速圓周運(yùn)動要注意以下幾個問題:
1.正確分析物體的受力,確定向心力
由牛頓運(yùn)動定律可知,產(chǎn)生加速度的力是物體受到的各個力的合力.因此產(chǎn)生向心加速度的力是向心力,向心力一般是由合力提供,在具體問題中也可以是由某個實際的力提供,如拉力、重力、摩擦力等.
2.確定勻速圓周運(yùn)動的各物理量之間的關(guān)系
描述勻速圓周運(yùn)動的物理量主要是線速度、角速度、軌道半徑、周期和向心加速度.這里需要指出的是在計算中常常遇到π值的問題,一定注意帶入3.14而不是180°,因為圓周運(yùn)動中的角速度是以弧度/秒為單位的.例如鐘表的分針周期是60分鐘,求它轉(zhuǎn)動的角速度.根據(jù),那么=1.74×10-3弧度/秒.
3.要注意雖然圓周運(yùn)動向心加速度公式是從勻速圓周運(yùn)動推出的,但是它也適用于非勻速圓周運(yùn)動情況,可以是瞬時關(guān)系.
【例題剖析1】
汽車在水平彎道上拐彎,彎道半徑是r.如果汽車與地面的動摩擦因數(shù)為μ,那么為了不使汽車發(fā)生滑動的最大速率是()
A.B.C.D.
【教師精講】汽車在水平彎道上做圓周運(yùn)動,受到重力、支持力和靜摩擦力作用,其中重力和支持力大小相等,方向相反,作用力互相抵消.所以靜摩擦力一定沿彎道半徑指向圓心,提供向心力.
隨汽車行駛速率增大,需要的向心力也增大,則靜摩擦力增大.因此靜摩擦力達(dá)到最大值時,汽車速率不能再增大,否則會出現(xiàn)滑動.由牛頓運(yùn)動定律可得:
,N=mg
fm=μN(yùn)則,
,因此選項A正確.
【例題剖析2】如圖所示,在半徑等于R的半圓形碗內(nèi)有一個小物體從A點(diǎn)勻速滑下,下列說法中正確的是()
A.物體在下滑過程中,所受合力為零
B.物體滑到底端時,對碗底的壓力大于物體的重力
C.物體下滑過程中,所受合力不為零
D.物體滑到底端時,對碗底的壓力等于物體的重力
【教師精講】物體沿碗勻速下滑,是在豎直平面內(nèi)做勻速率圓周運(yùn)動.圓周運(yùn)動是變速運(yùn)動,因此一定有加速度,所以物體所受合力不能為零,選項A錯誤,選項C正確.物體下滑到碗底時,速度沿水平方向,但是此時向心加速度沿半徑指向圓心,即豎直向上.所以物體這時受到的豎直向上的支持力大于豎直向下的重力,選項B正確,選項D錯誤.
【例題剖析3】有一圓錐擺,其擺線所能承受的拉力是有一定限度的.在擺球質(zhì)量m一定,且保持?jǐn)[角θ不變時,下面說法正確的是()
A.角速度一定,擺線越長越容易斷
B.角速度一定,擺線越短越容易斷
C.線速度一定,擺線越長越容易斷
D.線速度一定,擺線越短越容易斷
【教師精講】圓錐擺是球在水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動,擺球受到重力和擺線拉力,它們的合力作向心力,沿水平方向指向圓心.設(shè)擺線長為l,擺線對球的拉力為T,如圖所示.由幾何關(guān)系可知,合力F=Tsinθ,軌道半徑r=lsinθ,因此根據(jù)牛頓定律F=Tsinθ=mω2lsinθ,,
則T=mω2l①
②
根據(jù)①式可以得知當(dāng)角速度一定時,拉力T和擺線長l成正比,所以選項A正確.根據(jù)②式可以得知當(dāng)線速度一定時,拉力T和擺線長l成反比,所以選項D正確.
五、鞏固練習(xí)
1.關(guān)于勻速圓周運(yùn)動的說法,以下說法正確的是()
A.因為,所以向心加速度與半徑成反比
B.因為a=ω2r,所以向心加速度與半徑成正比
C.因為,所以角速度與半徑成反比
D.因為ω=2πn,所以角速度與轉(zhuǎn)速成正比
2.擺角為θ的圓錐擺所受的向心力大小是()
A.mgB.mgsinθC.mgcosθD.mgtanθ
3.如圖所示,一輕桿一端固定一質(zhì)量為m的小球,以另一端O為圓心,使小球在豎直面內(nèi)做圓周運(yùn)動.以下說法正確的是()
A.小球過最高點(diǎn)時,桿受力可以是零
B.小球過最高點(diǎn)時的最小速率為rg
C.小球過最高點(diǎn)時,桿對球的作用力可以豎直向上,此時球受到的重力一定大于桿對球的作用力
D.小球過最高點(diǎn)時,桿對球的作用力一定豎直向下
4.關(guān)于向心力的說法正確的是()
A.物體受到向心力的作用才可能做勻速圓周運(yùn)動
B.向心力是指向圓心的力,是根據(jù)作用效果命名的
C.向心力可以是物體受到的幾個力的合力,也可以是某個實際的力或幾個力的分力
D.向心力的作用是改變物體速度的方向,不可能改變物體的速率
5.質(zhì)量為m的木塊從半球形的碗口下滑到碗底的過程中,如果由于摩擦力的作用使木塊的速率保持不變,那么()
A.因為速度大小不變,所以木塊的加速度為零
B.木塊下滑過程中所受的合力越來越大
C.木塊下滑過程中,加速度大小不變,方向始終指向球心
D.木塊下滑過程中,摩擦力大小始終不變
6.圓形軌道豎直放置,質(zhì)量為m的小球經(jīng)過軌道內(nèi)側(cè)最高點(diǎn)而不脫離軌道的最小速率為v.現(xiàn)在使小球以2v的速率通過軌道最高點(diǎn)內(nèi)側(cè),那么它對軌道的壓力大小為()
A.0B.mgC.3mgD.5mg
參考答案:
1.D2.D3.AC4.ABCD5.C6.C
課堂小結(jié)
這節(jié)課我們學(xué)習(xí)了向心力和向心加速度,掌握了它們大小的計算公式和方向特點(diǎn),進(jìn)一步明確了勻速圓周運(yùn)動的實質(zhì)——是在大小不變方向時刻變化的變力作用下的變加速曲線運(yùn)動.
布置作業(yè)
課本P72作業(yè)3、4、5.
板書設(shè)計
1.向心力
(1)概念:做勻速圓周運(yùn)動的物體受到的始終指向圓心的合力,叫做向心力.向心力是根據(jù)力的作用效果命名的,不是一種新的性質(zhì)的力.
(2)向心力的作用效果:只改變運(yùn)動物體的速度方向,不改變速度大小.
2.向心力的大小
向心力的大小與物體質(zhì)量m、圓周半徑r和角速度ω都有關(guān)系.
F=mrω2
根據(jù)線速度和角速度的關(guān)系v=rω可得,向心力大小跟線速度的關(guān)系為
.
3.向心加速度
(1)加速度的方向
做勻速圓周運(yùn)動物體的沿半徑指向圓心的加速度,叫做向心加速度.
(2)向心加速度的大小
根據(jù)向心力公式,結(jié)合牛頓運(yùn)動定律F=ma,推導(dǎo)得到a=rω2或.
活動與探究
感受向心力:
在一根結(jié)實的細(xì)繩的一端拴一個橡皮塞或其他小物體,掄動細(xì)繩,使小物體做圓周運(yùn)動(如圖所示).依次改變轉(zhuǎn)動的角速度、半徑和小物體的質(zhì)量,體驗一下手拉細(xì)繩的力(使小球運(yùn)動的向心力),在下述幾種情況下,大小有什么不同:使橡皮塞的角速度增大或減小,向心力是變大還是變?。桓淖儼霃絩盡量使角速度保持不變,向心力怎樣變化;換個橡皮塞,即改變橡皮塞的質(zhì)量m,而保持半徑r和角速度不變,向心力又怎樣變化.
做這個實驗的時候,要注意不要讓做圓周運(yùn)動的橡皮塞甩出去碰到人或其他物體.
高一物理教案:《速度改變快慢的描述-加速度》教學(xué)設(shè)計
俗話說,磨刀不誤砍柴工。高中教師要準(zhǔn)備好教案,這是高中教師的任務(wù)之一。教案可以讓學(xué)生能夠在教學(xué)期間跟著互動起來,讓高中教師能夠快速的解決各種教學(xué)問題。優(yōu)秀有創(chuàng)意的高中教案要怎樣寫呢?小編收集并整理了“高一物理教案:《速度改變快慢的描述-加速度》教學(xué)設(shè)計”,大家不妨來參考。希望您能喜歡!
高一物理教案:《速度改變快慢的描述-加速度》教學(xué)設(shè)計
教學(xué)目標(biāo)
教學(xué)要求知識目標(biāo)1、理解加速度的概念,知道加速度是表示速度變化快慢的物理量,知道它的定義、公式、符號和單位。 2、知道加速度是矢量,知道加速度的方向始終跟速度的改變量的方向一致,知道加速度跟速度改變量的區(qū)別。 3、知道什么是勻變速直線運(yùn)動,能從勻變速直線運(yùn)動的v—t圖像中理解加速度的意義。
能力 目標(biāo)通過對速度、速度的變化量、速度的變化率三者的分析比較,提高學(xué)生的比較、分析問題的能力。
教學(xué)重點(diǎn)1、速度的變化量 速度的變化率 的含義。 2、加速度的概念及物理意義。
教學(xué)難點(diǎn)加速度的理解
教學(xué)方法比較、分析、討論法
教具
教 學(xué) 過 程
教學(xué)過程設(shè)計學(xué)生活動
一.引入新課 這是兩物體的v—t圖像,都是勻變速直線運(yùn)動,同學(xué)們從圖中找一找速度隨時間的變化規(guī)律。 學(xué)生:甲圖中,物體的速度每秒變化5m/s, 乙圖中,物體的速度每5秒變化5m/s。 師:哪個物體的速度改變要快一些呢? 學(xué)生:甲物體,因為甲的速度每秒才改變1m/s。 師:對,今天我們就來引入一個新概念——加速度,來描述速度改變的快慢。 二.新課教學(xué) 1、請同學(xué)閱讀課本內(nèi)容,弄清其中的某些概念,然后提出問題,咱們共同解決。 提問:在勻變速直線運(yùn)動中,速度指的是什么速度?學(xué)生觀察并回答
教學(xué)過程設(shè)計學(xué)生活動
學(xué)生:是某時刻(或某位置)的瞬時速度。 提問:速度的改變量指的是什么? 學(xué)生:速度由v0經(jīng)一段時間t后變?yōu)関t,那 的差值即速度的改變量。用 表示。 老師: , 越大,表示的變化量越大,即速度改變的越快。對嗎?為什么。 學(xué)生甲:對,因為 大,當(dāng)然變化的快。 學(xué)生乙:不對。 大,如用了很長的時間,速度改變也不快。 學(xué)生丙:我同意乙的看法。要比較誰的速度改變的快慢,必須去找統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)比較。比如,比較物體勻速運(yùn)動速度的大小,必須用單位時間作出統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)區(qū)衡量,要比較速度改變的快慢,也必須找單位時間內(nèi)的速度的改變量。 老師總結(jié):丙同學(xué)說得非常好,加速度是表示速度改變的快慢,而不是指速度變化的多少,只有用速度的變化和時間的比值,即單位時間內(nèi)該量變化的數(shù)值(變化率)才能表示變化的快慢。 板書:加速度是表示速度改變快慢的物理量,它等于速度的改變跟發(fā)生這一改變所用時間的比值。表達(dá)式: 單位:m/s2、cm/s2 提問:那加速度是矢量,還是標(biāo)量,為什么,方向(由誰來決定)與誰的方向一致? 學(xué)生討論得出:速度是矢量,速度的變化 也是矢量,單位時間內(nèi)速度的改變量也是矢量。即a的方向就是vt—v0的方向。 提問:比值 是恒定的,具體的含義是什么? 學(xué)生討論得出:就是速度隨時間而均勻改變。 師:速度隨時間均勻地改變,叫勻變速直線運(yùn)動,也就是加速度不變的直線運(yùn)動。 2、例題分析 如圖請回答: (1)圖線①②分別表示物體做什么運(yùn)動? (2)①物體3秒內(nèi)速度的改變量是多少,方向與速度方向什么關(guān)系? (3)②物體5秒內(nèi)速度的改變量是多少?方向與其速度方向有何關(guān)系? (4)①②物體的運(yùn)動加速度分別為多少?方向如何呢?
學(xué)生討論
教學(xué)過程設(shè)計學(xué)生活動
分析①物體:①作勻變速直線運(yùn)動,3秒內(nèi)屬于的改變量為 ,方向與速度方向相同, 方向 方向相同,即a與v方向相同。 分析②物體:②作勻變速直線運(yùn)動,5秒內(nèi)速度的改變量為 ,說明 與v方向相反。 ,說明a方向與 方向相同,與v方向相反,作勻減速直線運(yùn)動。 強(qiáng)調(diào):加速度的正、負(fù)號只表示其方向,而不表示其大小。 3、鞏固性練習(xí) 某物體的速度-時間圖像如圖所示,則物體做 A、往復(fù)運(yùn)動 B、勻變速直線運(yùn)動 C、朝某一方向直線運(yùn)動 D、不能確定 三.小結(jié) 1、加速五度的概念及物理意義 2、速度的變化、速度的變化率的區(qū)別 3、勻變速直線運(yùn)動的v—t圖像中分析出v、a的大小、方向等。 四.作業(yè) P30練習(xí)五3、4、5學(xué)生討論
學(xué)生分析并回答
板書設(shè)計
加速度
學(xué)習(xí)內(nèi)容1.5、速度變化的快慢的描述——加速度
學(xué)習(xí)目標(biāo)1.理解加速度的物理意義,知道加速度是矢量。知道平均加速度和瞬時加速度。
2.通過對日常生活中有關(guān)加速度的實例的分析,進(jìn)一步體會變化率的概念及表達(dá)方式。
3.理解勻變速運(yùn)動的意義,能用v~t圖象表示勻變速直線運(yùn)動,并能通過圖象確定加速度。
學(xué)習(xí)重、難點(diǎn)1.加速度的的概念及加速度的適量性。
2.加速度方向與速度的關(guān)系。
學(xué)法指導(dǎo)自主、合作、探究
知識鏈接1.速度是描述物體運(yùn)動快慢的物理量,v=△x/△t,
2.討論課本的“思考與討論”。
學(xué)習(xí)過程用案人自我創(chuàng)新
問題1:如何比較不同物體運(yùn)動時速度變化的快慢?舉例說明。
2.加速度是。
定義式為:,其中各物理量分別表示:、、。在度國際單位中加速度的單位是。若一物體運(yùn)動的加速度為a=2m/s2,其物理意義為:。
問題3:結(jié)合課本圖1.5-2討論:直線運(yùn)動中加速度的方向與速度方向的關(guān)系,并回答:速度的變化△v是標(biāo)量還是矢量?
問題4:討論;加速度是標(biāo)量還是矢量?為什么?
例題5、根據(jù)給出的速度、加速度的正負(fù),對下列運(yùn)動性質(zhì)的判斷正確的是()
A.v0<0,a>0,物體先做加速運(yùn)動,后做減速運(yùn)動。
B.v0<0,a<0,物體做加速運(yùn)動
C.v0>0,a<0,物體先做減速運(yùn)動,后做加速運(yùn)動
D.v0>0,a=0,物體做勻速運(yùn)動
例題6、關(guān)于速度、速度的變化量、速度的變化率的關(guān)系是下列說法正確的是()
A.速度變化量越大,速度的變化率一定越大
B.速度越大,速度的變化量一定越大
C.速度的變化率為零,速度一定為零
D.速度很大,速度變化率可能很小,速度為零,速度變化率不一定為零
例題7、足球以8m/s的速度飛來,運(yùn)動員在0.2s的時間內(nèi)將足球以12m/s的速度反向踢出,足球在這段時間內(nèi)加速度的大小為m/s2,方向與m/s的速度方向相反。
問題8:P28“思考與討論”:圖中兩直線a、b分別是兩個物體運(yùn)動的v-t圖象。哪個物體運(yùn)動的加速度比較大?為什么?
問題9:根據(jù)v-t圖象如何求出加速度的數(shù)值?
例題10.課本“問題與練習(xí)”第3題。
達(dá)
標(biāo)
檢
測1.甲、乙為兩個在同一直線上沿規(guī)定的正方向運(yùn)動的物體,a甲=4m/s2,a乙=-4m/s2。那么,對甲、乙兩物體判斷正確的是()
A.甲的加速度大于乙的加速度。
B.甲、乙兩物體的運(yùn)動方向一定相反。
C.甲的加速度和速度方向一致,乙的加速度和速度方向相反。
D.甲、乙的速度量值都是越來越大。
2.一質(zhì)點(diǎn)做直線運(yùn)動,連續(xù)4s末的速度為Vl=lm/s,v2=2m/s,v3=4m/s,v4=8m/s,則這個質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動是()
A.勻速直線運(yùn)動B.勻加速直線運(yùn)動
C.勻減速直線運(yùn)動D.非勻變速直線運(yùn)動
3.關(guān)于直線運(yùn)動的下列說法正確的是()
A.勻速直線運(yùn)動的速度是恒定的,不隨時間而改變。
B.勻變速直線運(yùn)動的瞬時速度隨著時間而改變。
C.速度隨著時間而不斷增加的運(yùn)動,叫做勻加速直線運(yùn)動。
D速度隨著時間均勻減小的運(yùn)動,通常叫做勻減速直線運(yùn)動。
4.關(guān)于速度和加速度的關(guān)系,以下說法正確的是()
A、物體的速度越大,則加速度也越大;
B、物體的速度變化越大,則加速度越大;
C、物體的速度變化越快,則加速度越大;
D、物體加速度的方向,就是物體速度的方向。
5.質(zhì)點(diǎn)以2m/s2的加速度做勻加速運(yùn)動,下列說法正確的是()
A、質(zhì)點(diǎn)的加速度越來越大;
B、質(zhì)點(diǎn)的速度每經(jīng)1s增加2m/s;
C、質(zhì)點(diǎn)在任ls內(nèi)位移比前l(fā)s內(nèi)位移大2m;
D、質(zhì)點(diǎn)在任ls內(nèi)平均速度比前1s內(nèi)平均速度大2m/s。
6.下列說法正確的是()
A.物體的速度改變量大,其加速度一定大B.物體用加速度時,速度就增大
C.物體的加速度大,速度一定大D.物體的速度變化率大,加速度一定大
7.關(guān)于勻變速直線運(yùn)動的下列說法正確的是()
A.勻變速直線運(yùn)動是加速度不變的運(yùn)動B.勻加速直線運(yùn)動是加速度不斷增加的運(yùn)動
C.勻減速直線運(yùn)動是加速度不斷減小的運(yùn)動
D.變速直線運(yùn)動是速度發(fā)生變化而加速度不變的運(yùn)動
8.以下對加速度的理解正確的是()
A.加速度是增加的速度B.加速度是描述速度變化快慢的物理量
C.一10m/s2比10m/s2小
D.加速度方向可與初速度方向相同,也可相反
9.初速為零的勻加速直線運(yùn)動,第1s內(nèi)、第2s內(nèi)、第3s內(nèi)速度的改變量之比為△v1:△v2:△v3=___________;第1s末、第2s末、第3s末的速度之比為v1:v2:v3=_____________。
學(xué)
習(xí)
反
思
布置作業(yè)