第一篇：高中物理《能源的開發(fā)與利用》教案教科版解析

能源的開發(fā)與利用

教學(xué)流程

案例引→出學(xué)生討論：能源危→機能源開發(fā)（環(huán)境問題）綜合運用 教學(xué)目標(biāo) １．知識與技能

（１）知道什么是能源。知道什么是一次能源、二次能源。

（２）能夠區(qū)分可再生能源和不可再生能源。知道哪些能源是常規(guī)能源、哪些能源是新能源。２．過程與方法

采用探究式教學(xué)法。授課思維基本框架：發(fā)現(xiàn)問題（能源危機→）分析討論（能源特點、能源形勢→）解決問題（發(fā)現(xiàn)新能源、應(yīng)用新能源→）思想道德教育（憂患意識、節(jié)能意識、環(huán)保意識）

３．情感態(tài)度與價值觀

（１）通過學(xué)生的積極參與，培養(yǎng)學(xué)生的開放思維和大局觀，提高學(xué)生的分析表達能力。

（２）熟習(xí)我國乃至世界的能源形式，能夠思考能源問題的重要性和主要出路。樹立自覺的節(jié)能意識和環(huán)保意識。

教學(xué)重點 能源的開發(fā)和利用 教學(xué)難點

怎樣辨別一次、二次能源，可再生和不可再生能源。教學(xué)方法 開放式討論 教學(xué)器材

太陽能演示器、風(fēng)車 教學(xué)環(huán)境

通風(fēng)、采光的科技室或露天英語角 教學(xué)實錄

一、引入新課

教師：現(xiàn)在我們大量使用能源——電能，但實際消耗的還是轉(zhuǎn)化成電能的其它能源——目前我國主要還是消耗化石燃料。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進步，特別是近三、四十年以來，隨著工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的現(xiàn)代化，人們的生活也漸趨現(xiàn)代化，使能量消耗的增長趨勢十分明顯，為了便于比較，我們把各種能源的消耗量都折合成燃燒值為2.93×107焦／千克的標(biāo)準(zhǔn)煤計算（在1950年是26億噸，1987年就是110多億噸，估計到2000年要超過200億噸）。我們國家的能源消耗量也在迅速增加，1953年全國能源消耗僅為0.54億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，到1992年已達到10.89億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，增加了近20倍，預(yù)計到2000年將增加到14～17億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，幾乎接近20世紀(jì)初全世界1年能源消耗的總量。能源消耗的迅速增長。

會不會引起“能源危機”呢？人類能不能解決這個問題呢？ 學(xué)生：煤和石油越采越少，人類可能要出現(xiàn)能源危機。教師：怎么辦？

學(xué)生：人們可以尋找新的能源。

教師：今天我們就來討論一下有關(guān)能源的問題——能源的開發(fā)與利用

二、新課教學(xué)

1、一次能源和二次能源

教師：汽油、柴油都是從石油提煉出來的。那么煤、石油、天然氣等等是從哪里來的呢？ 學(xué)生：地下開采出來的。

教師：地下的這些東西又是從哪里來的呢？

學(xué)生：煤、石油、天然氣都是由古代的動物、植物經(jīng)過長時間的地質(zhì)變遷中形成的。

教師：對于這類型的能源我們把它們統(tǒng)稱為化石燃料。化石燃料、水能、風(fēng)能、太陽能等等都是由自然界提供的能源叫做一次能源。

教師：一次能源是自然界直接提供的能源。教室里點燈，工廠里開動機器都要用電能，電能是哪里來的呢？火箭所使用的燃料——氫又是怎么得到的？

學(xué)生：電能是由發(fā)電廠供給的；電能可由化學(xué)能、水能、風(fēng)能甚至還可由太陽能轉(zhuǎn)化而來。教師：同學(xué)們說得都對。火電廠把煤、石油等化石燃料轉(zhuǎn)化成電能；水電站把水流能轉(zhuǎn)化成電能；干電池、蓄電池把化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能；太陽能電池把太陽能轉(zhuǎn)化成電能，??電能是由化石燃料、水能、風(fēng)能、太陽能等等自然界直接提供的能源轉(zhuǎn)化而來的，所以叫做二次能源。

2．能源危機

教師：請同學(xué)們談?wù)勎覀儑夷壳暗哪茉葱问健Ｒ龑?dǎo)學(xué)生分析得：（鼓勵學(xué)生參與討論，適當(dāng)引導(dǎo)，盡可能的提高積極性。）（1）國的能源比較豐富，但其分布很不均勻

（2）在一次性能源的構(gòu)成中，煤炭仍然占有主要地位，（3）內(nèi)陸和中西部城鎮(zhèn)主要以煤和火電為主；廣大農(nóng)村和邊遠地區(qū)大多正從使用農(nóng)作物秸稈等生物能源。

（4）人均能源資源不足。我國是世界第三大能源生產(chǎn)國和第二大能源消費國，而我國能源短缺，特別是油氣資源短缺已成為制約我國經(jīng)濟發(fā)展的重要因素。

相關(guān)數(shù)據(jù)——煤炭、石油和天然氣的人均資源占有量只有95t，世界平均值為209t，約是世界人均值的1/2；我國人均石油可采儲量3t，世界平均值為28t，約為世界平均值的1/10。我國人均能源消費量不足1.2噸標(biāo)準(zhǔn)煤，居世界89位，不足世界人均能源消費水平的一半，僅占發(fā)達國家的1/5～1/10。其中人均消費650kg標(biāo)準(zhǔn)煤，是世界平均額的95%；人均消費石油相當(dāng)145kg標(biāo)準(zhǔn)煤，為世界平均數(shù)的16.8%；人均消費天然氣相當(dāng)17.7kg標(biāo)準(zhǔn)煤，為世界平均數(shù)的3.9%；人均消費電力501.5kWh，為世界平均水平的25%。

（5）是能源消費結(jié)構(gòu)不合理，突出存在著一低兩高：即電能消費比例低，非商品生物能源消費量高，一次性商品能源消費中原煤消費比重高。原煤消費達到75%，遠高于26.2%的世界平均水平。

（6）是我國能源消費系數(shù)高，效率低，主要表現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)耗能高。據(jù)有關(guān)專家預(yù)測，我國主要耗能產(chǎn)品的單位產(chǎn)品能耗比國際先進水平高30%以上。能源系統(tǒng)的總效率低下，不到發(fā)達國家的1/2。這說明我國能源從開采、加工、轉(zhuǎn)換、輸送、分配到終端利用的全過程中,有70%～80%被損失和浪費了。從單位GDP能源消費看，我國的能源效率也處于世界上很低的水平。

（7）是環(huán)境形勢嚴(yán)峻。我國一次能源以煤為主，嚴(yán)重污染環(huán)境。

相關(guān)數(shù)據(jù)——SO2的排放量居世界第一位，酸雨的覆蓋面積已超過國土面積的30%，CO2的排放量占全球總排放量的13%，列世界第二位。燃煤造成的SO2、CO2、NOx及TSP的排放量分別約占85%、85%、60%和70%。隨著政府和公眾社會對環(huán)境問題的日益關(guān)注，環(huán)境法規(guī)越來越嚴(yán)格，對煤炭利用市場尤其是高硫煤的銷售，造成了較大的影響。《中國21世紀(jì)議程》提出：“到本世紀(jì)末，全國二氧化硫總排放量控制在2100～2300萬t”。1998年1月國務(wù)院簽發(fā)的《國務(wù)院關(guān)于酸雨控制區(qū)和二氧化硫污染控制區(qū)有關(guān)問題的批復(fù)》指出：(1)禁止新建煤層含硫分大于3%的礦井，建成的生產(chǎn)煤層含硫分大于3%的礦井，逐步限產(chǎn)或關(guān)停。(2)禁止在大中城市及遠郊區(qū)新建燃煤電廠。北京市甚至還規(guī)定，將在四環(huán)路以內(nèi)城區(qū)取消燃煤鍋爐。可以說，日益嚴(yán)格的環(huán)保要求對煤炭的開發(fā)利用帶來了影響。

3．新能源的開發(fā)與利用

教師：同學(xué)們說得很好，我國的能源問題非常的餓嚴(yán)峻，大家考慮一下有什么辦法可以緩解或更好的辦法來解決我國的能源問題？解決能源問題的主要出路再何方？

資料：化石燃料、水流能、風(fēng)能等都來源于太陽光的輻射，即太陽能。太陽每秒鐘要向周圍空間輻射26173.8×10焦的能量，其中到達地球表面的太陽能只有1.7×10焦，但仍有大量的太陽能還沒有被利用。近年來發(fā)明的太陽灶、太陽能熱水器、太陽能電池等對太陽能的直接利用還剛剛開始。這里還有很大的潛力可挖。此外自然界還存在大量的潮汐能和地?zé)崮埽覈陀械膰乙言囼炗贸毕芎偷責(zé)崮軄戆l(fā)電，由 于有些技術(shù)問題還沒有解決，使造價過高，因此還沒有被廣泛采用。另外本世紀(jì)初還發(fā)現(xiàn)了原子核能（原子能），原子能已經(jīng)作為核潛艇、航空母艦和破冰船的核動力，也廣泛地用于核電站。

我們把化石燃料、水流能、風(fēng)能等人類早就應(yīng)用的能源叫做常規(guī)能源。把核能、太陽能、地?zé)崮堋⒊毕艿刃陆砰_始利用的能源叫做新能源。

解決能源問題的主要出路（所有數(shù)據(jù)老師把握，整個新能源的得出由學(xué)生分組討論得到）教師：開發(fā)和利用新能源是人類解決能源問題的主要出路。我國雖然蘊藏著豐富的煤炭資源，新油田也在不斷被發(fā)現(xiàn)，但是我國人口眾多，能耗巨大，節(jié)約常規(guī)能源的消耗，開發(fā)和利用新能源仍是我國的一項重要任務(wù)。

參考數(shù)據(jù)：全球再生能源可轉(zhuǎn)換成為二次能源的儲能為185.55億t標(biāo)準(zhǔn)煤，約為目前全球化石燃料消耗量的兩倍，說明再生能源大有可為。但是，除水能基本得到充分利用外（發(fā)達國家利用率90%，中國10％），很多再生能源有待開發(fā)。有資料表明，美國到2030年再生能源在總利用能源中比重可達30％，英國到2020年再生能源占總開發(fā)電量的20％，但是不少人對此并不太樂觀。對中國來說，首要的是開發(fā)水力資源和生物質(zhì)能，其次是發(fā)展地?zé)崮堋L(fēng)能和太陽能。太陽能和風(fēng)能的利用存在較大的新材料問題。

（1）.核能

核能是康價的清潔能源，核電占世界電能的17％，已建核電裝置400余座。但是由于核電站的安全與廢料處理問題，目前核電發(fā)展緩慢。盡管如此，核電裝置的改進仍在不斷地進行，其中有不少材料問題，現(xiàn)僅就正在開發(fā)的兩類核電裝置分述如下。

快中子增殖堆：現(xiàn)行裂變反應(yīng)堆所用燃料都是235U，而鈾礦中235U含量只有0.7％，98％以上是238U。快中子增殖堆就是將238U吸收一個中子轉(zhuǎn)變?yōu)?39Pu，以此為燃料可使鈾的利用率達70％。1200MW的快堆在法國己運行多年，但這種堆型存在一個嚴(yán)重的材料問題，即液體鈉的腐蝕，以致造成了多次泄漏事故。同時，半衰期很長的239Pu，也可造成嚴(yán)重污染。最近提出的“加速器驅(qū)動的核反應(yīng)堆”設(shè)想，就是利用擅變原理使239Pu，自循環(huán)，從而解決污染問題，我國在這方面正開展基礎(chǔ)研究工作。

可視為永久能源的聚變堆：兩個輕原子融合成重原子叫核聚變，它比核裂變產(chǎn)生的能量更大。氖和氟是氫的同位素，它們在一定條件下發(fā)生聚變反應(yīng)，釋放能量。海水中氛含量為0.034ｇ/kg，全球海水中氖含量多達ｌ0Uｔ，而每克氖相當(dāng)100Ｌ汽油，所以說一旦聚變堆開發(fā)成功，將成為永久能源.聚變反應(yīng)的點8-10火溫度高達5×10℃，在2×10秒內(nèi)注入100萬Ｊ的能量。目前歐美都己點火成功，但距商業(yè)化很遠，要在2050年或更長的時間才有可能。我國也有兩臺實驗裝置，用以探索物理原理，也可做一些材料研究。核聚變裝置對材料要求十分苛刻，如耐中子輻射、耐高溫和抗氫脆等。因此，材料是聚變堆能否實用化的關(guān)鍵因素。

（2）.太陽能（在有太陽光的地方展示太陽能電池板收集太陽能可以帶動小電風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)）

太陽照射到地面的能量相當(dāng)于全球能耗（1.1×10kW）的1.6萬倍，既無污染，又是永久性能源。可

2惜太陽輻射到地球的能量密度太低，只有1kW/m，還受氣候影響。太陽能的利用形式主要有兩種:－是熱能的直接利用，如利用鏡面或反射槽將太陽光聚焦在收集器上，由中間介質(zhì)吸熱產(chǎn)生蒸汽，推動氣輪機組發(fā)電，美國單臺容量己達80MW；另一種形式是利用小型太陽能裝置為房屋采暖供熱，現(xiàn)己大量應(yīng)用。4 研制高效、長壽、廉價的光伏轉(zhuǎn)換材料已成為目前能源新材料領(lǐng)域的重要課題。當(dāng)前不同材料的最高轉(zhuǎn)換效率為'非晶硅（薄膜，可鋪覆）為12.7％，理論上可達24％，缺點是穩(wěn)定性較差；多晶硅為17.7％，－種復(fù)雜結(jié)構(gòu)的多晶硅太陽能電池可達24.4％；單晶硅為28.7％，CdTe或Cds為13％；Cu(Ga,In)Te為17％，GaAs及GaInp可高達25％-30％。目前，太陽能電池組價格為每峰瓦４-5美元，估計要達到0.4美元左右才能在電價方面與常規(guī)發(fā)電相當(dāng)。近年來正在研制便于大規(guī)模制造的燃料納米半導(dǎo)體材料及有機光伏轉(zhuǎn)換薄膜。

盡管如此，在某些日照時間長、居民分散地區(qū)建立太陽能電站還是有意義的，因此發(fā)達國家都在積極開發(fā)太陽能，如美國“百萬屋頂計劃，德國”十萬屋頂“計劃及日本”1600個屋頂"太陽能電池系統(tǒng)等。我國對西部地區(qū)的開發(fā)應(yīng)把太陽能的利用列為重點，因為西部地區(qū)日照好、居民分散，適合發(fā)展太陽能。20世紀(jì)70年代美國有一個異想天開的計劃，就是在同步人造衛(wèi)星上裝兩個16km2的電池板和聚光系統(tǒng)，將所獲電能用微波傳到地面。由于在大氣層外陽光強度比地面高1.4倍，又不受氣候影響，據(jù)估計，由此得到的電能成本可與常規(guī)電能相比。但是，除了材料和技術(shù)問題以外，是否造成環(huán)境污染還需要論證。

（3）.風(fēng)力發(fā)電

太陽能在地面上約2％轉(zhuǎn)變?yōu)轱L(fēng)能，全球風(fēng)力用于發(fā)電功率可達11.3萬億kW，很有發(fā)展前景。風(fēng)能與風(fēng)速密切相關(guān)，我國沿海與西北地區(qū)的風(fēng)力資源豐富，大有作為，但風(fēng)車材料是關(guān)鍵。－個2.5MW的風(fēng)車，轉(zhuǎn)子葉片直徑要80ｍ，包括傳動箱的總重達30t；風(fēng)車高近百米，用材幾百噸。風(fēng)車葉片耍有足夠的9強度和抗疲勞性能（全壽命轉(zhuǎn)數(shù)要求10以上），目前主要采用玻璃鋼或碳纖維增強塑料，正向增強木材發(fā)展。雖然風(fēng)能發(fā)電裝置造價較高（1000美元／kW），但電價可與常規(guī)能源相比具有較強的可操作性。

（4）.氫能

氫被認為是理想能源，熱值高、無污染。但是氫作為能源，存在兩個問題，一是氫的來源，只能通過電解水，太陽能分解水，生物制氫，以及化工、冶金等流程制氫，這就需要消耗能源；二是氫在存儲、運輸及應(yīng)用過程中容易發(fā)生爆炸，加」氫對材料產(chǎn)生氫脆、氫腐蝕，以及氫滲漏等，所以近年來對儲氫材料的研究很多。－種儲氫方式是將材料與氫結(jié)禽成為氫化物，需要時加熱放氫，放完后還可繼續(xù)充氫。同時儲氫材料又是高能蓄電池的負極。儲氫材料都是金屬間化合物。這些金屬間化合物比重大，并有中毒問題，限制了其應(yīng)用并且成本很高。目前正在研究的納米碳管，其儲氫能力數(shù)倍于LaNi5受到廣泛關(guān)注。國內(nèi)外一些廠家利用上述儲氫合金制造氫能汽車，但由于有些技術(shù)問題有待解決，價格又無競爭能力，離產(chǎn)業(yè)化尚遠。

課堂討論：

1．資料《中國的能源消費》

中國地大物博資源豐富，能源也不例外，從幾種廣泛利用的常能源來看，儲量都比較大。從中可以看出。煤炭儲量居世界第3位，石油局每6位，天然氣導(dǎo)第16位，水力資源居世界第一位。

雖然我國的能源比較豐富，但其分布很不均勻。煤炭資源有60%分布在華北，水力資源有70%分布在西南。而經(jīng)濟發(fā)達、工業(yè)和人口比較集中（約占全國人口總數(shù)的37%）的南方八省一市能源卻比較缺乏（煤炭占全國的2%，水力占10%）能源生產(chǎn)的快速增長是從建國后開始的，同建國前相比，原煤產(chǎn)量增長近30倍，原油增長1000多倍，水電增長100多倍天然氣達到1400倍這足可以看出新中國的發(fā)展速度。從目前的統(tǒng)計數(shù)據(jù)看，在一次性能源的構(gòu)成中，煤炭仍然占有主要地位，占70%以上，而且工業(yè)燃料動力的84%可以說，煤炭在中國能源家族中，處于老大的地位。根據(jù)上述材料請同學(xué)談?wù)劇覈茉葱蝿菁皯?zhàn)略之我見。

２．請幾位同學(xué)說出他們喜歡的城市。請他們做這幾個城市的市長，要他們談?wù)勗撌心茉窗l(fā)展的整體規(guī)劃。（附中國地圖）

點

評

整個這節(jié)課的要求資料準(zhǔn)備充分。課型本人主張開放性教學(xué)。在隨意、自由的課堂討論中學(xué)習(xí)物理知識，達到教學(xué)目的。教學(xué)但不感覺到課堂的局限，寓教于樂，寓教于無形。學(xué)生的大膽發(fā)言是老師首要提倡的。物理口頭表達能力的培養(yǎng)也是這一節(jié)課的訓(xùn)練重點。著重改變學(xué)生有水倒不出的難題，提高他們的思維表達能力在這堂課的教學(xué)中尤為重要。不拘泥于備課資料，隨堂應(yīng)變，充分調(diào)動學(xué)生的積極性活躍課堂。主題是培養(yǎng)學(xué)生的憂患意識、節(jié)能意識、環(huán)保意識和對社會發(fā)展的主人翁精神。

第二篇：高中物理《人造衛(wèi)星宇宙速度》教案教科版解析

人造衛(wèi)星 宇宙速度

教學(xué)目的:

1．了解人造衛(wèi)星的有關(guān)知識

2．掌握第一宇宙速度的推導(dǎo)。了解第二、第三宇宙速度的意義。教學(xué)重點：第一宇宙速度的推導(dǎo) 教學(xué)難點：發(fā)射速度與環(huán)繞速度的區(qū)別 教學(xué)方法:啟發(fā)、講授 教學(xué)過程： 一 導(dǎo)入新課

1．問：在高山上用不同的水平初速度拋出一個物體，不計空氣阻力，它們的落地點相同嗎？

學(xué)生：它們的落地點不同，速度越大，落地點離山腳越遠.因為在同一座高山上拋出，它們在空中運動的時間相同，速度大的水平位移大，所以落地點也較遠。

教師：假設(shè)被拋出物體的速度足夠大，物體的運動情形又如何呢？ 學(xué)生進行猜想。

教師總結(jié)，并用多媒體模擬。

如果地面上空有一個相對于地面靜止的物體，它只受重力的作用，那么它就做自由落體運動，如果物體在空中具有一定的初速度，且初速度的方向與重力的方向垂直，那么它將做平拋運動，牛頓曾設(shè)想過：從高山上用不同的水平速度拋出物體，速度一次比一次大，落地點也一次比一次離山腳遠，如果沒有空氣阻力，當(dāng)速度足夠大時，物體就永遠不會落到地面上來，它將圍繞地球旋轉(zhuǎn)，成為一顆繞地球運動的人造地球衛(wèi)星，簡稱人造衛(wèi)星。1970年4月24日,我國發(fā)射了第一顆人造地球衛(wèi)星, 到現(xiàn)在我國已發(fā)射了多顆人造地球衛(wèi)星。1975年,我國就掌握了使衛(wèi)星返回地面的回收技術(shù),成為世界上第三個掌握這種先進技術(shù)的國家。1984年4月8日, 我國發(fā)射了一顆試驗通訊衛(wèi)星, 把衛(wèi)星準(zhǔn)確地運送到指定位置的同步軌道上。這是一個難度非常大的多維控制問題.同步衛(wèi)星的定點成功, 標(biāo)志著我國在運載火箭和衛(wèi)星技術(shù)方面已加入世界先進行列。近幾年,我國一直利用火箭為其它國家發(fā)射衛(wèi)星。這節(jié)課我們來學(xué)習(xí)人造地球衛(wèi)星的基本知識。

2．人造衛(wèi)星的分類

a．軌道分類：同步衛(wèi)星、極地衛(wèi)星、任一軌道衛(wèi)星。

b．用途分類：通訊衛(wèi)星、軍事衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星等等。3．同步衛(wèi)星

1．軌道；一定在赤道上空。

2．必須有一定的高度、周期、線速度、角速度。（為什么？）

3．引入：那么人造衛(wèi)星的軌道半徑和它的運動速率之間有什么關(guān)系呢？本節(jié)課我們就來學(xué)習(xí)這個問題。

二 新課教學(xué)

（一）宇宙速度

1．設(shè)一顆人造衛(wèi)星沿圓形軌道繞地球運轉(zhuǎn)。

①教師：衛(wèi)星繞地球運轉(zhuǎn)的向心力由什么力提供？

學(xué)生：由衛(wèi)星所受地球的萬有引力來提供。

②據(jù)上述關(guān)系你能得到什么表達式？

學(xué)生：＝mr

③所以我們得到,T=2л

教師：在公式中，M為地球質(zhì)量，G為引力恒量，r為衛(wèi)星軌道半徑。此式為衛(wèi)星繞地球正常運轉(zhuǎn)的線速度(環(huán)繞速度)和運行周期表達式。

2．討論v、T與r之間的關(guān)系：

學(xué)生：由于GM一定，r越小，線速度v越大，反之，r越大，v越小.即：r↑→v↓ 同理：r↑→T↑,對于人造衛(wèi)星vmax=7.9km/s,Tmin=84.4min

教師：由此我們得到：距地面越高的衛(wèi)星運轉(zhuǎn)速率越小。那么，是向高軌道發(fā)射困難，還是向低軌道發(fā)射衛(wèi)星困難呢？

學(xué)生：向高軌道發(fā)射衛(wèi)星比向低軌道發(fā)射衛(wèi)星要困難，因為向高軌道發(fā)射衛(wèi)星，火箭要克服地球?qū)λ囊ψ龈嗟墓Α?/p>

3．對于靠近地面運行的人造衛(wèi)星，求解它繞地球的速率

對于靠近地面運行的人造衛(wèi)星，可以認為此時的r近似等于地球的半徑R，則

或者：mg=mv/r v

2==7.9km/s

教師：這個速度就是人造衛(wèi)星在地面附近繞地球做勻速圓周運動所必須具有的速度，叫第一宇宙速度。

4．討論：

①第一宇宙速度是衛(wèi)星繞地球的最大速度，為什么？

②為什么說第一宇宙速度是發(fā)射人造衛(wèi)星的最小速度

學(xué)生討論后，教師總結(jié)：

第一宇宙速度v=7.9km/s可理解成：

(1)是發(fā)射衛(wèi)星進入最低軌道所必須具有的最小速度。

(2)是衛(wèi)星進入軌道正常運轉(zhuǎn)的最大環(huán)繞速度，即所有衛(wèi)星的環(huán)繞速度均小于7.9km/s。

過渡：如果衛(wèi)星進入地面附近的軌道速度大于7.9km/s,此時衛(wèi)星的運行軌道又如何呢？

5．教師講解，并用多媒體模擬：

①當(dāng)人造衛(wèi)星進入地面附近的軌道速度大于7.9km/s,而小于11.2 km/s,它繞地球運動的軌跡就不是圓形，而是橢圓。

②當(dāng)衛(wèi)星從地面飛出時的速度大于或等于11.2km/s時，衛(wèi)星就會脫離地球的引力，不再繞地球運行，為太陽的行星這個速度叫做第二宇宙速度，也叫脫離速度。

③當(dāng)衛(wèi)星從地面上飛出時的速度大于或等于16.7km/s,則能脫離太陽的束縛，進入太陽系以外的宇宙空間中去，這個速度叫做第三宇宙速度，也叫逃逸速度。

（二）地球同步衛(wèi)星

下面我們再來研究一種衛(wèi)星──同步通信衛(wèi)星。這種衛(wèi)星繞地球運動的角速度與地球自轉(zhuǎn)的速度相同，所以從地面上看，它總在某地的正上方，因此叫同步衛(wèi)星。這種衛(wèi)星一般用于通訊，又叫同步通訊衛(wèi)星。我們平時看電視實況轉(zhuǎn)播時總聽到解說員所說的太平洋上空或印度洋上空的衛(wèi)星都是通訊衛(wèi)星，在北京上空有沒有同步衛(wèi)星呢？同步衛(wèi)星有何特點呢？ 若在北緯或南緯某地上空真有一顆同步衛(wèi)星，那么這顆衛(wèi)星軌道平面的中心應(yīng)是地軸上的某點，而不是地心，其需要的向心力也指向這一點。而地球所能夠提供的引力只能指向地心，所以北緯或南緯某地上空是不可能有同步衛(wèi)星的。另外由于同步衛(wèi)星的周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同，所以此衛(wèi)星離地球的距離只能是一個定值。換句話說，所有地球的同步衛(wèi)星只能分布在赤道正上方的一條圓弧上，而為了衛(wèi)星之間不相互干擾，大約3度角左右才能放置一顆衛(wèi)星，地球的同步通訊衛(wèi)星只能有120顆。可見，空間位置也是一種資源。(讓學(xué)生推導(dǎo)同步衛(wèi)星的高度)。

同步通訊衛(wèi)星的特點：1．在赤道平面內(nèi)。2．與地球自轉(zhuǎn)方向相同。3．高度一定。值得說明的是：衛(wèi)星在發(fā)射的過程中處于超重狀態(tài)，和在升降機中相同。衛(wèi)星進入軌道，在正常運行的過程中，衛(wèi)星中的物體處于完全失重狀態(tài)，凡是工作原理與重力有關(guān)的儀器（天平，水銀氣壓計）在衛(wèi)星中都不能正常使用，凡是與重力有關(guān)的實驗都無法進行。地球同步衛(wèi)星是指運轉(zhuǎn)周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同，與地球同步轉(zhuǎn)動，相對于地面上某一點始終保持靜止的人造衛(wèi)星。有一下特點：

（1）周期、角速度與地球相同，即T＝24h（2）軌道確定。因為ω、T與地球相同，又在做勻速圓周運動，所以只能在赤道面上與地球自轉(zhuǎn)同步，所有地球同步衛(wèi)星的軌道均在赤道平面內(nèi)，且離地面的高度和環(huán)繞速度相同。

三 鞏固練習(xí)

1．發(fā)射一個用來轉(zhuǎn)播電視節(jié)目的同步衛(wèi)星，應(yīng)使它與地面相對靜止，已知地球半徑為6400km,問此衛(wèi)星應(yīng)發(fā)射到什么高度？（h=-R=3.59χ104km）

2．宇航員坐在人造衛(wèi)星里，試說明衛(wèi)星在發(fā)射過程中人為什么會產(chǎn)生超重現(xiàn)象？當(dāng)衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動時又為什么會產(chǎn)生完全失重現(xiàn)象？

3．在環(huán)繞地球運行的宇宙飛船的實驗艙內(nèi)，下面幾項實驗中可以正常進行的是（CD）

A．用天平稱物體的質(zhì)量

B．同彈簧秤稱物體的重力

C．上緊鬧鐘上的發(fā)條

D．用體溫表測宇航員的體溫

4.關(guān)于第一宇宙速度，下面說法正確的是(BC)A．它是人造地球衛(wèi)星繞地球飛行的最小速度

B．它是近地圓形軌道上人造地球衛(wèi)星的運行速度

C．它是使衛(wèi)星進入近地圓形軌道的最小發(fā)射速度

D．它是衛(wèi)星在橢圓軌道上運行時在近地點的速度

5．某行星的衛(wèi)星，在靠近行星的軌道上飛行，若要計算行星的密度，需要測出的物理量是(D)A．行星的半徑

B．衛(wèi)星的半徑

C．衛(wèi)星運行的線速度

D．衛(wèi)星運行的周期

6．關(guān)于人造地球衛(wèi)星與宇宙飛船的下列說法中，正確的是(AB)A．如果知道人造地球衛(wèi)星的軌道半徑和它的周期，再利用萬有引力恒量，就可算出地球質(zhì)量

B．兩顆人造地球衛(wèi)星，只要它們的繞行速率相等，不管它們的質(zhì)量、形狀差別有多大，它們的繞行半徑和繞行周期就一定是相同的

C．原來在同一軌道上沿同一方向繞行的人造衛(wèi)星一前一后，若要后一衛(wèi)星追上前一衛(wèi)星并發(fā)生碰撞，只要將后者速率增大一些即可

D．一只繞火星飛行的宇宙飛船，宇航員從艙內(nèi)慢慢走出，并離開飛船，飛船因質(zhì)量減小，所受萬有引力減小，故飛行速度減小

第三篇：高中物理.《簡諧運動的圖像和公式》教案教科版選修解析

《簡諧運動的圖像》



一、教學(xué)三維目標(biāo) 

（一）知識與技能



1、知道振動圖像的物理含義。



2、知道簡諧運動的圖像是一條正弦或余弦曲線。

3、能根據(jù)圖象知道振動的振幅、周期和頻率。

（二）過程與方法



1、學(xué)會用圖象法、列表法表示簡諧運動位移隨時間變化規(guī)律，提高運用工具解決物理問題的能力。



2、分析簡諧運動圖像所表示的位移，速度、加速度和回復(fù)力等物理量大小及方向變化的規(guī)律，培養(yǎng)抽象思維能力。

（三）情感態(tài)度與價值觀



1、描繪簡諧運動的圖像，培養(yǎng)學(xué)生認真、嚴(yán)謹(jǐn)、實事求是的科學(xué)態(tài)度。

2、從圖像了解簡諧運動的規(guī)律，培養(yǎng)學(xué)生分析問題的能力，以及審美能力（逐步認識客觀存在著簡潔美、對稱美等）。

二、重點、難點、疑點及解決辦法 

1、重點

（1）簡諧運動圖像的物理意義。（2）簡諧運動圖像的特點。

2、難點

（1）用描點法畫出簡諧運動的圖像。（2）振動圖像和振動軌跡的區(qū)別。

（3）由簡諧運動圖像比較各時刻的位移、速度、加速度和回復(fù)力的大小及方向。

3、疑點

能用正弦（或余弦）圖像判定一個物體的振動是否是簡諧運動。

4、解決辦法

（1）通過對顆閃照相的分析，利用表格，通過作圖比較，認識簡諧運動的特點。（2）復(fù)習(xí)數(shù)學(xué)中的正弦（或余弦）圖像知識；比較幾種典型運動（勻速直線運動，勻加速、勻減速直線運動）的圖像與簡諧運動圖像的區(qū)別。



三、課時安排 1課時



四、教具、學(xué)具準(zhǔn)備

自制幻燈片、幻燈機（或多媒體課件）、音叉（帶共鳴箱）（附小槌、靈敏話筒、示波器）。

五、學(xué)生活動設(shè)計



1、學(xué)生觀看多媒體課件，觀察振子的簡諧運動情況及其頻閃照片、位移一時間變化表格。



2、學(xué)生根據(jù)表格畫出s-t圖



3、學(xué)生分組討論，確定振子在各時刻的位移、速度、回復(fù)力和加速度的方向。

六、教學(xué)步驟 ［導(dǎo)入新課］

提問



1、在勻速直線運動中，設(shè)開始計時的那一時刻位移為零，則運動的位移圖像是一條什么線？（是一條過原點的直線）



2、在勻變速直線運動中，設(shè)開始計時的那一時刻位移為零，則運動的位移圖像是一條什么線？ （根據(jù)s＝

at,運動的位移圖像是一條過原點的拋物線）

2那么，簡諧運動的位移圖像是一條什么線？ ［新課教學(xué)］

多媒體課件（或幻燈）顯示。觀察氣墊導(dǎo)軌上彈簧振子的振動情況，這是典型的簡諧運動。

觀察振子從離平衡位置最左側(cè)20mm處向右運動的1/2周期內(nèi)頻閃照片，以及接下來1/2周期內(nèi)的頻門照片，已知頻閃的頻率為9.0Hz提問，相鄰兩次閃光的時間間隔t。是多少？

時間t0＝s＝0.11s 提問，頻閃照片上記錄下來什么？

（照片上記錄下來每隔t0振子所在的位置）

取平衡位置的右方為正方向。根據(jù)頻門照片上的讀數(shù)，列出位移。隨時間；變 化的表格，閱讀課本P163的內(nèi)容。

請同學(xué)獨立作圖，以縱軸表示位移X，橫軸表示時間t，根據(jù)表格數(shù)據(jù)在坐標(biāo)平面上一一描出各個點，并用平滑曲線將各點連接起來，看看究竟是一條什么線？ 簡諧運動的位移圖像是一條余弦（或正弦）曲線。

一、簡諧運動的圖像的物理意義

簡諧運動的圖像表示振子對平衡位置的位移隨時間變化的規(guī)律，簡稱x-t圖像。注意：不要把簡諧運動的圖像和振子運動的軌跡混為一談，簡諧運動的圖像不是振子運動的軌跡。

例題設(shè)水平彈簧振子從平衡位置向正方向運動起開始計時。（1）畫出歷時一周期的振動圖像。（2）在上述圖像中標(biāo)出圖。



3、在上述圖像中標(biāo)出振子在上述時刻的速度方向。



4、在上述圖像中標(biāo)出振子在上述時刻的加速度方向。（上述各問可讓同學(xué)討論后回答）

（復(fù)合幻燈片展示，或多媒體課件展示）

從圖像中可以得出的物理量有

①振幅

②振動的周期T

③某時刻振子的位移大小及方向

④某時刻振子的速度方向

⑤某時刻振子的加速度方向

二、簡諧運動圖像中正弦曲線和余弦曲線

圖9-2中（甲）圖表示振子從平衡位置向正向最大位移處運動。

（乙）圖表示振子從正向最大位移處向平衡位置運動。

等時刻的位移矢量 3



甲

 乙

圖9-2



三、振動圖像的廣泛應(yīng)用 心電圖、腦電圖、地震圖等。

（四）總結(jié)、擴展



1、簡諧運動圖像表示了做簡諧運動質(zhì)點的位移隨時間變化的規(guī)律。是一條正弦（或余弦）函數(shù)圖像，它不是質(zhì)點運動的軌跡。



2、在簡諧運動圖像上可以知道振幅、周期的大小，可以判斷位移X、速度v，加速度a、回復(fù)力F的方向，還可以比較其大小。



3、一切復(fù)雜的振動都不是簡諧運動，但它們都可以看做是若于個振幅和頻率不同的簡諧運動的合運動。

演示：用發(fā)聲的音叉通過示波器顯示音叉振動的圖像，反過來振動圖像又可以判斷物體的振動是否是簡諧運動。

七、作業(yè)與思考 

（一）作業(yè)題



1、P167練習(xí)三：①②③ 

2、小聚焦本節(jié)練習(xí)

（二）思考題



1、如圖所示的簡諧運動中，物體在第1s內(nèi)通過的路程是（）A、5cm B、10cm

C、15cm

D、20cm

2、做簡諧運動的物體的位移—時間曲線如圖所示，由圖可知，t＝4s時物體的 A、速度為正的最大值，加速度的為零

B、速度為負的最大值，加速度為零

C、速度為零，加速度為正的最大值

D、速度為零，加速度為負的最大值

3、一物體沿x軸做簡諧運動，振動圖像如圖所示，當(dāng)t＝2s時，振動物體

A、向＋x方向運動，加速度有正的最大值

B、向－x方向運動，加速度有負的最大值

C、向＋x方向運動，速度有最大值

D、向－x方向運動，速度有最大值

4、圖9-6為某原點振動圖像，從圖可知 A、第3秒內(nèi)質(zhì)點的位移是－5cm B、第2秒內(nèi)和第3秒的動量方向相同 C、第2秒內(nèi)回復(fù)力做正功 D、第2秒內(nèi)的加速度在逐漸增加

（思考題答案：

1、B

2、D

3、D

4、AD）

八、板書設(shè)計



三、簡諧運動的圖像 

一、簡諧運動圖像的物理意義

簡諧運動的圖像表示振子對平衡位置的位移隨時間變化的規(guī)律。從圖像中可以了解到哪些物理量？ ①振幅 ②推動的周期T ③某時刻振子的位移大小及方向 ④某時刻振子的速度方向 ⑤某時刻振子的加速度方向



二、簡諧運動圖像中正弦曲線和余弦曲線的物理含義 

三、振動圖像的廣泛應(yīng)用

第四篇：高中物理《超重與失重》教案 教科版必修1

超重與失重

教學(xué)目標(biāo)

1、知識目標(biāo)：

（1）知道什么是超重和失重．

（2）知道產(chǎn)生超重和失重的條件．

2、能力目標(biāo)：觀察能力、對知識的遷移能力

3、情感目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，開闊視野． 教學(xué)重點：超重和失重的實質(zhì)

教學(xué)難點：在超重和失重中有關(guān)對支持物的壓力和對懸掛物的拉力的計算。

教學(xué)儀器：紙帶、彈簧秤、鉤碼、體重計、塑料瓶、水、書本。教學(xué)過程：

一、引入新課

師：將一條紙帶對折后下面掛上鉤碼，想一想只用一只手能不能把紙帶拉斷？

生：動手實驗。

師：紙帶既然能夠承受鉤碼的重力，為什么迅速向上提時紙帶會斷？

用心

愛心

專心

生：鉤碼對紙帶的拉力增大。

師：在彈簧秤下掛上鉤碼當(dāng)它加速向上和加速向下運動時，觀察彈簧秤的示數(shù)有什么變化？

生：彈簧秤向上加速運動時，示數(shù)變大；加速向下運動時示數(shù)變小。讓一學(xué)生站到體重計上稱體重。

師：當(dāng)你站在體重計上下蹲時，觀察到體重計的示數(shù)是怎樣變化的？ 生：體重計的示數(shù)變小。

師：以上觀察到的實驗現(xiàn)象就是本節(jié)要探究的課題——超重與失重。板書：超重與失重

二、新課教學(xué)

學(xué)生試驗：：在彈簧秤下掛上鉤碼,觀察當(dāng)它靜止、緩緩上升、緩緩下降、突然上升和突然下降運動時，彈簧秤的示數(shù)有什么變化？

鉤碼運動狀態(tài) 靜止

緩緩上升

緩緩下降

突然上升

彈簧秤示數(shù)的變化

用心

愛心

專心

突然下降

師：圍繞超重與失重，大家心中有什么疑問嗎？閱讀教材回答下列問題。1）什么是超重與失重？2）什么情況下會出現(xiàn)超重（失重）？3）為什么會出現(xiàn)超重（失重）？ 1 什么是超重與失重？

板書：超重：物體對支持物的壓力（或?qū)覓煳锏睦Γ┐笥谖矬w所受重力的情況稱為超重。

失重：物體對支持物的壓力（或?qū)覓煳锏睦Γ┬∮谖矬w所受重力的情況稱為失重。

師提問：在超重、失重現(xiàn)象中物體的實際重力變化了沒有？ 生答：物體的m、g沒有變化，則重力G不變。

師解答：物體的實際重力稱為實重，物體對支持物的壓力（或?qū)覓煳锏睦Γ┓Q為視重。

總結(jié)：超重——視重大于實重的現(xiàn)象。失重——視重小于實重的現(xiàn)象。2 超重與失重的條件

學(xué)生在體重計上做實驗，觀察人在體重計上下蹲和站立過程中，體重計示數(shù)的變化。

用心

愛心

專心

學(xué)生匯報實驗情況。下蹲過程

站起過程

結(jié)論：加速度方向向上，出現(xiàn)超重現(xiàn)象；加速度方向向下，出現(xiàn)失重現(xiàn)象

師：加速度為零，情況怎么樣？ 生：既不超重也不失重，視重與實重相等。3 超重（失重）產(chǎn)生的原因

以彈簧秤掛鉤碼加速上升為例對物體受力分析 師：你能否用牛頓第二定律寫出拉力的表達式？ 生：F-G=ma F=G+ma=mg+ma F〉G 師：拉力F與鉤碼對彈簧秤的拉力F、有什么關(guān)系？

生：根據(jù)牛頓第三定律，F(xiàn)與F、是作用力與反作用力。大小相等，方向相反。

結(jié)論：超重：當(dāng)物體存在向上的加速度時，它對支持物的壓力（或?qū)覓煳锏睦Γ┐笥谖镏亍?/p>

用心

愛心

專心

以彈簧秤掛鉤碼加速下降為例對物體受力分析 生：G-F =ma F=G-ma=mg-ma F〈G 結(jié)論：失重：當(dāng)物體存在向下的加速度時，它對支持物的壓力（或?qū)覓煳锏睦Γ┬∮谖镏亍W(xué)生游戲：

1、讓下端扎有小孔的盛有水的塑料瓶子下落時，站在旁邊的同學(xué)身上會不會被淋濕？

2、兩本交叉相疊的書本怎么樣才能輕易拉開？ 師：體重計（彈簧秤的示數(shù)）能不能為零？ 生：當(dāng)a=g時，F(xiàn)=0。

師：視重為零的現(xiàn)象稱為完全失重。

三、課堂練習(xí)：

1）、根據(jù)下面對話，完成以下填空：

記者：在“神舟”五號飛船發(fā)射和運行過程中，你感覺怎樣？

楊利偉：飛船發(fā)射時，感覺（）感比較強，最大達到5G，船箭分離時，我感覺有一種忽然騰空的感覺，這時又進入了（）狀態(tài)。

用心

愛心

專心

記者：飛船成功著陸時你的感覺怎樣？

楊利偉：飛船降落傘打開后船體晃動得較歷害，??當(dāng)時有很強的（）感，儀器顯示有3至4G的載荷。

2）、升降機以0.5m/s2的加速度勻加速上升,站在升降機中的人的質(zhì)量是50 kg,則人對升降機地板的壓力是多大? 擴展：

（1）本題中人出現(xiàn)了什么現(xiàn)象？．

（2）其它條件不變，若升降機是減速下降呢？人對升降機地板的壓力又是多大?（3）其它條件不變，若升降機是加速下降呢？結(jié)果又是怎樣？人出現(xiàn)了什么現(xiàn)象？

（4）其它條件不變，若升降機是減速上升呢？結(jié)果又是怎樣？人出現(xiàn)了什么現(xiàn)象？

（5）若想人對升降機地板的壓力為零，則升降機應(yīng)怎樣運動？ 四、課堂小結(jié)

1、超重和失重是一種物理現(xiàn)象。

用心

愛心

專心

2、物體的重力與運動狀態(tài)無關(guān)，不論物體處于超重還是失重狀態(tài)，重力不變。規(guī)律：

超重狀態(tài) N > G a豎直向上

失重狀態(tài) N< G a豎直向下

超重還是失重由a決定，與v方向無關(guān)

五、作業(yè)：

1、在升降機中掛一個彈簧秤, 下吊一個小球, 如圖（1）所示, 當(dāng)升降機靜止時, 彈簧伸長4cm.當(dāng)升降機運動時彈簧伸長2cm, 若彈簧秤質(zhì)量不計, 則升降機的運動情況可能是（）

A、以1 的加速度下降

B、以4.9的加速度減速上升

C、以1的加速度加速上升

D、以4.9的加速度加速下降

2、如圖（2）所示，在原來勻速運動的升降機的水平地板上放一物體，受到一個伸長的彈簧的拉力作用，但仍能保持與升降機相對靜止．現(xiàn)突然發(fā)現(xiàn)物體被彈簧拉動，則判定升降機的運動狀態(tài)可能是（）

用心

愛心

專心

A、加速上升 B、加速下降

C、減速上升 D、減速下降

3、質(zhì)量為60kg的人站在電梯內(nèi)的臺秤上，電梯從靜止開始運動，臺秤上的人注意到開始3s內(nèi)臺秤示數(shù)為528N，接著8s內(nèi)臺秤的示數(shù)為588N，最后臺秤示數(shù)增大到678N，直到靜止時臺秤又恢復(fù)到588N，試問電梯是上升還是下降？升降的總高度是多少？

4、以學(xué)習(xí)小組為單位，設(shè)計1至2個超重（失重）現(xiàn)象的小實驗。并解釋其原理。

答案：

1、BD．

2、BC． 3、31.5m．

用心

愛心

專心

第五篇：高中物理：3.2《牛頓第一定律》教案(教科版必修1)

牛頓運動第一定律

教學(xué)目的：

1．知道亞里士多德、伽利略等對力和運動的關(guān)系的不同認識，了解伽利略的理想實驗及其推理和結(jié)論，認識理想實驗是科學(xué)研究的重要方法；

2．理解牛頓第一定律的內(nèi)容和意義；

3．掌握慣性的概念，會應(yīng)用慣性解釋自然現(xiàn)象； 4．通過問題的分析和研究感悟科學(xué)研究的方法和規(guī)律。重點難點：牛頓第一定律的理解和應(yīng)用

教材處理：將教材第一節(jié)部分內(nèi)容滲透到牛頓運動第一定律的教學(xué)過程中，并且在本章的教學(xué)過程中不斷滲透其思想方法，通過不斷深入的理性思維引導(dǎo)，提升感悟認識。

課型：規(guī)律建立課

教學(xué)方法：以講授為主，調(diào)動學(xué)生觀察與思維體驗 手段：利用手邊的鑰匙做演示實驗，多媒體輔助教學(xué) 教學(xué)過程

? 情景引入：提供虛設(shè)報道 據(jù)悉：“2000年7月25日，協(xié)和號客機班機AF4590在跑到上起飛，速度達到328km/h時，機長得知飛機機翼起火，緊急制動,飛機立即停止運動.”

（在運動規(guī)律的研究中已經(jīng)利用協(xié)和號客機有關(guān)信息，本課再次利用此材料，從另一個角度引起學(xué)生關(guān)注與思考）。

學(xué)生表示強烈反對，并且紛紛提出慣性問題。

師生回顧實際情景——多媒體視頻：

協(xié)和號客機班機AF4590在法國戴高樂機場進行起飛，奔馳了約2000米、速度達到328km/h時，輪子壓上美國大陸航空的DC-10脫落的小鐵條，飛機機翼起火，如果停止起飛過程需要沖出約3000米長的距離（此結(jié)論在第一章學(xué)習(xí)過程中由學(xué)生推論而得到過），機長拉起飛機，兩分鐘后飛機墜毀。

學(xué)生和老師一起再次經(jīng)歷心靈的震撼。

教師肯定學(xué)生們有關(guān)慣性的說法——慣性致使飛機不能立即停止運動？同時提出問題：假如有足夠長的跑道，在3000米長的距離上有沒有力強迫飛機向前奔馳？

學(xué)生的結(jié)論出現(xiàn)分歧，有同學(xué)提出有沖力，教師不急于表態(tài)。在后面的問題研究過程中希望學(xué)生可以自我感悟認識問題。

教師演示實驗，學(xué)生觀察實驗——引導(dǎo)學(xué)生體會、思考力與運動的關(guān)系：

使一串鑰匙：豎直上拋、使其擺動、使其圓周運動，提出思考問題：為什么小球的運動過程不一樣？ 學(xué)生觀察后絕大多數(shù)答案：小球受力情況不同。

教師變換條件，演示實驗，學(xué)生觀察實驗——引導(dǎo)學(xué)生思考，感悟力不是決定具體運動形式唯一因素。

使同一串鑰匙落體、上拋、平拋、斜拋 問題：小球受力情況是否相同？ 答案：均只受重力

問題：為什么小球的運動過程不一樣？

學(xué)生對比兩次實驗，深刻思考反思，有學(xué)生說到有慣性！

教師肯定，并且強調(diào)初始狀態(tài)不同。

教師引出新課題： 運動學(xué)（kinematics）

——只研究物體怎樣運用而不涉及運用與力的關(guān)系的理論； 動力學(xué)(dynamics)——研究運動和力的關(guān)系的理論。

教師調(diào)動學(xué)生： 讓我們走進牛頓的世界

“大自然和他的規(guī)律深藏在黑夜里

上帝說讓牛頓出世吧

于是一切就都在光明之中”

——牛頓的墓志銘

第三章 牛頓運動定律之牛頓第定律

牛頓定律——整個動力學(xué)的基礎(chǔ)

教師講解：一個基本問題，幾千年來，因為它太復(fù)雜而含混不清，這就是運動問題。探究問題：物體運動的原因究竟是什么？

人們的直覺經(jīng)驗：力是維持運動的原因

古希臘的哲學(xué)家亞里士多德（公元前384－322年）：

——“一切運動的物體必定受某物的驅(qū)動”，外力是物體產(chǎn)生并維持運動的原因

古希臘的哲學(xué)家亞里士多德所著《物理學(xué)》一書中認為：機械運動有自然運動和機械運動，如馬拉車行駛，奴隸曳船行駛，這些運動必須要勞動者，即運動必須有外力維持，否則就歸于靜止。他認為“一切運動的物體必定受某物的驅(qū)動”。千百年來人們都相信亞里士多德的說法：外力是物體產(chǎn)生并維持運動的原因。

強調(diào)亞里士多德分析與認識問題的方法：根據(jù)對現(xiàn)象的觀察、直覺推理得到結(jié)論。

一

提出思考問題：你是否同意亞里士多德的觀點：力是維持物體運動的原因，速度本身標(biāo)志著是否有力作用在物體上？

同學(xué)已經(jīng)有足夠的經(jīng)驗、知識、說“不”！

一、伽利略——理想實驗的魅力

回顧問題：關(guān)于力，伽利略斷言了什么？

伽利略認為將人們引入歧途的是摩擦力的存在。

提出假設(shè)請學(xué)生想象與思考，假如沒有了摩擦?xí)趺礃樱?/p>

教師隨手演示，仍然使一串鑰匙擺動，觀察其經(jīng)歷——幾乎擺上初始高度。或許就是這樣的觀察經(jīng)驗，使伽利略設(shè)想了理想實驗。

斜面實驗——課件模擬。

引導(dǎo)觀察和思考，伽利略理想實驗經(jīng)驗與推論：理想條件下，小球可以達到原來等高位置；傾角越小，會運動得更遠；

假如水平，小球?qū)⒂肋h運動。

設(shè)小球釋放的高度不同，在水平面上的速度不同，但是沒有使物體減速的原因，物體會保持達到最低點的狀態(tài)（速度）運動。

推論：力不是維持運動的原因（不是維持速度的原因），而是改變物體的運動狀態(tài)（改變速度）的原因。

視頻：沙弧球——在摩擦作用非常弱時，沙弧球運動距離被極大地放大了。為伽利略——理想實驗推論提供體驗性支持。

視頻：保齡球以強烈的勢頭沖向目標(biāo)——多次重復(fù)，請學(xué)生尋找沖力？同時對前面協(xié)和號問題得到統(tǒng)一認識——運動不需要力維持

引導(dǎo)總結(jié)“伽利略與亞里士多德觀點的分歧在什么地方”？

笛卡兒：除非物體受到外力的作用，物體將永遠保持靜止或運動狀態(tài)，永遠不會使自己沿曲線運動，而只是保持在直線上運動。

他認為這應(yīng)該作為一個原理加以確立，并且使人類整個自然觀的基礎(chǔ)。

二、牛頓第一定律（Newton first law of motion）

一切物體總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài)

引導(dǎo)對第一定律的深刻析、討論： 如何理解“一切物體”？

不論物態(tài)如何、不論狀態(tài)如何、不論什么位置——一反幾千年束縛人們思想概念的教會觀點——天上與地面的物體遵從不同的規(guī)律。

“除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài)”

——肯定了力的真正作用——改變物體的運動狀態(tài)，而不是維持物體的運動狀態(tài)。強調(diào)：物體運動狀態(tài)變化的特征表現(xiàn)是什么？

“位置”和“速度”是描述物體運動狀態(tài)的物理量，物體運動狀態(tài)的變化主要表現(xiàn)為速度的變化

“總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)”強調(diào)物體具有保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止?fàn)?/p>

態(tài)的性質(zhì)——慣性

慣性（inertia）：物體保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)性質(zhì)

物體本身的本能。

自然界是非常“懶惰”的，本性——希望保持運動狀態(tài)不變，保持運動狀態(tài)不變是物體與生據(jù)來的一種本能。

問題思考：企圖保持不變，是不是不能變化？

否！

物體具有保持原來運動狀態(tài)不變的本領(lǐng)——慣性——本能；歧途不變，能不能不變?nèi)Q于是否有力迫使其改變。

問題深入：所有物體均具有慣性，是否所有物體保持原來狀態(tài)不變的本領(lǐng)相同？

不同的物體保持原來運動狀態(tài)不變的本領(lǐng)不同，而迫使不同的物體改變狀態(tài)需要復(fù)出的努力是不同的——慣性大小不同，是什么使得慣性大小不同？

深入分析與思考：研究物體的慣性大小與什么有關(guān)？ 學(xué)生提出速度、重力、密度、光滑等因素。

教師引導(dǎo)，理性思維研究分析：

關(guān)于速度，引導(dǎo)逆向思辨

——可否認為我現(xiàn)在速度為零，慣性為零？

——可否認為我乘坐動車組飛奔著慣性增加？可否認為我對面乘客慣性為零？

學(xué)生深層次思考討論。

統(tǒng)一認識：慣性既然是物體本身的屬性就應(yīng)該與外界條件、外界作用是否有、大小、速度大小沒有關(guān)系。

速度具有相對性，相對于不同參照系，速度不同，而物體本身的屬性應(yīng)該與參照系的選擇無關(guān)。

光滑——光滑是否沒有慣性？

強調(diào)摩擦的作用。

重力——是否在太空中、衛(wèi)星上沒有慣性，能否以意念改變物體狀態(tài)？ 視頻——失重，強化理解。

密度——是物質(zhì)的特性之一，慣性是否與密度相關(guān)？ ——比較冰和石頭？

一冰山足可以撞壞太坦尼克號！

質(zhì)量是物體慣性大小的量度——可以抽殺乒乓球、羽毛球，不可以抽殺鉛球、保令球，撼樹容易，撼山難。

這樣的事例，使學(xué)生心靈感悟得到強化。

進一步：太坦尼克號已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了冰山，為什么躲閃不開？

協(xié)和號為什么難于改變運動狀態(tài)？ 質(zhì)量大，運動狀態(tài)難于改變。

三、慣性與質(zhì)量

質(zhì)量是物體慣性大小的量度

質(zhì)量(mass)m——標(biāo)量

單位：千克 符號 kg

四、解釋生活現(xiàn)象，問題討論：

1、最便宜的旅行方式。

有人設(shè)想，乘坐氣球飄在高空，由于地球自轉(zhuǎn)，一晝夜就能環(huán)游世界，這個設(shè)想可行嗎？ 答：因為地球上一切物體，（包括地球周圍的大氣）都隨著地球一起運動，氣球升空后，由于慣性，它仍保持原來隨地球自轉(zhuǎn)的速度，當(dāng)忽略其他與地球有相對運動的作用而產(chǎn)生的影響時，升空的氣球與它下方的地面處于相對靜止?fàn)顟B(tài)，不可能相對地球繞行一周。

這就可以解釋為什么地球自西向東轉(zhuǎn)動，我們豎直上拋的物體還會落到原來的地方？而不是落在原位置的西邊？

現(xiàn)實類比：觀察視頻——汽車上拋球：

在快速行進的汽車上，豎直拋出的物體會落回手里。

引申，思維體驗：如地球突然停止轉(zhuǎn)動，可能會發(fā)生什么問題？

2、既然任何物體都具有慣性，所以任何物體的運動狀態(tài)都不能變化？

3、物體運動狀態(tài)變化了，是不是就沒有慣性了？ 注意：力改變的是狀態(tài)而不是改變了慣性

總結(jié)：

牛頓第一定律——慣性定律——牛頓物理學(xué)的基石

一切物體總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài)。

意義：正確揭示了力和運動的關(guān)系；

定義了慣性概念：物體總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)性質(zhì)。

關(guān)于“對力學(xué)所需的基本概念、基本假定、對物質(zhì)運動的基本觀點都作了界定”的問題，鑒于學(xué)生的理解能力有限，暫不說明。

注意：慣性不是力！

問題拓展：物體存在慣性是一件好事還是壞事？

設(shè)想，假如物體沒有慣性世界會是什么樣的？

慣性的利用和預(yù)防，課件 撞車

安全帶視頻，學(xué)生對慣性的感悟與體驗再次得到強化，同時強化了安全意識。

認識拓展，問題：不受力作用的物體是不存在的，所以牛頓運動第一定律不能經(jīng)過實驗檢驗，那么慣性定律為什么還被認為是一客觀規(guī)律？

引導(dǎo)認識：

1、不存在反例

2、近似條件——彗星運動

視頻：沙弧球運動、氣墊導(dǎo)軌實驗

3、以其為理論依據(jù)得到的推論可以經(jīng)過實踐檢驗

4、建立在實際觀察和理性思維上

教師展開：人類對于慣性的認識從亞里士多德到伽利略一直至牛頓，經(jīng)歷了2000多年無數(shù)個有名無名的科學(xué)家的探索才逐漸趨向完美，而其中對伽利略的用理想實驗的思想方法給人以深刻的啟迪。“一代代科學(xué)家探索自然界奧秘的努力，就像是讀福爾摩斯一類的偵探小說。在好的偵探故事中，一些最明顯的線索往往將讀者引導(dǎo)到錯誤的猜疑上去，憑直覺的推理方法是靠不住的”。

——《物理學(xué)的進化》愛因斯坦、英費爾德

愛因斯坦對伽利略的貢獻給予高度評價：“伽利略的發(fā)現(xiàn)以及他所應(yīng)用的科學(xué)推理方法是人類思想史上最偉大的成就之一，而且標(biāo)志著物理學(xué)的真正開端”。這個發(fā)現(xiàn)告送我們，根據(jù)直接觀察所得出的直覺的結(jié)論，并不總是可靠的，因為它們有時會引到錯誤的線索上取。——《物理學(xué)的進化》愛因斯坦、英費爾德

我國遠在春秋戰(zhàn)國的“墨經(jīng)”上已有慣性的論述。在春秋戰(zhàn)國末期的《考工論車舟人篇》中更有明確的記載：“勸登馬力，馬力既竟竭，猶能一取也。”意思是說：馬拉車的時候，馬雖然對車不再施力了，但車還能繼續(xù)前進一段路，這顯然是講述一種慣性現(xiàn)象。

這段歷史對每個學(xué)習(xí)物理并愿通向成功之路者是最好的借鑒。伽利略的科學(xué)研究方法：可靠事實+理論思維→理想實驗

課后思考問題：第一定律建立的科學(xué)方法到底是什么？(在本章的教學(xué)中，不斷的滲透科學(xué)方法教育)；

設(shè)計實驗，證明氣體和液體有慣性(第二講，可以請學(xué)生展示他們的設(shè)計)； 亞里士多德到底是一個什么樣的人？

如果你想了解有關(guān)亞里士多德和伽利略的更多內(nèi)容可以到http://61.184.119.196:8012/gzpt/xkjx/g1wl/g1wl08/unit01/kzzl.htm查找

再本章結(jié)束時，要求學(xué)生寫從亞里士多德到伽利略到牛頓的感想體會。作為本章測評的

一部分。

本課的設(shè)計思想是我多年所堅持的，經(jīng)過多年的實踐，并且不斷完善，近年來引入了多媒體，提高了課程的體驗與感染力。多年來，本課有學(xué)校內(nèi)外，本學(xué)科及其他不同學(xué)科的很多老師聽課，給以高度認同。

可以通過以下一組問題的判斷，知識鞏固并且檢測教學(xué)效果 問題判斷：

1、一切物體都具有慣性，直到有外力迫使其改變狀態(tài)為止

錯（力改變的是狀態(tài)而不是改變了慣性）

2、運動越快的物體一定受到更大的力作用，力越大，物體的速度一定越大

錯

3、由于任何物體都具有慣性，所以任何物體的運動狀態(tài)都不會無故改變

對

4、不受外力作用時，物體的運動狀態(tài)保持不變，是因為物體具有慣性

對

5、受力作用時，物體的運動狀態(tài)變化，說明受力作用后物體不再具有慣性了

錯

6、受力作用時物體的運動狀態(tài)變化，要持續(xù)改變狀態(tài)必須持續(xù)施加力，這是因為物體的慣性在起作用 對

7、在水平面上運動的物體，撤消動力后，最終會停止運動，這是因為物體不受作用力了

錯

8、作用在物體上的力消失后物體的速度將會逐漸減小

錯

9、力是改變物體運動狀態(tài)的原因，物體的速度方向總與力的方向一致

錯

10、只有靜止和勻速運動的物體才具有慣性

錯

11、如果不受重力（不考慮空氣阻力），向上拋出的物體將會向上做勻速運動 對

12、力是產(chǎn)生加速度和速度的原因

錯

13、跑得快的物體不容易停下來，是因為跑得快的物體慣性大

錯

14、受重力大的物體，慣性大，物體在月球上受重力減小，其慣性減小

錯

15、在宇宙中不受重力的物體，沒有慣性

錯

16、在衛(wèi)星里的物體處于完全失重狀態(tài)，這時物體的慣性消失

錯