3.1 重力与弹力 教学设计-2024-2025学年高一上学期物理人教版（2019）必修第一册

配套中学部编版 重力与弹力 一、教材分析 知识结构：教材首先介绍了重力，包括重力的产生原因、大小、方向以及重心的概念。接着讲述弹力，从弹力的产生条件入手，详细阐述了如何判断弹力有无及弹力的方向，还介绍了胡克定律，包括其内容、公式及适用条件。 编写思路：教材遵循从生活现象到物理概念的引入，再到物理规律的探究和应用的编写思路。例如，通过苹果下落、水往低处流等生活现象引入重力概念，通过拉伸或压缩弹簧、弯曲直尺等常见事例引出弹力概念。在讲解物理规律时，注重实验探究和理论推导相结合，如通过探究弹簧的弹力与弹簧形变量的关系得出胡克定律。 与前后知识的联系：在学习重力与弹力之前，学生在初中已经对力的概念、力的作用效果等有了初步的认识，本节课是在初中知识的基础上进一步深化和拓展。同时，重力与弹力的学习为后续学习摩擦力、牛顿运动定律等知识奠定了基础。 二、教学目标 物理观念： 理解重力和弹力的概念，知道重力是由于地球的吸引而使物体受到的力，弹力是发生弹性形变的物体由于要恢复原状而对跟它接触的物体产生的力。 掌握重力大小的计算公式，理解重力方向竖直向下以及重心的概念，知道弹力的方向与物体形变的方向相反。 能用重力和弹力的知识解释生活中的一些常见现象，如苹果落地、弹簧拉伸或压缩等。 科学思维： 通过对重力和弹力概念的学习，培养学生的抽象思维能力，能从具体的物理现象中抽象出物理概念。 在探究胡克定律的过程中，培养学生的科学探究能力和逻辑思维能力，能根据实验数据得出结论并进行分析和推理。 通过对物体重心的分析和计算，渗透等效替代的物理思想方法。 科学探究： 经历探究弹簧弹力与弹簧形变量关系的实验过程，学会设计实验方案、选择实验器材、收集和处理实验数据等。 能运用控制变量法研究问题，在探究胡克定律时，控制弹簧的材料、粗细等因素不变，只改变弹簧的形变量，研究弹力与形变量的关系。 培养学生提出问题、作出假设、设计实验、进行实验、分析论证、评估交流等科学探究能力。 科学态度与责任： 通过对重力与弹力的学习，让学生体会物理学与生活的紧密联系，激发学生学习物理的兴趣和探索自然的欲望。 在实验探究过程中，培养学生严谨的科学态度和实事求是的精神，尊重实验数据和实验结果。 让学生了解重力和弹力在工程技术、日常生活等方面的广泛应用，培养学生运用物理知识解决实际问题的责任感和使命感。 三、教学重难点 教学重点： 重力的概念和计算：理解重力的产生原因、大小和方向，掌握重力大小的计算公式，并能运用该公式进行计算。 弹力的产生条件和方向判断：明确弹力产生的两个条件，即相互接触和发生弹性形变，掌握根据物体的运动状态或假设法等判断弹力有无的方法，以及常见弹力如支持力、压力、拉力等的方向判断。 胡克定律：理解胡克定律的内容，掌握其公式，能运用胡克定律解决有关弹簧弹力的计算问题。 教学难点： 重心的概念理解和确定：重心是一个等效作用点，其位置与物体的形状和质量分布有关，对于形状不规则、质量分布不均匀的物体，重心的确定较为困难，学生理解起来有一定难度。 复杂情况下弹力方向的判断：在一些复杂的物理情境中，如多个物体相互接触、发生形变的情况较为复杂时，准确判断弹力的方向需要较强的空间想象能力和分析能力，对学生来说是一个挑战。 胡克定律的实验探究和应用：在探究胡克定律的实验中，如何控制变量、准确测量弹簧的形变量和弹力大小，以及对实验数据的处理和分析，学生可能会遇到困难。同时，在实际问题中灵活运用胡克定律解决问题也需要一定的练习和理解。 四、教学过程 引入新课： 教师活动：利用多媒体播放太空课堂中有关失重的现象视频，如宇航员在太空中的漂浮状态等，接着展示地球上物体下落的图片或视频，如苹果落地、雨滴下落、跳伞运动员下落等。提问学生：“为什么在太空中物体是漂浮的，而在地球上物体却会下落呢？” 引导学生思考并讨论。 学生活动：认真观看视频和图片，积极思考教师提出的问题，与小组成员展开讨论，尝试回答问题，可能会提出一些自己的想法和疑问。 重力概念的建立： 教师活动：展示一些生活中常见的与重力有关的现象，如瀑布流水、建筑工人用重垂线检查墙壁是否竖直等，引导学生观察并思考这些现象产生的原因。提问学生：“这些物体的运动或状态有什么共同特点？” 在学生回答的基础上，进一步讲解重力的概念：“由于地球吸引而使物体受到的力叫做重力”，并在黑板上板书。强调重力的施力物体是地球，受力物体是地面附近的一切物体。提问学生：“你能列举一些生活中受到重力作用的例子吗？” 学生活动：仔细观察教师展示的现象，积极回答教师的问题，结合生活实际列举出更多受到重力作用的例子，如抛出去的篮球最终会落地、吊灯会下垂等，加深对重力概念的理解。 探究重力的大小： 教师活动：给每个小组发放不同质量的钩码和弹簧测力计，让学生用手分别托起不同质量的钩码，感受所用的力的大小。提问学生：“托起质量大的钩码和质量小的钩码，手的感觉有什么不同？这说明了什么？” 引导学生猜想重力的大小与什么因素有关。在学生猜想的基础上，与学生一起设计实验方案，强调实验中需要测量的物理量（物重和质量）以及实验器材的使用方法和注意事项，如弹簧测力计的调零、读数等。 学生活动：按照教师的要求进行实验操作，用手托起钩码并感受力的大小，积极回答教师的问题，提出自己的猜想，如重力的大小可能与物体的质量有关等。然后小组合作设计实验方案，明确实验步骤和分工，进行实验，测量不同质量钩码的重力，并将数据记录在表格中。 分析数据与得出结论： 教师活动：引导学生对实验数据进行分析，提问学生：“从你们记录的数据中，能发现重力大小与质量之间有什么关系？” 组织学生进行小组讨论，鼓励学生尝试用图像法来分析数据，看看能否得出更直观的结论。在学生汇报讨论结果后，教师进行总结和点评，利用多媒体展示科学家通过大量实验得出的结论：物体所受的重力大小与质量成正比，引出重力计算公式 学生活动：小组内对实验数据进行分析和讨论，尝试用不同的方法找出重力大小与质量之间的关系，如计算重力与质量的比值、绘制G-m图像等。各小组派代表汇报讨论结果，听取其他小组的意见和教师的总结点评，理解并掌握重力大小与质量的关系以及重力计算公式。 重力方向和重心的学习： 教师活动：通过演示实验，如用重垂线悬挂物体，让学生观察重垂线的方向，引导学生得出重力的方向是竖直向下的。提问学生：“生活中有哪些现象可以说明重力的方向是竖直向下的？” 然后通过实例讲解重心的概念，如用悬挂法和支撑法寻找物体的重心，让学生理解重心是物体所受重力的等效作用点，其位置与物体的形状和质量分布有关。 学生活动：认真观察演示实验，积极思考并回答教师的问题，列举生活中如建筑工人用重垂线检查墙壁是否竖直、铅垂线测量物体是否水平等说明重力方向竖直向下的现象。通过参与寻找物体重心的实验，理解重心的概念和确定方法。 弹力部分 弹力概念的引入： 教师活动：展示一些与弹力有关的生活实例，如拉弓、弹簧测力计的使用、跳板跳水、撑杆跳高、沙发的弹性等，引导学生观察并思考这些现象中力的作用特点。提问学生：“在这些现象中，物体发生了什么变化？力是如何产生的？” 学生活动：仔细观察实例，思考教师提出的问题，与小组成员交流讨论，可能会回答出物体发生了形变，力是由于物体形变产生的等。 弹力的产生条件和方向： 教师活动：给每个小组发放一些弹簧、橡皮筋、海绵、直尺等器材，让学生用手拉伸或压缩这些物体，感受力的作用，并观察物体的形变情况。提问学生：“这些物体在什么情况下会产生力？力的方向与物体的形变有什么关系？” 引导学生总结弹力的产生条件和方向判断方法，强调弹力产生的两个条件：相互接触和发生弹性形变，以及弹力的方向与物体形变的方向相反。通过实例，如放在桌面上的书对桌面的压力、绳子对物体的拉力等，让学生进一步理解弹力的方向。 学生活动：小组内进行实验操作，用手拉伸或压缩物体，感受弹力的产生，观察物体的形变和弹力的方向，积极回答教师的问题，总结弹力的产生条件和方向判断方法。通过分析实例，加深对弹力方向的理解，如有学生可能会说书对桌面的压力是垂直于桌面向下的，因为书使桌面发生了向下的形变等。 探究胡克定律： 教师活动：给每个小组提供不同劲度系数的弹簧、钩码、刻度尺等器材，引导学生设计实验方案来探究弹簧弹力与弹簧形变量之间的关系。在学生设计方案的过程中，教师进行巡视指导，提出问题和建议，如如何测量弹簧的形变量、如何控制变量等。与学生一起讨论确定实验方案后，让学生进行实验，测量不同钩码拉力下弹簧的伸长量，并记录数据。 学生活动：小组合作设计实验方案，明确实验目的、步骤和分工，如有的同学负责挂钩码，有的同学负责测量弹簧的伸长量，有的同学负责记录数据等。进行实验操作，按照设计好的方案逐步增加钩码的数量，测量并记录弹簧的伸长量和对应的弹力大小，认真观察实验现象，分析数据之间的关系。 分析数据与得出结论： 教师活动：引导学生对实验数据进行处理和分析，如绘制F-x图像，看看能否得到一条直线。提问学生：“从图像中你能得出什么结论？” 在学生回答的基础上，教师进行总结和点评，引出胡克定律的内容 弹力在生活中的应用： 教师活动：展示一些弹力在生活、生产和科技领域中的应用实例，如弹簧测力计、汽车的减震装置、桥梁的伸缩缝、床垫等，引导学生分析这些应用中弹力的作用和原理。提问学生：“在这些例子中，弹力是如何产生的？它起到了什么作用？” 学生活动：认真观察实例，结合所学的弹力知识，与小组成员一起分析讨论，回答教师的问题，如在弹簧测力计中，弹簧的形变产生弹力，通过弹簧的伸长量来测量力的大小等，进一步体会物理知识与生活实际的紧密联系。 课堂小结与作业布置 教师活动：引导学生对本节课所学的重力与弹力的知识进行总结，包括重力和弹力的概念、产生原因、大小、方向、作用点以及相关的计算公式和定律等。强调重点和难点内容，如重心的确定、复杂情况下弹力方向的判断、胡克定律的应用等。布置课后作业，如书面作业：课本上的练习题、思考与讨论题等；实践作业：让学生回家后用弹簧测力计测量一些常见物体的重力，或者观察生活中还有哪些地方应用了重力和弹力的知识，并写一篇简短的报告。 五、板书设计 板块 知识点 具体内容 重力 定义 由于地球的吸引而使物体受到的力 产生原因 地球对物体的万有引力，在地球表面附近可近似认为重力等于万有引力 方向 竖直向下，指向地心，但地表附近可视为竖直向下 重心 物体各部分所受重力的等效作用点；重心的位置与物体的形状和质量分布有关，若质量分布均匀、形状规则的物体重心在几何中心；可用悬挂法确定形状不规则物体的重心位置5 弹力 定义 物体因发生弹性形变而产生的力 产生条件 物体间相互接触并发生弹性形变 方向 与形变方向相反，指向使物体恢复原状的方向；常见弹力类型如支持力、压力、拉力等，支持力垂直于支持面指向被支持物体，压力垂直于接触面指向被压物体，拉力沿绳子收缩方向 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$