重力与重心教案

1、教育实习教案 学院 物理与能源学院 专业 物理学 实习生陈金莹 学号 135012014042 本校指导教师 林钦 实习学校指导教师 刘玉树 原任课教师刘玉树 2017 年 10 月 13 日 （星期 五 ） 第 八 节课（本人本次实习第 2 个教案）课题：重力与重心课时安排：1课标要求：通过史实，了解伽利略研究自由落体运动所用的实验和推理方法三维目标知识与技能：1、知道力的基本概念和性质，作用效果2、会画力的示意图3、知道重力的概念4、知道重力的大小和方向。会用公式Gmg（g9.8N/kg）计算重力。5、知道重心的概念以及均匀物体中心的位置6、知道重心与稳定的关系。过程与方法：1、通过具体的

2、例子，培养学生独立分析物体的受力情况，并能够画出力的图示和力的示意图。2、让学生自己动手，找薄板的重心培养学生自己动手探究的能力。3、通过“重心”的概念，让学生知道等效代替是研究物理学的一种方法。情感、态度与价值观：通过课本内容的完成，让学生自己动手、动脑、观察、教育学生在日常生活当中多观察、多分析、看问题不要片面。从实际的物理情景出发，养成一种科学分析问题的习惯。教学重点：1、力的图示。2、重力的大小和方向； 3、Gmg中各个量的关系和变化 4、重心的概念教学难点：1、力的图示。2、“重心”概念的理解 3、“重心”不一定在物体上的理解。教学辅助手段：教具，多媒体教学过程：1、 新课导入：自然

3、界中的力现象无处不在（图片）师：同学们好，这次课我们开始新一章的学习，首先是第一节，重力与重心。这节课要求同学们明确力的概念，学会如何表示力，理解重心的概念，会求重力的大小。首先来解决第一个问题，力的概念。生活中与力有关的现象无处不在，把面包捏变形需要力气，把足球踢飞也需要用力，那么我们常说的力，到底是什么呢？初中已经学过力这一概念了，同学们一起来说一下。2、 力是什么？1.力的概念：生：力是物体与物体之间的相互作用.师：我们物理学中力用符号F来表示力，单位为牛顿，简称牛，符号N2.力的性质力的物质性：师：既然力是物体与物体之间的相互作用，那么力就不能离开物体而独立存在，但并不是说两个物体要直

4、接接触才会产生力的作用，而是每个力都必须同时联系两个物体，即施力物体和受力物体。比如磁铁间的相互作用，这两个磁铁间没有直接接触也会有力的作用，但是当我把其中一个磁铁拿走时，力就消失了，这就是力的物质性。力的相互性：师：与此同时，条形磁铁对u型磁铁有力的作用，u型磁铁对条形磁铁也会有力的作用，这两个力总是成对出现的，同时产生，同时消失，那么对于这两个磁铁来说，他们既是施力物体同时也是受力物体。我们在研究问题时，以谁为研究对象，谁就是受力物体。力的矢量性：师：我们知道，力有大小，有方向，是一个矢量。3.力的作用效果：是物体发生形变，使物体的运动状态发生改变。师：这就是力的三个性质，那么力作用在物体

5、上会有什么样的效果呢？力作用在面包上，师面包发生了形变，作用在足球上，使它从动到静，又从静到动，使它的运动方向发生了改变。这就是力的两个作用效果。4.力的三要素师：我们知道，用脚踢足球时，足球因受到脚施加的力而飞出去，用力的大小不同，球飞出的远近就不同；用力的方向不同，足球飞出的方向就不；击球的部位，即作用点不同，球的旋转效果也会有不同，因此光知道力有大小，方向还不够，作用点不同的力对物体的作用效果也不同，这三个因素称作力的三要素。这三个因素影响着力的作用效果，所以要完整的表示一个力，必须包含这三个因素。5.力的表示方法师：力是一个比较抽象的概念，那我们可以用力的示意图和力的图示把它们表示出来

6、。来看一个具体的例子（1） 力的示意图：用一条带有箭头的线段来表示力的方向和作用点力的方向：箭头的指向力的作用点：箭尾力的作用线：箭头所在直线如图，静止在水平地面上的物体由于受到了大小为25N的拉力的作用而运动起来师：请一位同学来画出力的示意图。同学演示1. 师：我们可以发现，力的示意图用一根箭头表示力，箭头的指向表示力的方向，箭尾表示力的作用点，箭头所在的直线为力F的作用线，只画出了力的方向和大小，表示物体在该方向上受到了力的作用。对于力的作用点，当物体可以看作一个质点时，力的作用点可以移到物体的中心位置（2）力的图示：用一根带箭头的线段把力的三要素表示出来的方法叫做力的图示。力的大小：线段

7、的长短力的方向：箭头的指向力的作用点：箭尾师：那老师现在介绍一个力的示意图的进阶版本力的图示，可以同时表示出力的大小，方向，作用点。同样以F=25N的拉力为例，首先根据力的大小选取合适的标度，拉力的大小为25N，我取1cm代表5N的力，那么线段的长度应为5cm；然后确定力的作用点，用箭尾表示；从力的作用点沿力的方向画一条长为5cm的线段表示力的大小，并且在线段上加上刻度；然后在线段的一端加上箭头表示力的方向，注意箭头不要超过线段的长度范围；最后不要忘记标出力的符号。这样力的三要素都被包含在力的图示中了。这里有几个需要注意的是，选取的标度要使得刻度在2-5段之间，最好也不要出现半个刻度的情况。箭

8、头不能超过末端的刻度范围。师：力的示意图和力的图示都把力这一抽象的矢量翻译成了几何语言，区别在于力的图示能精确的表示力的数值大小，而力的示意图只能大致的箭头的长短大致的判断力的大小关系，所以力的图示常常用于作图法解决力的问题，力的示意图常用于关于分析物体的受力情况。学习了里的表示方法之后我们来现学现用。例：物体A对B的压力是20N，如图所示,试画出这个力的图示和力的示意图。点评。2、 重力1. 定义：物体由于地球的吸引而受到的力叫做重力，也叫物重，用符号G表示。师：学习了力的几个基本概念和表示方法之后，我们来学习一种常见的力重力。我们跳起来总会落回地面，悬挂的绳子静止时，总会指向地面。这都是因

9、为它们受到了重力的作用。我们知道重力是由于地球的吸引而使物体受到的力，简称物重，用符号G表示，为非接触力。其实一切物体之间都存在着这种相互吸引的力，这种力叫做万有引力。地球也不例外，地球会吸引地面和地面附近的物体，使它们受到了重力的作用，但重力其实并不等于万有引力，只是万有引力的一部分，所以重力一般会略小于万有引力，至于什么情况下万有引力会等于重力，在后面的学习中我们再解释。因此啊，重力的施力物体就是地球，受力物体呢？生：地球上的一切物体师：没错，这里要注意到的是，不管物体的运动状态如何，不管有无生命，不管质量大小如何，都要受到重力的作用。2.重力的三要素师：对于重力的学习，我们仍然从它的三要

10、素出发。首先是重力的方向。（1）方向：竖直向下师：我们知道重力的方向总是竖直向下的，那能不能说成垂直向下或者垂直地面向下呢？生：不能师：没错，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。师：我们生活中利用重力的方向始终竖直向下这一性质制成了重锤线。用于检查墙体砌得直不直。重锤线是一根末端系有一个重锤的细线，当细线悬挂处于静止状态时，重锤受到的重力与拉力是一对平衡力，所以拉力也是处于竖直方向上的，而省的拉力总是沿着绳的方向，因此绳在悬挂静止时总是沿竖直方向的。那么当重锤线与靠在墙边时，如果墙跟绳子平行，就说明墙是直的，否则就是歪的。（3） 大小：G=mg师：接下来我们看重力的

11、大小，对于一个力的大小，实验室中可以用弹簧测力计测得。当弹簧测力计吊起物体静止时，物体对测力计的拉力等于物体受到的重力大小。体检时，我们用磅秤测体重，工业上用的电子吊秤，市场上的电子秤，但是它们一般显示出来的是物体的质量还是重力大小？生：质量师：没错，但其实市面上测质量的器材都是利用二力平衡的原理，将重力转化为压力信号，然后在内部进行数据处理转化成质量大小，然后将结果输送到显示屏上。师：或者我们也可以直接计算重力的大小，初中时我们已经学过的重力大小公式大家还记得么？生：G=mg师：没错，m为物体的质量，即所含物质的多少，为标量，只有大小。质量是物质的一种基本属性，物质不变，质量就不变，与外界条

12、件无关。g为比例系数，一般取9.8N/kg，方向竖直向下。这个比例系数的物理意义是什么？生：质量为1kg的物体的受到的重力大小为9.8N。师：没错，那大家有没有发现这个数值的大小和我们上一章中学过的重力加速度的值是一样的，只不过重力加速度是9.8m/s2,表示的是物体自由下落过程中速度变化的快慢。物理学当中对于符号的使用是非常严谨的，但它们却使用一样的符号，那老师在这里提示你们，这里的比例系数实质上就是重力加速度，至于为什么会存在这种形式上的不同，当我们学到第六章的牛顿第二定律再来详尽地解释。师：既然比例系数是重力加速度，那它的值就不可能是恒定不变的，而是要受到星球，纬度，海拔高度的影响。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，纬度不同的地区，g值不同，维度越高g值越大，同一纬度，海拔不同的地区，g值也不同，海拔越高，g值越小。所以我们就得到这样一个结论：物体不变，质量不变，重力会随g值的变化而改变。（3） 重力的等效作用点：重心1 重心的概念师：最后是重力的等效作用点，老师以一串葡萄为例。其实这串葡萄上的每一颗葡萄都会受到重力的作用，这样去研究它受到的重力情况显然就太复杂了，这个时候我们可以把物体的各部分受到的重力视为集中作用于一点，这一点就是重力的集中作用点，叫做物体的重心。关于物体重心的概念可能比较抽象，那么我们来观

14、看一个小视频。重心的讲解视频2 重心的位置师：从视频中我们只知道啊，重心其实就是一个重力的等效作用点，关键就在于对这个等效的理解，它是对重力的作用效果而言的，因此重心不是重力实际作用的点，也不是物体上最重的点，更不是地球只吸引那一点。需要注意的是，每一个物体都有重心，并且只有一个重心。视频中说到，质地均匀的，形状规则的物体的重心就在他的几何中心。其实质地均匀指的是质量分布均匀。这类物体的中心分布只与物体的形状有关，如果物体的形状是规则规的，比如中心对称或者轴对称的物体，它们的重心就在它们的几何中心。比如圆盘的重心在它的圆心，球体的重心就在其球心，轴对称的圆柱体，重心就在其对称轴的中点。同学们仔

15、细观察下面这一组图，然后思考这一问题：重心一定在物体上么？生：不一定师：可以看到，圆环的重心在其圆心，并不在圆环上，而篮球的重心在其球心，但篮球内部为空气，所以重心也不在篮球上。所以物体的重心既可以在物体上也可以不在物体上。那对于质量分布均匀，形状不规则的薄板，可以用悬挂法来寻找。先在A点把薄板悬挂起来，薄板静止时，薄板所受的重力与悬绳的拉力在同一竖直线上，所以薄板的重心一定在通过A点的竖直线AB上。然后在C点把薄板悬挂起来，同理知，薄板的重心一定在通过C点的竖直线CD上，两条线的交点O即为薄板的重心位置。这里要注意的是，悬挂法只能确定薄板的位置。质量分布不均匀的物体，重心的位置不但与形状有关

16、，还与物体的质量分布情况有关，只能通过实验或者数学运算求得，这种情况比较复杂，我们在这里就不介绍了。师：同学们思考一下，物体的重心能不能改变呢？老师这里有一个柔软质地均匀的钢尺，当它展平的时候，重心在哪呢？生：钢尺的中心师：那老师把它弯成一个圆环，此时它的重心位置在哪呢？生：在他的圆心位置师：对，此时重心就不在物体上了，所以当物体的形状发生改变时，物体的重心位置就会发生改变。其实当物体的质量分布发生变化时，物体的重心位置也会发生改变，例如，在装一桶水时，卡车的重心位置比较靠前，水桶慢慢装上去时，卡车的重心位置越来越靠后。因此物体形状和质量分布发生变化是，都会影响物体的重心位置。3 重心与稳度师

17、：知道物体的重心位置有什么用呢？在回答这个问题之前呢，我们先来做一个小实验。纸板上有三个底面积一样，高度不同的长方体纸箱，质量分布均匀，那么他们的重心位置应该在？生：它们的中心位置师：没错，那老师为了方便你们观察，把重心的高度用蓝色的笔标出来了，最高的长方体的重心位置最高，最矮的那个重心最低。当我把纸箱缓缓倾斜时，同学们注意观察纸箱的倾倒情况。老师演示生：最高的纸箱最先倾倒，最矮的纸箱最后倾倒。师：这说明重心越低，物体越稳定。利用物体的这一性质，我们经常会改变物体的形状或者质量分布情况以降低它们的重心，提高物体的稳定性。世界最高楼迪拜塔就是利用这一原理建造而成的。迪拜塔高822米，可能同学们没

18、有什么概念，我们可以观察到他周围有一些比较低矮的建筑，但是你知道么，这些“低矮”的建筑是四五十层楼高的摩天大楼，由此可知如此高耸入云的建筑是多么的巧夺天工，为了保持它的稳定，迪拜塔做成了下大上尖的形状，这样可以大幅度的降低它的重心，稳定性得到大大的提高。师：老师再演示一遍，同学们注意观察，当我开始倾斜纸板时，纸箱立刻就倾倒了么？生：没有师：可以看到，纸箱在倾斜的过程中是有维持了一段时间的稳定的。那它们什么时候会倾倒呢？生：当纸板倾斜到了某一程度时师：某个程度？纸箱倾倒临界条件是什么呢？我们来分析一下纸箱在倾斜过程中的重力作用线的变化，纸箱的支持面始终为它的底面，当纸板还没倾斜时，纸箱的重力作用

19、线落在支持面的中心，纸箱慢慢倾斜，重力作用线逐渐偏离支持面的中心，直到重力作用线与支持面的边界相切，此时纸箱仍未倾倒，当我给纸箱再增加一微小的倾斜，重力作用线就落在了支持面外，纸箱就翻倒了。所以物体不发生翻倒应保证重力作用线在支持面内。师：物体翻倒后处于上图所示的状态下，可以发现这三个纸箱的高度是一致的，但支持面的大小不一样，老师在这个状态下将纸板再次从水平状态慢慢倾斜，同学们觉得会发生什么现象呢？生：三个纸箱同时翻倒师：真的么？那老师来演示，注意观察，神奇的事情发生了生：支持面最小的那个纸箱先翻倒师：没错，而且支持面最大的那个直到非常倾斜之后才翻倒的。这是为什么呢？能不能利用刚才的知识解答呢

20、？生：支持面最小的纸箱的重力作用线最先超过他的支持面。师：没错，支持面最大的纸箱的重力作用线最靠里，最不容易落在支持面外，支持面最小的纸箱重力作用线最容易落在支持面外，因此最容易翻倒。物体的这一性质常用于检查双层公交的稳定性测试，公交车若遇到路边两侧高低不一致时容易翻倒，我们在制造公交时应使它的重力作用线不轻易超过他的支持面，可以通过降低车子的重心或者增大两侧轮子的轴距来实现，但路北面的宽度是一定的，车子的轴距不可能做到很宽，因此我们应尽量降低物体的重心，因此公交一般都没有做的很高。我们来总结一下重心与物体的稳定度的关系：重心的高低影响物体的稳定，重心越低，物体的稳定性越高物体不翻倒的条件：重力作用线在支持面内师：课上了那么久，同学们也累了，那我们来做一个趣味的实验放松一下。这个实验名字叫做会爬坡的锥体。这是一个两端高度不一致的导轨，并且越往上导轨越宽（展示导轨的正面与侧面）。这是一个质地均匀，形状规则的锥体，那么他的重心应该在他的几何重心，就是在这个锥体轴线的中点处，当我把锥体放在导轨的低处，会发生什么样的现象呢？生：会往上爬！师：看来同学们有去科技馆看过这个装置了，我们一起来看一下是否是那么神奇呢？锥体慢慢爬上去了。师：为什么锥体会往上爬呢？难道它竟然是反重力的么？其实不是，我们都被这个导轨欺骗了。（flash动画演示锥体爬坡城中的重心变