2. 重力公开课教案（教学设计）

高一物理课堂教案

课

题

§

3.1

重

力

课

型

新授课（2课时）

教学目标知识与技能

1．了解力是物体对物体的作用，力的作用是相互的，认识力能使物体发生形变或使物体运

动状态发生改变．

2．知道力的三要素，会画力的图示和力的示意图．

3．知道重力的方向以及重力的大小与物体质量的关系．

4．知道物体重心的含义．

5．知道重力产生的原因及其定义．

6．了解四种基本相互作用．

过程与方法

1．知道人类认识力的作用是从力的作用产生的效果开始的．

2．能通过探究活动体验力的作用效果与力的大小、方向、作用点三个因素有关．

3．能通过多个实验现象归纳得出力的作用是相互的．

4．自己动手，找不规则薄板重心的实验锻炼自己的动手能力．

5．通过“重心”概念的引入渗透“等效代换”的物理学方法．

情感态度与价值观

1．通过实例激发学生对科学的求知欲、激励探索与创新的意识．

2．通过实验，培养学生的团结协作精神．

3．通过本节课的学习，培养全面观察分析问题的能力．

教学重点

1．力的概念、图示以及力的作用效果．

2．重力的概念及重心的理解．

教学难点

1．力的概念．

2．重心的概念和位置．

教学重点、难点教学方法教学手段

探究、讲授、讨论、练习

教具准备

多媒体课件，长方形木块，锯条，橡皮条，已知质量的钩码，重垂线，铅笔，刻度尺，质量均匀的金属板等．

四种基本相互作用

好，大家翻开课本第50页，今天我们开始学习第三章《相互作用》。

伟大的千年思想家马克思写了一本著名的畅销书《资本论》【马克思手握资本论图片】，在这本书中他提到了这样一句话：“社会是人的社会，人是社会的人”。什么意思呢？社会是由人组成的，就好像我们的学校由同学们、老师、校长、食堂阿姨还有看门大爷组成；而我们每个人在社会中的身份也不只一个，就拿**来说，他不只是**，还是老师的学生，学生的好哥们，爸爸的孩子。。所以我们说：无论社会或是自然界中的物体都不是孤立存在的，他们之间存在着多种多样的联系，我们称之为“相互作用”。

那么在物理学当中呢，物体之间的这些相互作用抽象为一个概念：力。同学们可以注意到，在一二章中我们关注的是物体单纯的运动的一些特点，如位移，速度，加速度——我们称之为“运动学”；而从这一节开始，我们将要拉开一个崭新的篇章——静力学，我们讨论的内容跟前两章一样很单纯，就是物体的力。

首先登上舞台的是自然界中可以支配一切的力量，我们称之为“四种基本相互作用”。大家可以把课本翻到52页，看看我们有哪四种基本的相互作用。好！有万有引力、电磁相互作用、强相互作用、弱相互作用，同学们找的很全面。

那么，接下来我们把这四种相互作用/力分成两大类：一类称为长程力，这个长程不是我们北京的长城“Great Wall”，而是说它的力程很长，力的范围很长，就好像我们玩的游戏，有的兵种射程大，有的兵种射程小；另一类称为短程力，意思是力的作用范围很短。好，那我们就按力程把四种力分成了两大类。

我们先看长程力。

第一种长程力是万有引力，所谓“万有”指的是这样的力存在于世间万物之间，一切物体只要有质量，就会受到万有引力；它的力程是无穷远，从我们的教室直到宇宙深处的半人马星座这种力都在作用，只不过强度随距离的增大而逐渐减弱。比方说，苹果之所以会落下来砸到牛顿头上，天上之所以会掉馅饼，都是由于万有引力的吸引作用。如果没有万有引力，同学们梦寐以求的馅饼不仅不会从天上掉下来，甚至还会从我们的手里飞走，可见万有引力是非常重要的。那么今年的物理学奖就颁给了在引力波研究领域作出了突出贡献的三位美国科学家雷纳·韦斯（Rainer Weiss）、巴里·巴里什（Barry C. Barish）和基普·索恩（Kip S. Thorne）【图片】，那引力波就是万有引力的一个派生产物【展示引力波动态图】。

第二种长程力是电磁相互作用，这个力大家都非常熟系。它在电闪雷鸣中露出狰狞，在

轻轻触摸的手上留下温柔。我们说正负电荷会相互吸引，同种电荷会相互排斥，是因为什么呀？就是因为电荷之间有电磁相互作用。还有更酷炫的在这里，不知道有同学看过电影《复仇者联盟》吗？其中塑造了一个英雄形象就是雷神索尔【雷神图片】，一出场就是电闪雷鸣的。那同学想不想像雷神索尔一样可以召唤闪电？其实你可以的！大家请看视频：两位表演者就将闪电搬上了舞台，站在舞台上随手召唤闪电，甚至用闪电点燃手中的剑。【播放视频】。同学们想想他们是怎么做到的？难道他们是雷公电母？学过电磁相互作用呢，其实你就知道其实他们是用特斯拉线圈制造出超高电压，从而击穿空气在舞台上形成闪电的效果。所有的接触力，也就是通过接触而起作用的力。包括弹力和摩擦力，都是电磁相互作用的结果。电磁相互作用的强度比万有引力的强度要大很多，如果把电磁相互作用比作一头大象的话，那么万有引力就是大象身边爬过的小蚂蚁。所以在一般的电荷问题当中万有引力可以忽略不计。

接下来是短程力。

短程力是一对双胞胎，名字起的也很像。但是他们的母亲很偏心，给他们起名字的时候，一个叫强**，另一个叫弱**：“强相互作用”和“弱相互作用”。这两个力的力程都很短，即原子核的大小,大约是10-15m.这个长度有多小呢？我们生活中的一根头发直径大约是0.1mm，那我们再把这根头发等分为一千亿份。我们的强弱相互作用都是只在这么小的范围作用，一出这个圈立马减小为零。

什么是强相互作用呢？大家知道原子核是由质子和中子组成的，比方说He原子核有两个质子，那由于同性相斥，质子之间肯定是会相互排斥的，一个看一个不顺眼，另一个和这个说你快滚蛋吧，他们两都想和对方分手，为什么他们还能友好的同居于一个原子核中呢？就是由于强相互作用。强相互作用就像胶水一样牢牢地把想要分开的质子束缚在一起。这个强度是非常之强，在自然界的力中排NO.1. 顾名思义，弱相互作用就比强相互作用弱一些了。那大家猜猜它排第几呢？啊，有同学认为它是最后，你想想看他哥哥可是自然界中力的老大，上头有人，怎么可能是最后呢？啊，有的同学认为他是第二，可是他很“弱”哎，对了！所以他排第三。第二是电磁相互作用，最后是最弱的常常被忽略的万有引力相互作用。以上四种基本相互作用就是自然界中所有里的集合，它们的强度排序是：强相互作用>电磁相互作用>弱相互作用>万有引力。

什么是弱相互作用呢？它主要跟“放射现象”有关。比方说，自然界中有一些发射性元素【放射元素图片】，如铀，镭等等。大家戴过的夜光手表，指针之所以在晚上可以发光，就是因为其中含有一些放射性元素；还有我们现在给癌症病人治病，其实癌症就是一种恶性肿瘤，如果发现的较早，病灶部位还没有扩散，这个还是可以治疗好的。那么一般有两种方法：一种是化疗——用化学的方法治疗，那么另一种就是“放疗”，也叫发射性治疗，对患者的病灶部位做切割处理。所以很多医院都能够看到这个标志。那么这么一种作用代表着原子核对电子的排斥，想让电子离开原子。

就和著名的词人李商隐说的一句话一样：“相见时难别亦难”，别亦难说的是强相互作用把质子们牢牢束缚在一起；相见时难说的是弱相互作用把电子等微观粒子从原子核中扫地出门，赶出去。【播放分类图片】

大家学到这里，是不是觉得四种相互作用力太多了！很不好记他们的特点呀，伟大的物理学家爱因斯坦在他人生的后30年也跟大家一样有这样的烦恼，在爱因斯坦的年代，强力和弱力还没有发现，但他还是为自然界存在两种截然不同的力——引力和电磁力感到困惑，爱因斯坦不相信宇宙会那么浪费，他想物理学是具有“对称美”和“简洁美”的，就像电和磁可以相互转化（电流的磁效应、电磁感应定律）一样，基本相互作用是不是也能够相互转化，统一起来呢？于是他的后半生一直致力于一个称为“统一场”的理论，他希望能找到一种统一场论来说明这两种力不过是同一个大的基本原理的不同表现，但是时代的限制导致这个理论最终没有建立起来，这场堂吉诃德式的追求将爱因斯坦从物理学主流里孤立出来。爱因斯坦在20世纪40年代初给朋友的信里说“我成了孤独的老头儿，我出名大概主要是因为不穿袜子，而有时候又被当成珍稀动物到特殊场合展览。”

爱因斯坦走在了时代的前头。半个多世纪以后，他的统一理论之梦已经成为现代物理学的圣杯。这个世纪由诺贝尔奖得主加来道雄发展的“弦理论”越来越可能圆了爱因斯坦的大一统之梦，成为一个“包罗万象的理论”，从原则上讲，从宇宙大爆炸到人类幻想的一切事物，都可以用弦理论来描述。可是弦理论现在还只是出于起步阶段，很多现象还无法解释，那它的发展还依赖于在座的各位青年才俊，正如牛顿所说：我是一个在海边自由嬉戏的孩童，不时地捡起海边的一两个美丽的贝壳，“真理的大海”【海边图片】依然在我们面前，尚未发现。

力和力的图示

我们讲过，人们把物体与物体之间的相互作用称作力，如果有同学对《星球大战》这部电影感兴趣的话，一定不会忘记其中的一句经典台词：“May the force be with you!”就是：“愿原力与你同在！”力的英语是force，所以今后我们用大写的字母F【板书】对其进行表示。

那力在生活中有什么样的作用呢？比方说NBA篮球运动员科比布莱恩特晃过防守队员，后仰45°，以一个完美的角度投出篮球，篮球在空中划出一道完美的曲线进入篮筐。在这个过程中，科比对篮球有力的作用，而篮球从在手中静止变为在空中运动，可见力的第一个作用就是：①力可以改变物体的运动状态；再有就是同学们手头如果有较硬的钢板尺可以握住钢板尺的两端，向下掰一掰会发现钢板尺变弯了，说明力还有一个作用就是：②使物体发生形状变化（形变）。

为了纪念伟大的物理学家、力学之父牛顿，把力的单位定为牛顿，简称牛，符号为N.

力是一个既有大小又有方向的矢量，当力的方向和运动方向相同时，将加快物体的运动；当力的方向和运动方向相反时，会阻碍物体的运动，降低物体的运动速度。

力的图示/示意图。三要素：力的作用点，作用线，方向。作用点就是受力物体的位置；方向代表物体的受力方向；作用线就和大家学的地图一样，先有个比例尺就是按一定的标度画出，它的长短表示力的大小。

重力

重力是万有引力相互作用的一种，也是生活中最常见的力。【图】比方说牛顿的绝活——掉苹果，为什么苹果不是往天上飞，而是往地上掉呢？原因就是地球存在重力作用；【图】还有咱们的地球在日夜不停的自转，为什么地球上的水体（海洋）不会随自转而甩出去呢？也是因为重力的吸引作用；【图】再有比方说，地球上最爱蹦蹦跳跳的动物是袋鼠，那同学们设想如果没有重力的话，那袋鼠一跳就一飞冲天了！可能瞬间袋鼠这种动物在地球上就灭绝了，而多了一种叫“太空鼠”的生物。

那么既然重力这么重要，现在我们就用力的三要素来分析我们之前已经非常熟悉的重力。

大家还记得理由哪3个要素吗？作用线、方向、作用点。

首先来看作用线，即力的大小。我们知道重力的大小应该等于多少呢？G=mg【板书】。那么有了这样一个公式，你对生活中很多的问题都有了自己的独立思考。比方说现在很多气功大师上台表演绝活，说是发功之后身体就变轻了，于是做吊环运动，但是这吊环是纸做的，怎么晃环也断不了。这时候主持人就上来了，用手一撕纸就断了，证明这是普通的纸环。那同学们想想气功大师的重量真的减轻了吗？那大家看这个公式，G=mg，他缺胳膊少腿了吗？所以质量不会减轻。那重力加速度的值在同一地点也是不变的定值，所以他的重量定然不会减轻。那么玄机奥妙又在哪儿呢？就在纸环上，这个纸环不是一般的纸环，是特制的，它的特点是拽不断，但是一撕就烂。而且现在的主持人很多年都是表演者的托儿。

然后看方向，我们说重力的方向是竖直向下的，或者说垂直于水平面向下。有时候我们看建筑工地上砌墙，为了验证墙砌的正不正，是不是拿一个小重锤比划一下，如果墙平行于重锤，就说明是竖直向下的。这就是利用了重力的方向去解决实际生活中的问题。

最后我们看重力的作用点。按理来说，这么一个物体（心形），是不是每一个点都会收到重力的作用呢？于是你就很认真的画，都是作用点。画一上午，你也不一定能画完。别人过来一看还以为是万箭穿心呢？

那科学家就想了一个办法，如何找重力的作用点？或者说如何找重心呢？

有两种方法，一种是普遍的方法，一种是特殊的方法。

特殊的方法适用于特殊的物体，这个物体的特点是两个：形状规则、质量均匀【板书】。那此时重心就在它的几何中心上；

那么还有一种情况，如果这个物体形状不规则，质量不均匀，该怎么办呢？【画一个不规则物体】我们使用的方法叫做“悬挂法”。因为重力线一定过重心，所以我们把物体悬挂起来两次，做两条重力线，他们的交点就一定是重心。大家看演示【播放演示实验1】；那这个方法是万能方法，也就是说对于质量均匀的物体也是适用的。【播放演示实验2】.