2019-2020年高三物理 第二十三章 相對論簡介 四、慣性力、慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量(第一課時).doc
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2019-2020年高三物理 第二十三章 相對論簡介 四、慣性力、慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量(第一課時) ●本節(jié)教材分析 本節(jié)介紹了慣性力的概念,并應(yīng)用它在非慣性系中解決力學問題.這一節(jié)內(nèi)容的引入是為廣義相對論做準備的,本身并不屬于相對論的內(nèi)容. 對于慣性力在非慣性系中應(yīng)用解題的教學可將高一時做過的力學問題變換參考系來重做,加深對慣性力概念和非慣性系的理解. 慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量是不同的兩個概念,前者是反映質(zhì)點保持原來狀態(tài)的能力,不涉及引力,后者則反映質(zhì)點吸引其他物體的能力并不涉及慣性,這一點應(yīng)講清楚. ●教學目標 一、知識目標 1理解慣性力的概念,會在非慣性系中用慣性力解決問題. 2理解慣性質(zhì)量和分力質(zhì)量不可區(qū)分. 二、能力目標 培養(yǎng)從不同側(cè)面、不同角度分析解決物理問題的能力. 三、德育目標 通過慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量的對比數(shù)學,激發(fā)學生的探索熱情. ●教學重點 慣性力及應(yīng)用. ●教學難點 慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量. ●教學方法 在具體事例中揭示矛盾,引入慣性力的概念,并在應(yīng)用中深化理解引力質(zhì)量和慣性質(zhì)量主要通過對比發(fā)現(xiàn)它們的不同與聯(lián)系. ●教學用具 投影儀與投影片. ●課時安排 1課時 ●教學過程 一、引入新課 (投影圖23—5) 圖23—5 [師]請大家看圖23—5,靜止車廂內(nèi)的桌面水平且光滑,小球靜止在桌面上,現(xiàn)車廂以加速度a向右加速運動,車廂內(nèi)的人觀察小球的運動情況如何? [生]小球向后運動. [師]他是以什么做參考系的. [生]車廂. [師]他能用牛頓運動定律解釋看到的現(xiàn)象嗎? [生]不能,根據(jù)牛頓運動定律小球要由靜止向后運動必須受到向后的合外力,而這里桌面光滑,其他也沒有水平外力作用. [師]顯然,這里牛頓定律不適用了,在這里的車廂參考系是什么參考系? [生]非慣性系. 二、新課教學 (一)非慣性系和慣性力 [師]牛頓運動定律我們很熟悉,用來解決問題很方便,我們很想使它在非慣性系中也適用,因為非慣性系研究問題有時十分方便. 假如他看到小球受到一個向后的力作用,他就可以用牛頓定律解釋所見到的現(xiàn)象了.雖然這個力不存在,但我們可以引進這一假想的力,叫慣性力,大家能解釋他所看到的現(xiàn)象嗎? [生]能.他認為小球受到了一個向后的慣性力作用,開始加速運動. [師]牛頓運動定律在這里怎么表達? [生]Fi=ma [師]注意這里Fi的方向與非慣性系的加速度方向相反,我們表達為Fi=-ma. (二)慣性力應(yīng)用 [投影問題1] 圖23—6所示,升降機以加速度a勻加速上升,求其底板上質(zhì)量為m的物塊所受支持力.(以升降機為參考系) 圖23—6 [師]在升降機中的觀察者看來,這是一個非慣性系,物體受力情況如何? [生]重力G和支持力FN. [師]還有嗎? [生]慣性力FN,大小為ma,方向與a相反 (教師畫出受力) [師]他認為物體處于什么狀態(tài) [生]靜止 [師]很好,大家很容易據(jù)平衡知識求出FN=Fi+G=ma+mg,物體表現(xiàn)超重. [投影問題2] 圖23—7,小車向左勻加速運動,車內(nèi)懸線與豎直方向成θ角,懸線下小球質(zhì)量為m,求小車加速度大??? 圖23—7 [師]請大家以小車為參考系來討論. (學生能分析出小球受力,包括慣性力,但仍有部分學生寫出以地面為參考系的方程,教師要引導學生搞清在小車這個非慣系中觀察,小球是平衡的) 分析:小球受力如圖. 因小球靜止:水平方向受力平衡Tsinθ-ma=0 豎直方向受力平衡Tcosθ-mg=0 消去T解得a=gtanθ這與在地面參考系求出結(jié)果一致 (教師應(yīng)根據(jù)學生掌握情況靈活安排一些問題討論,加深對慣性力概念及應(yīng)用的理解) (三)慣性力和引力 [師]宇航員長期在空間站生活,失重會給他們帶來不利影響,大家來看一個裝置,(課本圖23—8)它可以產(chǎn)生一個“人造重力”,請大家分析一下這個“人造重力”是怎么產(chǎn)生的? [生]對空間站的宇航員來說,他以空間站為參考系,這一參考系在繞自己的圓心做圓周運動,有向心加速度,因此是一個非慣性系,宇航員要受一個慣性力,這就是“人造重力”. [師]分析得很好,那么這個重力的大小和方向如何呢? [生]大小應(yīng)是ma,這里a是空間站圓周運動的向心加速度,方向應(yīng)與a方向相反,也就是背離圓心.所以他感受的“下方”就是這個方向,“上方”就是指向轉(zhuǎn)軸的方向. [師]正如剛才大家看到的那樣,慣性力和引力的效果是同樣的,這一點還可以從課本圖23—9來理解.在甲、乙兩圖中物體產(chǎn)生加速度的力分別是什么力? [生]甲圖中是行星的引力,乙圖中是由于飛船參考系加速引起的慣性力,對于兩個參考系中的觀察者來說,它們是一樣的,都產(chǎn)生了g的加速度. (四)慣性質(zhì)量與分力質(zhì)量 [師]大家知道物體重力G=mg,慣性力Fi=-ma,這兩種力都與物體的質(zhì)量成正比.但前者與引力相對應(yīng),反映了物體吸引其他物體的能力,而后者是因為物體有慣性才產(chǎn)生的.我們把前者對應(yīng)的質(zhì)量叫引力質(zhì)量,后者對應(yīng)的質(zhì)量稱為慣性質(zhì)量. [生]對同一物體來說,這兩種質(zhì)量的值一樣嗎? [師]從課本圖23—9的例子可以看出,這兩種質(zhì)量是不可分辨的.事實上現(xiàn)在我們還沒有發(fā)現(xiàn)它們的差別. [師]物體在加速運動參考系中的行為與在引力作用下如此相似,二者之間或許有著某種深刻的聯(lián)系,這個問題同學們可以閱讀課文后的“閱讀材料”《廣義相對論》進一步了解. 三、小結(jié) 本節(jié)課我們通過 牛頓運動定律在非慣性系中不能成立這一矛盾,引入了慣性力的概念. 應(yīng)用慣性力解決力學問題,加深了對慣性力的理解. 引力作用與非慣性系中慣性力比較,介紹了引力質(zhì)量和慣性質(zhì)量,進一步認識了非慣性系. 四、布置作業(yè) 1.練習四1、2、3 2.閱讀“閱讀材料”《廣義相對論簡介》. 五、板書設(shè)計 (一)慣性系和非慣性系牛頓運動定律在非慣性系中不能成立. (二)慣性力 大小Fi=ma 方向:與a相反 Fi=-ma 應(yīng)用:1.解釋超重現(xiàn)象例1 2.求解力學問題例2 (三)慣性力和引力 人造重力 效果相同 (四)慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量 概念 不可區(qū)別 六、本節(jié)優(yōu)化訓練設(shè)計 1.如圖23—8,小車以加速度a沿傾角為θ的斜面向下運動,擺錘相對于小車靜止時,懸線與豎直方向夾角是多少?(從非慣性系中求解) 圖23—8 2.如圖23—9所示,升降機以加速度a1勻加速上升,其中的人用力上提一個質(zhì)量為m的物體,他觀察到物體相對于車廂上升的加速度為a2,求他對物體m的拉力大小. 圖23—9 3.如圖23—10所示,水平圓盤繞其中心豎直軸做勻速轉(zhuǎn)動,盤面光滑,將一光滑小球放在盤面上,小球?qū)⑾鄬τ诘孛骒o止,對圓盤參考系,小球如何運動?解釋這一現(xiàn)象. 圖23—10 參考答案: 1. tan-1 2.m(g+a1+a2) 3.小球相對于圓盤做順時針勻速轉(zhuǎn)動,以圓盤做參考系時,小球?qū)⑹艿揭粋€與向心加速度方向相反的慣性力.- 1.請仔細閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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