重力与重心教案
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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
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。
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。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
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,还与物体的质量分布情况有关,只能通过实
圆铅球 圆柱
体 圆环 篮球 圆筒
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: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?
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