大學(xué)物理-轉(zhuǎn)動慣量-教學(xué)設(shè)計

1、、授課章節(jié)及主題第三章剛體定軸轉(zhuǎn)動3.2轉(zhuǎn)動慣量轉(zhuǎn)動定律二、教學(xué)目標(biāo)1.知識目標(biāo)：1）理解轉(zhuǎn)動慣量的物理意義；2）掌握剛體定軸轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)動定律；3）能應(yīng)用剛體定軸轉(zhuǎn)動定律解決轉(zhuǎn)動問題。2.能力目標(biāo)：1）會用轉(zhuǎn)動慣量解釋相關(guān)現(xiàn)象。2）掌握應(yīng)用剛體定軸轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)動定律解決問題的基本思路和方法，學(xué)會用轉(zhuǎn)動定律解決剛體的定軸轉(zhuǎn)動問題；3.情感目標(biāo)：1. 讓學(xué)生進一步掌握物理學(xué)的思維方法及研究規(guī)律（剛體的研究方法）2培養(yǎng)學(xué)生將物理知識、物理規(guī)律進行橫向比較與聯(lián)系的習(xí)慣，養(yǎng)成自主構(gòu)建知識體系的意識（平動和轉(zhuǎn)動的類比）；3.強化學(xué)生情感意識，培養(yǎng)其認識世界和改造世界的主觀能動性。了解物理學(xué)來源于生產(chǎn)生活實踐。三

2、、教學(xué)重點1）轉(zhuǎn)動慣量的定義及與哪些因素有關(guān)；2）剛體的定軸轉(zhuǎn)動定律的推導(dǎo)過程。四、教學(xué)難點1）剛體轉(zhuǎn)動慣量的計算2）對定軸轉(zhuǎn)動定律的應(yīng)用。五、學(xué)情分析之前學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了質(zhì)點動力學(xué)內(nèi)容，掌握了質(zhì)點圓周運動的規(guī)律以及質(zhì)點系的平動動力學(xué)規(guī)律。在剛體定軸轉(zhuǎn)動定律的學(xué)習(xí)過程中，遵循人類的認知規(guī)律，充分應(yīng)用了同學(xué)們已經(jīng)掌握的質(zhì)點及質(zhì)點系的動力學(xué)知識。教學(xué)過程中適時提出問題，引導(dǎo)學(xué)生進行思考。通過實驗演示、歸納結(jié)論，引導(dǎo)學(xué)生掌握科學(xué)研究的方法和手段，對未知問題進行探究，揭示自然現(xiàn)象的基本規(guī)律。六、教學(xué)思路及方法1.物理作為一門理論學(xué)科但又不是純理論的，它與實際生活密切相關(guān)，日常生活中的種種現(xiàn)象無不透露著物

3、理的奧妙。所以教學(xué)時必須讓理論與實際相結(jié)合，激發(fā)學(xué)生的興趣和熱情。2. “類比思維”方法，是解決陌生問題的一種常用策略。它讓我們充分開拓自己的思路，運用已有的知識、經(jīng)驗將陌生的、不熟悉的問題與已經(jīng)解決了的熟悉的問題或其他相似事物進行類比，從而創(chuàng)造性地解決問題。運用類比的方法，將已經(jīng)掌握的平動知識遷移到轉(zhuǎn)動中。3. 建構(gòu)主義認為，學(xué)習(xí)過程不是學(xué)習(xí)者被動地接受知識，而是積極地建構(gòu)知識的過程。老師通過設(shè)疑，多提出問題，讓學(xué)生積極思考，讓學(xué)生通過自身的努力真正地吸收所學(xué)知識。4. 直觀演示法。由于學(xué)生在高中階段對剛體部分的內(nèi)容沒有接觸，對學(xué)生而言是全新的知識。雖然在生活中對剛體轉(zhuǎn)動略有接觸和體會，但卻

4、是模糊的，需要大量的實例給予學(xué)生感性的認識。七、教學(xué)過程設(shè)計教學(xué)過程（教學(xué)環(huán)節(jié)、教師活動、學(xué)生活動）設(shè)計意圖及目標(biāo)達成預(yù)測【新課引入】1.設(shè)疑：小實驗兩個質(zhì)量相同的圓餅，所開圓孔的位置不一樣。讓它們從同一個斜面滑下，它們的運動情況是不是一樣的呢？2提出問題問：當(dāng)切斷電風(fēng)扇的電源后，風(fēng)扇會馬上停下來嗎？答：電風(fēng)扇并不是馬上就停止轉(zhuǎn)動，而是轉(zhuǎn)動一段時間后才停止轉(zhuǎn)動。問：這說明什么？答：轉(zhuǎn)動的物體也有轉(zhuǎn)動慣性。引入轉(zhuǎn)動慣量的概念：描述剛體在轉(zhuǎn)動狀態(tài)中的慣性大小的物理量（物理意義）一一轉(zhuǎn)動慣量。3.回顧舊知問題一：慣性是什么？答：慣性是物體保持原有運動狀態(tài)的能力。慣性越大，原來的運動狀態(tài)越不容易改變。

5、轉(zhuǎn)動慣里越大，原有的轉(zhuǎn)動狀態(tài)（指勻速圓周運動或靜止）越不容易改變。問題二：之前我們在質(zhì)點動力學(xué)中已經(jīng)學(xué)過，物體的慣性與什么有關(guān)呢？答：質(zhì)量是物體慣性大小的量度。那么，剛體的轉(zhuǎn)動慣量會和什么有關(guān)呢？【新課教學(xué)】一、引入轉(zhuǎn)動慣量的概念1.定義：I二YAmr2，I=Jr2dm1質(zhì)點作平動時，平動的動能為：Ek=2mv2通過直觀的小實驗演示，引發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。設(shè)置熟知的問題情境，引發(fā)學(xué)生思考，從而引出本節(jié)課題。溫故而知新，為知識的遷移做好準(zhǔn)備。通過將轉(zhuǎn)動動能與平動動能進行剛體轉(zhuǎn)動時，剛體內(nèi)的各質(zhì)點作圓周運動，剛體的動能等于各質(zhì)點動能之和。111E=Amv2+-Amv2+Amv2k2112222nn=

6、刀Amv22ii1=JAm(r&)22iii=1=1(另Amr2)®22iii=1另Amr2相當(dāng)于描寫轉(zhuǎn)動慣性的物理量，11i=1定義為轉(zhuǎn)動慣量2. 量綱：ML2;單位：kgm23. 轉(zhuǎn)動慣量的計算方法單個質(zhì)點的轉(zhuǎn)動慣量J=mr2質(zhì)點系的轉(zhuǎn)動慣量(質(zhì)量離散分布剛體)J為Amiri2i=1質(zhì)量連續(xù)分布的剛體J=Jr2dmm二、決定轉(zhuǎn)動慣量大小的因素1從轉(zhuǎn)動慣量的公式，分析其影響因素：(1) 與剛體的總質(zhì)量有關(guān)；(2) 與質(zhì)量對軸的分布有關(guān)，質(zhì)量分布離軸越遠，轉(zhuǎn)動慣量越大；(3) 與軸的位置有關(guān)。2演示實驗：演示剛體的轉(zhuǎn)動慣量與m和r有關(guān)。(自制演示教具)第一組實驗：m越大，轉(zhuǎn)動

7、慣量J越大第二周實驗：r越大，轉(zhuǎn)動慣量J越大3.問題解決：(1) 解釋開始的小實驗：總質(zhì)量雖然一樣，但是質(zhì)量分布離軸越遠，轉(zhuǎn)動慣量越大。(2) (生活中的物理)再解釋生活中的現(xiàn)象：類比，引入轉(zhuǎn)動慣量的概念。使用用自制教具進行直觀演示，讓學(xué)生獲得感性認識。問題1:飛輪的質(zhì)量為什么大都分布于外輪緣？問題2：走鋼絲為什么手里拿長桿？問題3：耍雜技時，竿子長些還是短些較安全？請學(xué)生思考并討論。(3)試一試：如果你要設(shè)計一款陀螺的外形，從穩(wěn)定性來考慮你會怎么設(shè)計呢？從理論到實際，培養(yǎng)學(xué)生用理論解釋實際現(xiàn)象、解決實際問題的能力，同時激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和興趣?！纠}分析】例1:求質(zhì)量為m，長為l的勻質(zhì)細棒對

8、穿過棒之中心并與棒垂直的軸的轉(zhuǎn)動慣量。加解：在棒上任取一質(zhì)量元dm=九dx線密度“扌，則dJ=皿1 ,1J2x2九dx=九X3丄321 172 =13九_i122ml212例2:求上述細棒對過棒之一端并與棒垂直的軸的轉(zhuǎn)動慣量。1dm0；以X1解：與上例做法相同，只是坐標(biāo)原點由中點移至端點，積分限改變。JJlx2九dx=0=丄ml2典題分析，引深拓展，讓學(xué)生自己去領(lǐng)悟、思考、概念。強化教學(xué)重點，加強對知識的記憶采用演示法與談話法講授法進行通過以上兩個例題，引入剛體轉(zhuǎn)動慣量的平行軸定理J=J+md20c3思考交流：轉(zhuǎn)動慣量與哪些因素有關(guān)？【課堂小結(jié)】1.轉(zhuǎn)動慣量單個質(zhì)點的轉(zhuǎn)動慣量J=mr2質(zhì)點系的

9、轉(zhuǎn)動慣量（質(zhì)量離散分布剛體）J=丫Amr2iii=1質(zhì)量連續(xù)分布的剛體J=Jr2dmm2.剛體轉(zhuǎn)動慣量的影響因素（1）與剛體的總質(zhì)量有關(guān)；（2）與質(zhì)量對軸的分布有關(guān)；（3）與軸的位置有關(guān)。三、引入剛體定軸轉(zhuǎn)動問題問題引入通過一段小視頻，拋出問題：雜技頂竿，驚險刺激，背后蘊藏的物理規(guī)律是什么呢？物理并與生活緊密相關(guān)，抽象，但不難懂。通過和牛頓第二運動定律類比，引出力與加速度的關(guān)系。引導(dǎo)學(xué)生推測，在剛體轉(zhuǎn)動過程中，力矩與角加速度是什么關(guān)系？四、剛體定軸轉(zhuǎn)動定律的推導(dǎo)在剛體上取質(zhì)元，利用已經(jīng)學(xué)習(xí)的牛頓第二定律，對該質(zhì)元寫出牛頓定律的切向和法向分量式。提出問題：質(zhì)元的做的何種運動？引導(dǎo)學(xué)生思路，法向上

10、的力對質(zhì)元轉(zhuǎn)動沒有貢獻，因此只考慮切向上的牛頓第二定律。再對切向上的牛頓第二定律做數(shù)學(xué)變化（帶入乩訂-匚耳，并式子兩端乘以口，在對所有質(zhì)元求和），得到乞£并曲船+£嶺瑋血件=21叫於盤。啟發(fā)學(xué)生思考力，提問：左邊的兩項分別代表什么？右邊又是什么？最后得出轉(zhuǎn)動定律。用課件演示+講授通過視頻，引發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。通過類比法，引發(fā)學(xué)生思考，從而引出本節(jié)課題。呼應(yīng)前面提出的問題，比較牛頓第一定律和轉(zhuǎn)動定律。五、定律的應(yīng)用首尾呼應(yīng)。解決本節(jié)課開始提出問題，頂竿的竿越長越好還是越短越好。這也是對轉(zhuǎn)動定律實際應(yīng)用的練習(xí)。分析轉(zhuǎn)動定律與牛頓第二定律的內(nèi)在關(guān)聯(lián)用課件演示八、作業(yè)布置九、教學(xué)改革和教學(xué)反思本次課，探索了轉(zhuǎn)動這一普遍的自然現(xiàn)象；建立了剛體這一理想化模型；揭示了轉(zhuǎn)動現(xiàn)象所遵循的最基本的轉(zhuǎn)動規(guī)律剛體的定軸轉(zhuǎn)動定律；并且簡述了這一基本規(guī)律對于工程技術(shù)的支撐作用。剛體定軸轉(zhuǎn)動定律是自然界中