8年级下册沪粤版物理 7.3 探究物体不受力时怎样运动(第1课时) 逐字稿-4,369字

  师:同学们大家好,在上课之前,老师想让大家先观察身边的物体,思考能不能让它们动起来。老师身边有椅子,推动椅子它就动了;还有桌子,同样能推动;这里有一支粉笔,把它抛出去;还有粉笔盒,也能推动;还有个足球,踢出去。同学们,你们让身边什么物体运动起来了呢?老师在让物体运动的过程中,发现了两种现象。像推椅子、桌子、粉笔盒,推它才动,不推就不动,根据这个现象,初步能得到结论:物体的运动需要力来维持。而抛粉笔和踢球时,力撤去后,球离开脚,粉笔离开手,它们还能继续向前运动,根据这个现象又能得到什么呢?物体的运动和力到底是怎样的关系呢?接下来,让我们一起进入今天第7.3节——探究物体不受力时怎样运动。

  要研究物体不受力时的运动情况,物理是一门以实验为基础的学科,我们首先想到设计实验,直接验证,找到不受力运动的物体,观察其运动状态,归纳总结结论。但细心的同学会发现,在地球上找不到完全不受力的物体,所以直接验证的方法不可行。

  那该怎么办呢?同学们别着急。在物理上,有些物理定律或关系并非直接从实验得出,而是经过理想化或合理化外推得到的。比如八年级上册第二章探究声音在真空中是否能传播的实验,在地球上找不到完全绝对的真空环境,这个实验是怎么做的呢?是在有空气的实际环境中,逐渐抽出空气,根据声音的变化找出规律,进行科学推理,最后得出声音在真空中能否传播的结论。今天这节课,我们能不能用相同的方法呢?同学们,回到小球运动,小球离开脚后能继续向前运动,但最终会停下来,为什么呢?大家肯定想到了,因为小球受到摩擦阻力的作用。假如小球在运动方向上没有摩擦阻力,它会怎样呢?由于地球上无法实现完全没有摩擦力的状态,我们能不能像声音在真空中传播的实验那样,逐渐减小摩擦力,观察物体运动情况,找出规律,再进行科学推理,得到物体不受力时的运动情况呢?

  这个实验可行吗?关键问题是,我们能不能解决这些问题?先看能不能实现逐步减小摩擦力,在之前摩擦力的学习中,有什么启发呢?同学们肯定想到了,可以选择不同材料的水平面,让同一个物体在上面运动,这样物体受到的摩擦力就是变化的。

  逐步减小摩擦力实现了,新问题又出现了,逐步减小摩擦力,要观察物体运动情况,怎样体现摩擦力对物体运动的影响呢?同学们可以想到,摩擦阻力对运动的影响可以体现在小车速度变化、运动距离情况上。由于小车速度不方便测量,而运动距离直观且容易测量,所以可以用小车运动距离来体现摩擦阻力对运动的影响。

  再看,小车运动距离除了可能跟摩擦阻力有关,还可能跟什么有关呢?还可能与小车在水平面上运动的初始速度有关。在前面学习中,当影响一个物理量的因素有两个或两个以上时,要用到控制变量法,也就是要控制小车在水平面上运动的初始速度。

  又有新问题了,怎么找到在水平面上运动初始速度相同的物体呢?同学们可以利用身边物品想想办法。老师给大家提供一种方法,用一个斜面,让小车从斜面上滚下,到达水平面时就有了初始速度。怎样保证到达水平面时初始速度相同呢?只要让小车在斜面上同一高度处自由下滑,速度就相同了。根据这些设计思路,探究运动和力关系的实验设计如下:

  实验器材:小车、斜面、水平轨道、毛巾、棉布、木板、标记物。

  实验步骤:

  第一步,让小车从斜面某一高度处自由释放,运动到铺有毛巾的水平轨道上,观测运动距离。

  第二步,让小车从斜面同一高度处自由释放,运动到铺有棉布的水平轨道上,观测运动距离。

  第三步,让小车从斜面同一高度处自由释放,运动到铺有木板的水平轨道上,观测运动距离。

  接下来进入具体实验过程。先看小车在铺有阻力较大的毛巾的水平表面运动状态。从标记位置释放小车,小车停下后,用标记物记录停下位置。

  取掉毛巾,让小球在较为光滑的棉布表面运动,从同一位置释放。小车停下后,记好停止位置。

  第三次实验,去掉棉布,木质桌面比较光滑,还是从同一位置释放。可以看到小车划出我们的视线。

  看看小车在三种表面上运动距离的情况。在毛巾表面,小车运动距离短;在棉布表面,运动距离较长;在木板表面,运动距离长。对应的阻力和速度减小情况呢?在毛巾表面,摩擦阻力大,小车速度减小得快;棉布表面,摩擦阻力较小,小车速度减小得较快;木板表面,摩擦力小,小车速度减小得慢。由此能初步得出结论:水平面越光滑,小车受到的摩擦力越小,速度减少得越慢,小车运动的距离就越长。

  想象一下,把水平面换成玻璃板面,小车运动情况会怎样呢?由于受到摩擦力更小,小车运动距离更长,速度减小得更慢。再假设表面是光滑的理想平面,此时不受摩擦力,小车运动距离将无限长,速度不变。所以可以推理出,假如水平面对物体没有摩擦,小车将以恒定速度运动下去。

  同学们,根据探究,现在能回答前面提出的问题了吧?物体的运动需不需要力来维持?显然不需要。那运动和力到底是什么关系呢?物体的运动不需要力维持,运动的物体会停下来是因为受到摩擦阻力,假如运动的物体不受力作用,将以恒定速度运动下去。

  在今天的探究过程中,我们所用的物理方法、设计思想、实验过程,和前人物理大师们有惊人相似之处。接下来,我们进入他们的时代,看看他们对这个问题的研究和认识过程。

  首先研究运动和力关系的是亚里士多德,他认为必须有力作用在物体上,物体才能运动,没有力作用,物体就要静止下来,即力是维持物体运动的原因。亚里士多德这个观点在人类历史上统治了近2000多年。直到17世纪,伽利略根据理想实验,发现物体的运动不需要力维持。下面看看著名的伽利略理想实验。

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