2019-2020年高三物理 第二十三章 相对论简介 四、惯性力、惯性质量和引力质量(第一课时).doc

2019-2020年高三物理 第二十三章 相对论简介 四、惯性力、惯性质量和引力质量(第一课时)本节教材分析本节介绍了惯性力的概念，并应用它在非惯性系中解决力学问题.这一节内容的引入是为广义相对论做准备的，本身并不属于相对论的内容.对于惯性力在非惯性系中应用解题的教学可将高一时做过的力学问题变换参考系来重做，加深对惯性力概念和非惯性系的理解.惯性质量和引力质量是不同的两个概念，前者是反映质点保持原来状态的能力，不涉及引力，后者则反映质点吸引其他物体的能力并不涉及惯性，这一点应讲清楚.教学目标一、知识目标1理解惯性力的概念，会在非惯性系中用惯性力解决问题.2理解惯性质量和分力质量不可区分.二、能力目标培养从不同侧面、不同角度分析解决物理问题的能力.三、德育目标通过惯性质量和引力质量的对比数学，激发学生的探索热情.教学重点惯性力及应用.教学难点惯性质量和引力质量.教学方法在具体事例中揭示矛盾，引入惯性力的概念，并在应用中深化理解引力质量和惯性质量主要通过对比发现它们的不同与联系.教学用具投影仪与投影片.课时安排1课时教学过程一、引入新课（投影图235）图235师请大家看图235，静止车厢内的桌面水平且光滑，小球静止在桌面上，现车厢以加速度a向右加速运动，车厢内的人观察小球的运动情况如何？生小球向后运动.师他是以什么做参考系的.生车厢.师他能用牛顿运动定律解释看到的现象吗？生不能，根据牛顿运动定律小球要由静止向后运动必须受到向后的合外力，而这里桌面光滑，其他也没有水平外力作用.师显然，这里牛顿定律不适用了，在这里的车厢参考系是什么参考系？生非惯性系.二、新课教学（一）非惯性系和惯性力师牛顿运动定律我们很熟悉，用来解决问题很方便，我们很想使它在非惯性系中也适用，因为非惯性系研究问题有时十分方便.假如他看到小球受到一个向后的力作用，他就可以用牛顿定律解释所见到的现象了.虽然这个力不存在，但我们可以引进这一假想的力，叫惯性力，大家能解释他所看到的现象吗？生能.他认为小球受到了一个向后的惯性力作用，开始加速运动.师牛顿运动定律在这里怎么表达？生Fi=ma师注意这里Fi的方向与非惯性系的加速度方向相反，我们表达为Fi=-ma.（二）惯性力应用投影问题1图236所示，升降机以加速度a匀加速上升，求其底板上质量为m的物块所受支持力.（以升降机为参考系）图236师在升降机中的观察者看来，这是一个非惯性系，物体受力情况如何？生重力G和支持力FN.师还有吗？生惯性力FN，大小为ma，方向与a相反（教师画出受力）师他认为物体处于什么状态生静止师很好，大家很容易据平衡知识求出FN=Fi+G=ma+mg,物体表现超重.投影问题2图237，小车向左匀加速运动，车内悬线与竖直方向成角，悬线下小球质量为m，求小车加速度大小？图237师请大家以小车为参考系来讨论.（学生能分析出小球受力，包括惯性力，但仍有部分学生写出以地面为参考系的方程，教师要引导学生搞清在小车这个非惯系中观察，小球是平衡的）分析：小球受力如图.因小球静止：水平方向受力平衡Tsin-ma=0竖直方向受力平衡Tcos-mg=0消去T解得a=gtan这与在地面参考系求出结果一致（教师应根据学生掌握情况灵活安排一些问题讨论，加深对惯性力概念及应用的理解）（三）惯性力和引力师宇航员长期在空间站生活，失重会给他们带来不利影响，大家来看一个装置，（课本图238）它可以产生一个“人造重力”，请大家分析一下这个“人造重力”是怎么产生的？生对空间站的宇航员来说，他以空间站为参考系，这一参考系在绕自己的圆心做圆周运动，有向心加速度，因此是一个非惯性系，宇航员要受一个惯性力，这就是“人造重力”.师分析得很好，那么这个重力的大小和方向如何呢？生大小应是ma，这里a是空间站圆周运动的向心加速度，方向应与a方向相反，也就是背离圆心.所以他感受的“下方”就是这个方向，“上方”就是指向转轴的方向.师正如刚才大家看到的那样，惯性力和引力的效果是同样的，这一点还可以从课本图239来理解.在甲、乙两图中物体产生加速度的力分别是什么力？生甲图中是行星的引力，乙图中是由于飞船参考系加速引起的惯性力，对于两个参考系中的观察者来说，它们是一样的，都产生了g的加速度.（四）惯性质量与分力质量师大家知道物体重力G=mg，惯性力Fi=-ma,这两种力都与物体的质量成正比.但前者与引力相对应，反映了物体吸引其他物体的能力，而后者是因为物体有惯性才产生的.我们把前者对应的质量叫引力质量，后者对应的质量称为惯性质量.生对同一物体来说，这两种质量的值一样吗？师从课本图239的例子可以看出，这两种质量是不可分辨的.事实上现在我们还没有发现它们的差别.师物体在加速运动参考系中的行为与在引力作用下如此相似，二者之间或许有着某种深刻的联系，这个问题同学们可以阅读课文后的“阅读材料”广义相对论进一步了解.三、小结本节课我们通过牛顿运动定律在非惯性系中不能成立这一矛盾，引入了惯性力的概念.应用惯性力解决力学问题，加深了对惯性力的理解.引力作用与非惯性系中惯性力比较，介绍了引力质量和惯性质量，进一步认识了非惯性系.四、布置作业1.练习四1、2、32.阅读“阅读材料”广义相对论简介.五、板书设计（一）惯性系和非惯性系牛顿运动定律在非惯性系中不能成立.（二）惯性力大小Fi=ma方向：与a相反Fi=-ma应用：1.解释超重现象例12.求解力学问题例2（三）惯性力和引力人造重力效果相同（四）惯性质量和引力质量概念不可区别六、本节优化训练设计1.如图238，小车以加速度a沿倾角为的斜面向下运动，摆锤相对于小车静止时，悬线与竖直方向夹角是多少？（从非惯性系中求解）图2382.如图239所示，升降机以加速度a1匀加速上升，其中的人用力上提一个质量为m的物体，他观察到物体相对于车厢上升的加速度为a2，求他对物体m的拉力大小.图2393.如图2310所示，水平圆盘绕其中心竖直轴做匀速转动，盘面光滑，将一光滑小球放在盘面上，小球将相对于地面静止，对圆盘参考系，小球如何运动？解释这一现象.图2310参考答案：1. tan-12.m(g+a1+a2)3.小球相对于圆盘做顺时针匀速转动，以圆盘做参考系时，小球将受到一个与向心加速度方向相反的惯性力.