大学物理刚体部分教案

教 案

大 学 物 理

大学物理教研室

[第一次]

【引】本学期授课内容、各篇难易程度、各章时间安排、考试时间及形式等

绪 论

1、物理学的研究对象

2、物理学的研究方法

3、物理学与技术科学、生产实践的关系

第一章 质点运动学

【教学目的】

☆ 理解质点模型和参照系等概念

☆ 掌握位置矢量、位移、速度、加速度等描述质点运动和运动变化的物理量

☆ 能借助于直角坐标系熟练地计算质点在平面内运动时的速度和加速度，能熟练地计算质点作圆周运动时的角速度、角加速度、切向加速度和法向加速度。

【重点、难点】

※ 本章重点：位置矢量、位移、速度、加速度、圆周运动时的角速度、角加速度、切向加速度和法向加速度。

▲ 本章难点：切向加速度和法向加速度

【教学过程】

·描述质点运动和运动变化的物理量 2学时

·典型运动、圆周运动 2学时

·相对运动 2学时

《 讲 授 》

一、基本概念

1 质点

2 参照系和坐标系

（1）直角坐标系（如图1-1）：

（2）自然坐标系（如图1-2）：

3 时刻与时间

二、描述质点运动的基本量

1位置矢量

表示运动质点位置的量。如图1－1所示。

kjirzyx （1－1）

矢径r的大小由下式决定：

222zyxrr （1－2）

矢径r的方向余弦是

rzryrxcos,cos,cos （1－3）

运动方程 描述质点的空间位置随时间而变化的函数。称为运动方程，可以写作

x = x（t），y = y（t），z = z（t） （1－4a）

课时安排：2课时

教学目标：

1. 理解刚体的概念和特性，掌握刚体运动的基本规律。

2. 熟悉刚体平动和转动的基本原理，能够运用相关公式进行计算。

3. 培养学生的物理思维能力和实验操作能力。

教学重点：

1. 刚体的概念和特性

2. 刚体平动和转动的基本原理

3. 刚体运动的相关计算

教学难点：

1. 刚体运动中角动量守恒定律的应用

2. 刚体转动惯量的计算

教学准备：

1. 教学课件

2. 刚体模型

3. 视频演示

4. 计算器

教学过程：

第一课时

一、导入

1. 回顾高中物理中的质点运动，引出刚体概念。

2. 讲解刚体的特性：形状和大小不变，内部各点的相对位置不变。

二、刚体平动 1. 介绍刚体平动的定义和特点。

2. 讲解刚体平动的基本规律：牛顿第二定律。

3. 通过实例讲解刚体平动中的受力分析和运动计算。

三、刚体转动

1. 介绍刚体转动的定义和特点。

2. 讲解刚体转动的两种基本规律：转动定律和角动量定理。

3. 通过实例讲解刚体转动中的受力分析和运动计算。

四、课堂小结

1. 总结刚体平动和转动的基本规律。

2. 强调刚体运动中角动量守恒定律的应用。

第二课时

一、复习导入

1. 回顾上节课所学内容，提问学生刚体平动和转动的基本规律。

2. 强调刚体运动中角动量守恒定律的应用。

二、刚体转动惯量

1. 介绍刚体转动惯量的概念和计算方法。

2. 通过实例讲解刚体转动惯量的计算。

三、刚体运动中的角动量守恒

1. 讲解刚体运动中角动量守恒定律的推导过程。

2. 通过实例讲解刚体运动中角动量守恒定律的应用。

四、课堂小结

1. 总结刚体转动惯量和角动量守恒定律的应用。

2. 强调学生在实际应用中注意公式的选择和计算方法。 五、布置作业

1. 完成课后习题，巩固所学知识。

2. 完成实验报告，分析实验结果。

教学反思：

1. 教师应注重启发式教学，引导学生主动思考，提高学生的物理思维能力。

课时：2课时

教学目标：

1. 让学生掌握刚体的基本概念和运动规律；

2. 理解转动惯量、角速度、角加速度等物理量的含义和计算方法；

3. 能够运用刚体运动定律解决实际问题。

教学重点：

1. 刚体的基本概念和运动规律；

2. 转动惯量、角速度、角加速度等物理量的计算。

教学难点：

1. 刚体运动定律的应用；

2. 转动惯量的计算。

教学准备：

1. 教师准备多媒体课件、实验器材等；

2. 学生准备学习笔记、计算器等。

教学过程：

第一课时

一、导入

1. 复习高中物理中质点和质点组的运动规律；

2. 引入刚体的概念，说明刚体运动的特点。

二、新课讲授

1. 刚体的基本概念和运动规律：

a. 刚体：形状和大小不变，且内部各点相对位置不变的物体；

b. 刚体的运动分为平动和转动两种； c. 刚体的运动规律：牛顿第二定律、转动定律。

2. 转动惯量：

a. 转动惯量的定义：刚体对某一转轴的转动惯量，等于刚体各质点对该转轴的转动惯量之和；

b. 转动惯量的计算：刚体的转动惯量取决于刚体的质量分布和转轴的位置；

c. 转动惯量的公式：$I = \sum_{i=1}^{n} m_i r_i^2$。

3. 角速度和角加速度：

a. 角速度：刚体转动时，单位时间内转过的角度；

b. 角加速度：刚体转动时，单位时间内角速度的变化量；

c. 角速度和角加速度的计算：根据转动定律，可以计算出刚体的角速度和角加速度。

三、课堂练习

1. 计算刚体的转动惯量；

2. 计算刚体的角速度和角加速度。

第二课时

一、复习

1. 复习第一课时所学内容，重点掌握刚体的基本概念和运动规律；

2. 解答学生提出的问题。

二、新课讲授

1. 刚体运动定律的应用：

a. 牛顿第二定律在刚体运动中的应用；

b. 转动定律在刚体运动中的应用；

c. 刚体运动问题的解题方法。

学号：

姓名：

成绩：

1-2每题5分； 3-5每题10分；6-8每题20分；总分100分. (作业A4纸打印，选择题和填空题写在题内，计算题解答写在A4纸背面)

作业三： 刚体的转动

一、选择题

1. 关于刚体转动惯量的概念，以下表述中的是：

（A）只要两刚体的总质量与形状都相同，则转动惯量相同，与转轴无关。

（B）刚体的转动惯量决定于刚体的质量相对于转轴的分布。

（C）刚体转动惯量的方向与转轴相同。

(D) 刚体转动惯量的大小与刚体的运动状态有关 ［ ］

2. 如图所示，、为两个相同的绕着轻绳的定滑轮．滑轮挂一质量为的物体，滑轮受拉力F，而且F＝Mg．设、两滑轮的角加速度分别为和，不计滑轮轴的摩擦，则有

＝．＞．C＜．D开始时＝，以后＜． ［ ］

二、填空题

3.如图所示，一轻绳绕于半径r = 0.2 m的飞轮边缘，并施以F＝98 N的拉力，若不计轴的摩擦，飞轮的角加速度等于39.2 rad/s2，此飞轮的转动惯量为___________．

4. 有一半径为R的匀质圆形水平转台，可绕通过盘心O且垂直于盘面的竖直固定轴OO＇转动，转动惯量为J．台上有一人，质量为m．当他站在离转轴r处时(r＜R)，转台和人一起以的角速度转动，如图．若转轴处摩擦可以忽略，问当人走到转台边缘时，转台和人一起转动的角速度＝____________．

5. 一水平的匀质圆盘，可绕通过盘心的竖直光滑固定轴自由转动．圆盘质量为，半径为，对轴的转动惯量212JmR．当圆盘以角速度转动时，有一质量为m的子弹沿盘的直径方向射入而嵌在盘的边缘上．子弹射入后，圆盘的角速度＝．