超重和失重 教學(xué)設(shè)計 高一上學(xué)期物理人教版（2019）必修第一冊

4.6《超重和失重》教學(xué)設(shè)計課題超重和失重學(xué)情分析一）、學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了受力分析、牛頓運(yùn)動定律的內(nèi)容,掌握了它們的基本應(yīng)用，但概念的理解也存在一些誤區(qū)。1、認(rèn)為“失重就是失去重力，因為沒有重力，宇航員所以飄起來了”；2、學(xué)生會認(rèn)為彈簧秤的示數(shù)就是物體的重力，因此超重和失重是物體實(shí)際重力的增減；3、通過速度方向判斷物體是超重還是失重,并且由速度大小來判斷物體超重或失重的程度。二）、學(xué)生學(xué)習(xí)需求生活中坐電梯或是去游樂園玩一些項目時會有超重與失重的感受，但是學(xué)生并不知道為什么會出現(xiàn)這種現(xiàn)象，于是對這部分知識充滿好奇。三）、可能存在的困難1、學(xué)生分析問題時不明確研究對象,也不注意分辨平衡力和相互作用力；2、對概念的理解還很抽象，對如何應(yīng)用牛頓運(yùn)動定律解決具體情境下的問題還存在困難。教學(xué)目標(biāo)一）、物理觀念1、知道測量重力的方法；2、知道超重、失重和完全失重現(xiàn)象及其產(chǎn)生條件。二）、科學(xué)思維1、會應(yīng)用牛頓第二定律分析超重和失重現(xiàn)象發(fā)生的動力學(xué)原因，理解超重和失重現(xiàn)象的本質(zhì)；2、了解超重和失重現(xiàn)象在各個領(lǐng)域的應(yīng)用，解釋生活中的超重和失重現(xiàn)象。三）、科學(xué)探究通過親身體驗和觀察電梯里的臺秤示數(shù)等發(fā)現(xiàn)超重和失重現(xiàn)象產(chǎn)生的條件。四）、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任1、培養(yǎng)學(xué)生從實(shí)際情境中捕捉信息、發(fā)現(xiàn)問題并提出問題的能力與責(zé)任；2、培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用科學(xué)知識解釋生活現(xiàn)象的能力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和興趣。教學(xué)重難點(diǎn)一）、教學(xué)重點(diǎn)發(fā)生超重、失重現(xiàn)象的條件及本質(zhì)。二）、教學(xué)難點(diǎn)1、超重、失重現(xiàn)象的本質(zhì)；2、對生活中超重、失重現(xiàn)象的實(shí)例分析。教學(xué)過程教學(xué)過程教學(xué)活動學(xué)生活動新課引入演示實(shí)驗：在臺秤上放置一個箱子，箱內(nèi)頂部懸掛一根彈簧，彈簧下系一重物，重物靜止時，臺秤上的指針在固定位置。教師讓重物上下振動(學(xué)生不可見)，引導(dǎo)學(xué)生觀察臺秤示數(shù)的變化情況。是什么原因?qū)е碌哪?？帶著這個疑問我們一起開啟今天的探索之旅。觀察實(shí)驗現(xiàn)象一、重力的測量引導(dǎo)學(xué)生思考測量物體重力的方法。利用臺秤或彈簧秤測量重力時，要注意什么？保持靜止?fàn)顟B(tài)，這樣拉力與重力二力平衡，而彈簧秤實(shí)際測量的是彈簧受到的拉力、臺秤實(shí)際測量的是壓力，再由牛頓第三定律，可知彈簧受到的彈力或壓力等于重力。這里我們把物體對支持物的壓力或?qū)覓煳锏睦凶鑫矬w的視重。根據(jù)剛才的分析，提出引導(dǎo)學(xué)生思考的問題:你能猜出箱子內(nèi)部是什么結(jié)構(gòu)嗎?揭秘：教師展示箱子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)后，發(fā)現(xiàn)里面的物體在運(yùn)動，看來物體的視重與運(yùn)動狀態(tài)有關(guān)。接下來我們就一起通過實(shí)驗來研究這個關(guān)系。理解視重的含義猜想演示實(shí)驗中箱子內(nèi)部可能的結(jié)構(gòu)二、超重和失重提供了彈簧測力計和重物，請學(xué)生按照步驟進(jìn)行實(shí)驗并記錄數(shù)據(jù)。學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗:①測量鉤碼的重力；②將彈簧測力計連同鉤碼向上加速運(yùn)動，觀察彈簧秤示數(shù)的變化；③讓彈簧測力計連同鉤碼向下加速運(yùn)動，觀察并記錄彈測力計示數(shù)的變化。小組討論：探究1、鉤碼上升和下降過程中存在哪些運(yùn)動狀態(tài)？上升時從靜止先加速上升再減速上升直至靜止，下降時先加速下降再減速下降直至靜止。探究2、根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)分析在不同運(yùn)動狀態(tài)下彈簧秤示數(shù)與重力的關(guān)系？彈簧秤的示數(shù)有時大于重力，有時等于，有時小于。我們就把彈簧秤示數(shù)大于重力的現(xiàn)象叫做超重，小于重力的現(xiàn)象叫做失重。具體就是物體對支持物的壓力（或?qū)覓煳锏睦Γ┐笥谖矬w所受重力的現(xiàn)象，叫做超重現(xiàn)象。大于物體所受重力的現(xiàn)象，叫做失重現(xiàn)象。探究3、再來分析鉤碼出現(xiàn)超重和失重狀態(tài)與哪個物理量有關(guān)？引導(dǎo)學(xué)生把剛才研究的問題填寫到表格中，3分析表格發(fā)現(xiàn)關(guān)系：超重和失重與運(yùn)動方向無關(guān)與加速度方向有關(guān)。當(dāng)加速度向上時物體處于超重狀態(tài)，當(dāng)加速度向下時處于失重狀態(tài)。這就是判斷超失重的方法。探究4、為什么加速度方向向上就超重，向下就失重呢？從牛頓運(yùn)動定律的角度進(jìn)行分析。我們選取加速向上和減速下降的過程來分析。以物體為研究對象受力分析，受重力和支持力，以加速度方向為正列牛頓第二定律，其中彈簧秤的示數(shù)是彈簧秤受到的拉力，由牛頓第三定律得壓力等于mg+ma，超重。引導(dǎo)學(xué)生仿照老師的做法寫出加速度向下的分析過程。通過師生共同分析找到超重和失重的原因。超重：物體對支持物的壓力（或?qū)覓煳锏睦Γ〧=mg+ma,大于重力。失重：物體對支持物的壓力（或?qū)覓煳锏睦Γ〧=mg?ma,小于重力。分組實(shí)驗：根據(jù)實(shí)驗結(jié)果，分析視重與運(yùn)動狀態(tài)的關(guān)系：得出超重和失重的定義。找到超重、失重與加速度方向的關(guān)系。根據(jù)牛頓第二定律，結(jié)合老師對加速向上運(yùn)動的分析，對減速下降進(jìn)行分析。三、超重和失重的應(yīng)用1、電梯里的超失重生活中超失重現(xiàn)象無處不在。比如乘坐電梯時。播放老師在愛琴海觀光電梯中提前錄制的視頻，引導(dǎo)學(xué)生觀察電梯上升和下降過程中的體重計示數(shù)的變化并分析運(yùn)動過程和超失重情況。2、極限運(yùn)動中的超失重乘坐電梯時感受到的超失重是比較輕微的，而一些極限運(yùn)動中，可以體驗到更強(qiáng)烈的超失重，比如蹦極。觀看視頻、思考蹦極過程中的超失重問題。演示實(shí)驗：模擬蹦極過程，用力傳感器記錄下拉力的F-t圖像。記錄完成后分析圖像。思考1：各階段的超失重情況？思考2：各階段做什么運(yùn)動？思考3：物體下落開始階段做什么運(yùn)動？拉力F為多少？通過問題引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會分析復(fù)雜運(yùn)動過程的運(yùn)動情況和超失重情況。當(dāng)物體以自由落體加速度a=g運(yùn)動時，物體對支持物的壓力（或?qū)覓煳锏睦Γ┑扔诹?，我們稱物體處于完全失重狀態(tài)。演示實(shí)驗：利用手機(jī)投屏和慢動作回放觀看下端開孔的水瓶在自由下落時的水流情況。思考為什么水不再流出？3、航天科技中的超失重現(xiàn)象2022年11月29日晚，神舟十五號載人飛船發(fā)射成功。引導(dǎo)根據(jù)提供的數(shù)據(jù)計算宇航員在發(fā)射過程中承受的作用力。學(xué)生通過計算發(fā)現(xiàn)宇航員在發(fā)射過程中要承受6倍重力大的壓力，這已經(jīng)超過了普通人的承受范圍，所以宇航員要經(jīng)過艱苦的訓(xùn)練，才能實(shí)現(xiàn)。當(dāng)航天器到達(dá)太空后在穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中處于完全失重狀態(tài)，觀看中國空間站里的視頻。激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識的興趣，為圓周運(yùn)動和天體運(yùn)動的學(xué)習(xí)埋下伏筆。從乘坐電梯到蹦極，都是普通人可以承受的，而我們的宇航員卻要承受人類身體的極限，忍受超失重帶來的種種不適。今天我國航天事業(yè)的蓬勃發(fā)展離不開航天人的奉獻(xiàn)精神。愿同學(xué)們能發(fā)揚(yáng)特別能吃苦、特別能戰(zhàn)斗航天精神，努力學(xué)習(xí)，為國家發(fā)展貢獻(xiàn)自己的力量。學(xué)生分析后完成例題觀看視頻進(jìn)行分析。完成例題，熟悉利用牛頓運(yùn)動定律解題的步驟和注意事項演示實(shí)驗，記錄圖像并分析。演示實(shí)驗，思考為什么水不再流出？計算宇航員在發(fā)射過程中承受的作用力。體會宇航員承受6倍重力大的壓力時的艱險。觀看中國空間站里的視頻。激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識的興趣。樹立愛國主義思想，樹立為國家科技發(fā)展做出貢獻(xiàn)的決心。四、課堂小結(jié)構(gòu)建本節(jié)課知識網(wǎng)絡(luò)。五、課后作業(yè)1、利用家用體重計，測量自身重力，并研究下蹲和站起過程中的超失重情況。2、利用本節(jié)課所學(xué)設(shè)計實(shí)驗方案估測商場或自家電梯在加速和減速過程中的加速度。完成課后作業(yè)?！冻嘏c失重》課后反思本節(jié)課作為一節(jié)現(xiàn)象教學(xué)課，重點(diǎn)是引導(dǎo)學(xué)生生成超重和失重的概念，為此本行課設(shè)計了一系列簡便易行的實(shí)驗，并讓學(xué)生參與體驗，激發(fā)學(xué)生的探究興趣和學(xué)習(xí)熱情。另外，超重失重現(xiàn)象產(chǎn)生的原因探尋是本節(jié)課教學(xué)的難點(diǎn)，為了突破難點(diǎn)，我在課堂一開始首先帶領(lǐng)學(xué)生復(fù)習(xí)回顧處理動力學(xué)問題的基本思路，為本吊i課提供了一條分析主線，發(fā)揮了教師的主導(dǎo)作用，也為后續(xù)課堂的分析奠定了基礎(chǔ)。課堂已經(jīng)證明，學(xué)生在思路指導(dǎo)下，很快就找到了超重失重現(xiàn)象產(chǎn)生的本質(zhì)原因，順利突破了難點(diǎn)。物理學(xué)是以實(shí)驗為基礎(chǔ)的一門學(xué)科，很多概念和規(guī)律的生成都需要實(shí)驗的支持，因此在本節(jié)課中設(shè)計好實(shí)驗是取得良好教學(xué)效果的前提。為此，我在課堂中設(shè)計了用彈簧秤提升硅碼的分組實(shí)驗，用體重計演示超重失重的學(xué)生演示實(shí)驗和自由下落的漏水的水瓶實(shí)驗。為了增強(qiáng)演示實(shí)驗的可視性，下落水瓶的慢鏡頭設(shè)計很好。通過這幾個實(shí)驗，讓學(xué)生對現(xiàn)象的認(rèn)識由模糊到清晰，為后續(xù)理論分析和概念生成奠定了良好的基礎(chǔ)。本行課的三個實(shí)驗設(shè)計效果都不錯，并且通過這一系列實(shí)驗幫助學(xué)生順利生成了概念，體現(xiàn)了新課程理念?！半娞葜械呐_秤”視頻是我親自拍攝的，可視性、真實(shí)性和實(shí)用性都很好。通過錄制視頻，將學(xué)生平時看不到的現(xiàn)象形象地呈現(xiàn)在學(xué)生而前，特別是有了彈簧秤和臺秤這兩個實(shí)驗分析的基礎(chǔ)以后，學(xué)生對電梯中的臺科分析準(zhǔn)確到位，課堂達(dá)成度令人滿意。本節(jié)課由身邊的現(xiàn)象，到理