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

6超重和失重目標素養(yǎng)1．物理觀念：通過“超重”和“失重”內(nèi)容的學(xué)習(xí)過程，引導(dǎo)學(xué)生歸納得出本節(jié)課的內(nèi)容是應(yīng)用牛頓運動定律來解決生活中的實際問題，由此逐步提升學(xué)生“運動與相互作用”的物理觀念。2．科學(xué)思維：通過觀察電梯內(nèi)體重計示數(shù)的變化，引導(dǎo)學(xué)生分析產(chǎn)生超重和失重現(xiàn)象的條件，使用牛頓運動定律對超重和失重現(xiàn)象進行動力學(xué)原因的分析，進而理解超重和失重現(xiàn)象的本質(zhì)。從運動學(xué)來看，當物體加速上升和減速下降時，物體處于超重狀態(tài)；當物體加速下降或減速上升時，物體處于失重狀態(tài)。而從牛頓運動定律來看，物體受到的合外力向上時，物體處于超重狀態(tài)；物體受到的合外力向下時，物體處于失重狀態(tài)。前者為表象，而后者為本質(zhì)，兩者之間存在著遞進關(guān)系。引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷探究過程中的信息整理、發(fā)現(xiàn)問題、提出問題等環(huán)節(jié)，通過科學(xué)的論證解決問題，逐步發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維，并形成尊重事實、敢于質(zhì)疑、善于反思的科學(xué)態(tài)度。3．科學(xué)探究：通過布置課前小任務(wù)-“拍攝電梯內(nèi)體重計示數(shù)的變化”，讓學(xué)生參與實驗設(shè)計和實驗器材的安裝并完成實驗，獲取真實的數(shù)據(jù)，認識超重和失重現(xiàn)象，提升學(xué)生的科學(xué)探究能力。4．科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：通過分享交流，引導(dǎo)學(xué)生了解超重和失重在各個領(lǐng)域中的應(yīng)用，鼓勵學(xué)生利用已有的知識分析解釋生活中的現(xiàn)象，對于存在的問題敢于質(zhì)疑，并提出基于證據(jù)的合理解釋，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和興趣，形成良好的科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任。重點難點重點1．認識超重和失重的現(xiàn)象。2．應(yīng)用牛頓運動定律分析解釋超重和失重的動力學(xué)原因。難點1．應(yīng)用牛頓運動學(xué)定律分析超重和失重的動力學(xué)原因。2．應(yīng)用超重和失重的知識解釋生活中的現(xiàn)象。教學(xué)準備教師準備1．制作本節(jié)課的多媒體課件。2．準備臺秤、鉤碼、打孔的水瓶、紅墨水、手機等。學(xué)生準備1．預(yù)習(xí)本節(jié)課的內(nèi)容。2．用手機拍攝的電梯內(nèi)體重秤示數(shù)變化的視頻。導(dǎo)入新課導(dǎo)入一（活動導(dǎo)入）教師播放學(xué)生課前拍攝的電梯內(nèi)體重秤示數(shù)變化的視頻。請大家猜想一下，為什么電梯內(nèi)的人處于“靜止”狀態(tài)，體重秤的示數(shù)卻會發(fā)生改變呢？導(dǎo)入二（情境導(dǎo)人）教師播放中國空間站中太空授課的視頻。學(xué)生觀看太空授課的視頻，感受精彩而有趣的太空實驗。討論有關(guān)太空內(nèi)容時經(jīng)常提到“失重”，失重在物理學(xué)中該怎樣解釋呢？為什么在太空中觀察到的實驗現(xiàn)象，在地球上卻有著不一樣的實驗結(jié)果呢？在地球上是否能得出和太空中相同的實驗現(xiàn)象呢？通過今天的學(xué)習(xí)，我們就會找到答案。讓我們一起開始吧！教學(xué)過程環(huán)節(jié)一：臺秤上的秘密教師體重秤測量的真是我們的重力嗎？誰能通過受力分析來說明一下？稱體重有什么要求嗎？在稱量體重時，要求站在秤上保持靜止狀態(tài)，然后讀取體重秤上的示數(shù)。以人為研究對象，人受到兩個力的作用，分別是豎直向下的重力和秤給人豎直向上的支持力，由于人處于靜止狀態(tài)，所以F秤給人豎直向上的支持力FN，人給秤豎直向下的壓力FN＇，這是一對相互作用力，根據(jù)牛頓第三定律可知通過等量代換可得G=FN′將物體豎直懸掛在彈簧測力計的下方或放在水平臺秤上，所顯示的數(shù)字為物體的視重或示重。物體對支持物的壓力（或?qū)覓煳锏睦Γ┬∮谖矬w所受重力的現(xiàn)象，叫作失重。教師你們能用手里的臺秤創(chuàng)造出失重現(xiàn)象嗎？給每個小組一臺小型的電子臺秤和一個50g的鉤碼。哪個小組想展示并說明一下，臺秤怎樣運動能產(chǎn)生失重現(xiàn)象？分小組做實驗并展示：在臺秤剛剛下落時，臺秤上的示數(shù)小于鉤碼的重力，這個過程就是視重小于實重的情況，這種現(xiàn)象就是失重現(xiàn)象。所以下落過程中會出現(xiàn)失重現(xiàn)象。請大家觀看視頻，說一說，在電梯下降的過程中，是否出現(xiàn)了失重和超重現(xiàn)象？偶有所得是什么時候出現(xiàn)的？學(xué)生觀看視頻，回答問題：電梯下降的過程中，首先出現(xiàn)了失重現(xiàn)象，然后又出現(xiàn)了超重現(xiàn)象。如果我們說物體下落時就會產(chǎn)生失重現(xiàn)象，這種說法是否合理呢？超重和失重的原因究竟是什么？你們能不能分析出為什么電梯下降的全過程中會出現(xiàn)“先失重，后超重”的情況呢？請?zhí)顚懴卤?，并總結(jié)出超重和失重的條件。電梯下降過程受力情況及超失重電梯上升過程受力分析及超失重電梯加速下降過程mg?mg>失重加速度向下電梯加速上升過程vFF超重加速度向上電梯減速下降過程FF超重加速度向上電梯減速上升過程v0mg?mg>失重加速度向下結(jié)合運動狀態(tài)進行受力分析，小組合作，總結(jié)超重和失重的原因?？偨Y(jié)：加速向下運動時出現(xiàn)失重現(xiàn)象，減速向上運動時出現(xiàn)失重現(xiàn)象；減速向下運動時出現(xiàn)超重現(xiàn)象，加速向上運動時出現(xiàn)超重現(xiàn)象。超重和失重現(xiàn)象與運動方向無關(guān)，主要是與加速度方向有關(guān)。設(shè)計意圖學(xué)生對于運動狀態(tài)的判斷，往往關(guān)注的是速度，而對于加速度沒有深刻的體驗，經(jīng)常只注意到表象之間的聯(lián)系，而難以關(guān)注物理現(xiàn)象背后的規(guī)律，且不習(xí)慣使用歸納法進行總結(jié)。這部分內(nèi)容的設(shè)計基于學(xué)生錯誤的前概念，引導(dǎo)學(xué)生對整個電梯的運動進行規(guī)范的受力分析，科學(xué)地解決問題，讓學(xué)生敢于對自己的錯誤認知提出質(zhì)疑，并能及時修正，進而使用牛頓運動定律去分析超重和失重的概念，對超重和失重有更為清晰的物理認知，同時提升學(xué)生“運動與相互作用”的物理觀念。教師這是一幅學(xué)生在臺秤上起立或下蹲的F-t圖像，請大家分析一下，這幅圖中的波浪線描述的是什么過程呢？學(xué)生使用超重和失重的知識進行判斷，并進行科學(xué)的解釋。前半段：支持力小于重力，加速度方向向下，屬于失重現(xiàn)象。后半段：支持力大于重力，加速度方向向上，屬于超重現(xiàn)象。綜上所述，該過程應(yīng)為下蹲過程。請一位同學(xué)在臺秤上進行下蹲動作，觀察F隨時間t變化的趨勢，享受成功的喜悅感。教師請大家分組進行實驗：（1）底端扎有小孔的水瓶在松手后，水會從瓶中流出來嗎？（2）底端扎有小孔的水瓶豎直上拋時，水會從瓶中流出來嗎？先作出合理的預(yù)測，并應(yīng)用手機進行拍攝，通過慢動作觀察實驗現(xiàn)象，驗證你的預(yù)測是否正確。學(xué)生先預(yù)測結(jié)果，通過視頻慢放的過程尋找答案，并結(jié)合自己對于實驗現(xiàn)象的預(yù)測，鞏固超重和失重的概念。水瓶做自由落體運動時，水不再從瓶中流出。（2）水瓶做豎直上拋運動時，水不再從瓶中流出。設(shè)計意圖結(jié)合電梯內(nèi)體重秤示數(shù)的實驗，進一步對人進行下蹲并起立等相對復(fù)雜的運動過程進行分析，讓學(xué)生體會到，無論多么復(fù)雜的運動，都要對其運動過程進行合理的建模，并通過牛頓運動定律進行分析，從而得到結(jié)果。通過體重秤或壓力傳感器進行實驗再現(xiàn)，讓學(xué)生體驗應(yīng)用物理知識解釋實驗現(xiàn)象的過程，享受成功的喜悅。這部分內(nèi)容還設(shè)計了水瓶下落的實驗，由于實驗過程非?？欤蝗菀字苯佑^察實驗現(xiàn)象，學(xué)生使用手機錄制并慢放，能夠借此清晰地觀察到實驗現(xiàn)象并進行合理的分析，有助于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，培養(yǎng)學(xué)生使用多種方法解釋生活中的物理現(xiàn)象的能力。環(huán)節(jié)三：實際應(yīng)用下面這段廣告中展示了一種設(shè)計非常獨特的防摔智能馬甲。在該產(chǎn)品的廣告詞中，哪里提到了今天所學(xué)的內(nèi)容？你認為其中的說法合理嗎？廣告詞：傳感器一旦感受到人體處于失重狀態(tài)，就會釋放瓶內(nèi)壓縮氣體，給馬甲充氣，保護人體。學(xué)生這種說法不正確。人體的運動是比較復(fù)雜的，一個下樓的動作就會產(chǎn)生失重和超重現(xiàn)象，所以應(yīng)該是失重達到一定程度時，才能觸發(fā)傳感器。設(shè)計意圖核心總結(jié)本節(jié)課是在學(xué)習(xí)了牛頓運動定律的基礎(chǔ)上，探索和研究超重和失重的問題，目的是深化學(xué)生對牛頓運動定律的理解，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)分析問題的能力。對于超重和失重現(xiàn)象，可以從動力學(xué)和運動學(xué)兩個角度來理