1、超重与失重一、教学内容分析教材使用普通高中课程标准实验教科书物理（必修1）第六章力与运动中的第四节超重与失重，这节课教材编排是将它放在第六章的第四节，而前面三节已分别介绍了牛顿第一、第二、第三定律，在牛顿三定律的基础上来学习“超重与失重”，说明“超重与失重”是牛顿三定律的一个典型应用实例，对学生正确理解牛顿三定律特别正确牛顿第二定律有着举足轻重的作用；同时随着我国“嫦娥一号”的升空，人们常谈到超重与失重，在实际生活中也有许多超重与失重现象，因此本节课要帮助学生正确理解超重与失重。在分析超重与失重问题时，加速度是关键，物体的速度并不能反映物体的受力情况，只有加速度才能反映物体所受合外力的情况，因
2、此学习时要灵活运用牛顿第二定律来分析解决问题，以培养学生应用牛顿三定律分析生活、科技中的物理问题的能力。“迷你实验室”中的动手小实验可以增加学生对超重与失重的感性认识，培养学生的动手能力、观察能力和分析能力，使学生在实验、观察、总结的过程中，潜移默化地感受到“实践认识再实践再认识”的认知规律，书中两个信息窗的阅读材料可以开阔学生的眼界和思维，应组织学生阅读，并倡导学生查阅有关资料或观看科技影片，请学生设想自己的“太空试验站”以培养学生的想象力和创新能力。二、学生学习情况分析学生学习“超重与失重”现象时必须用到牛顿第二定律来进行理论分析，还要会进行正确的受力分析，会熟练地应用牛顿第三定律来转换研
3、究对象，所以认知起点是需要学生有受力分析能力，能正确的理解应用牛顿第二、第三定律。由于我国航天事业的发展和探月计划的实施，引起全国民众对航天事业的关注，在这种大背景下，学生对与航天技术紧密相关的超重、失重现象具有浓厚的兴趣和强烈的好奇心，这就激发出浓厚的学习兴趣。学生学习本节课可能出现的学习障碍是：学生存在着先入为主的思维定势，可能会认为超重就是重力增加，失重就是重力减少，完全失重就是重力消失，而不能理解视重与实重的关系，不清楚加速度在超重、失重现象中所扮演的角色。所以学生学习本节课的难度主要体现在：如何摒弃各种纷繁复杂的超重与失重的表面现象，认识到超重与失重的本质是与物体在竖直方向的加速度有
4、关。三、设计思想本教学设计从体现新课标物理的三维度培养目标，强调培养学生的创新能力和探索能力的立足点出发，设计采用一种能充分调动学生学习积极性，体现学生学习的自主性和探索性的学习活动，加强学生的课堂实验，因为物理是一门实验科学，加强课堂物理实验，可以为学生的亲身体验创造更多的机会，而物理规律就是在观察、实验的基础上，通过分析、归纳、计算得出的，其正确性有赖于实践的检验，教材上写的，教师讲的，对学生来说都是间接经验，而只有间接经验转化为直接经验才会具有持久的生命力。所以本节课就改平常的学生被动地观察教师的演示实验为学生亲自动手操作实验，自行分析、归纳实验结果，外推得出理论规律，从而更深刻地理解超
5、重和失重。更重要是：在实验、观察、总结的过程中，使学生潜移默化地感受到“实践认识再实践再认识” 的认知规律，以培养学生良好的学习方法和终生受益的学习能力。四、教学目标1 知道什么是超重现象、失重现象和完全失重现象，理解产生超重现象和失重现象的原因；2 培养学生运用物理规律抽象生活实际问题的建模能力，培养学生自主学习的能力和进行总结归纳的能力；3 经历上网查询相关资料、观看录像、分组实验，讨论交流的过程，观察并体验超重和失重现象；4 经历探究产生超重和失重现象原因的过程，学习科学探究精神和方法，进一步学会运用牛顿运动定律解决实际问题的方法；5 通过探究性学习活动，体会到牛顿运动定律在认识和解释自
6、然现象中的重要作用，产生探究的成就感；6 通过运用超重和失重知识解释身边的物理现象，激发学生学习的兴趣，认识到掌握物理规律是有价值的；7 通过动手操作实验，观察实验现象,培养细心观察、专心思考，敢于提问,多做比较的科学探究精神。通过同学讨论，学会同学间的交流、合作。学会参与小组活动；8 通过观看有关杨利伟升空的录像片断，激发学生爱国,爱科学的热情；五、教学重点与难点重点：将超重和失重现象与牛顿运动定律联系起来，探究现象本身和加速度的内在联系是本节课的教学重点。难点：设计典型的实验，设计问题的梯度，引导学生探究，控制讨论交流的时间，引领学生理解完全失重现象是本节课教学的难点。六、教学过程设计教学
7、策略和方法问题、实验探索、自主探究教学法。教学准备 1.视频材料准备布置课前预习时先让学生上网查询有关“太空中的失重环境”及“超重对宇航员的影响和在人造卫星上进行的微重力条件下的实验”的资料，拿到课堂上资源共享互动交流，培养学生利用互联网获取知识的学习能力。 2.教学器材准备（1）弹簧秤及小钩码每两个同学一套。（2）体重计，每两个同学一台。（3）开口向下，侧壁用大头针扎了小孔的塑料瓶、水、弹簧秤、纸带。（4）准备超重与失重研究记录表若干张。教学过程（一）引入新课1.具体问题提出：我们知道放在水平桌面上的物体对桌面的压力大小等于物体重力的大小；细绳下悬挂的重物对绳子的拉力也等于物体所受的重力，这
8、个结论只有在平衡条件下（静止或匀速运动）才成立。那么，当物体在竖直方向上的加速度不为零时，压力或拉力是否还等于重力？今天，我们将通过实验让同学们亲身去体验和探究在物体具有竖直方向加速度的情况下会出现怎样的现象。 2.实验探究过程教师发给每两位同学一把弹簧秤、一张纸条、一个钩码。 实验一:让学生想办法利用钩码将纸条弄断。(学生当中可能有各种各样的方法）鼓励学生思考多种多样的方法，让学生思考每种方法所运用的原理,重点引导学生利用突然向上拉动纸条或者类似的使纸条断的方法，让学生尝试解释原因。学生学过牛顿运动定律，知道当物体匀速向上运动时，纸条向上拉物体的力等于物体的重力，为什么向上匀速拉动物体纸条不
9、会断而迅速拉动物体时纸条就断了呢？实验二：两个学生一组，借助于体重计进行实验探究。一个学生（设为学生甲）站在体重计上，另一个学生（设为学生乙）在旁边观察体重计的示数。（1）学生甲静止站在体重计上，学生乙观察此时体重计的示数，分析此时重力大小与他对地面的压力大小是什么关系？（相等）（2）学生甲站在体重计上，下蹲时，体重计的示数怎样变化？（学生乙观察：下蹲的开始阶段，体重计的示数小于人的重力，在下蹲的后阶段，体重计的示数大于人的重力，静止时等于人的重力。）（3）学生甲蹲在体重计上，起立时，体重计的示数变化情况？（学生乙观察：起立的开始阶段，体重计的示数大于人的重力，在起立的后阶段，体重计的示数小于
10、人的重力，静止时等于人的重力。）教师引导学生认真观察，注意指针的示数变化，同时思考为什么？实验三：让学生将钩码挂在弹簧秤上，完成书中“迷你实验室中的小实验”，观察并记下弹簧秤的示数。让挂着钩码的弹簧秤缓缓地向上和向下匀速运动，观察弹簧秤的示数有没有变化，为什么？让挂着钩码的弹簧秤突然竖直向上做加速运动，仔细观察在加速的瞬间弹簧秤示数有无改变，想想这又是为什么？观察到：在静止状态或缓缓向上或向下匀速运动时，弹簧秤的示数保持不变，而在突然竖直向上加速时，弹簧秤示数变大。（二）新课教学1.什么是超重与失重学情预设1：教师提出问题，围绕超重与失重，同学们心中有什么疑问？想要解决什么问题？学生提出什么是
11、超重与失重？什么情况下会出现超重（失重）？为什么会出现超重（失重）？学情预设2：根据在刚才三个小实验中，同学们观察到的现象，请同学们猜一猜超重与失重与哪些因素有关？让学生回答（学生回答的答案可能各不一样，但老师暂不做点评），请同学们带着自己的猜想观看在电梯中的录像。引导学生观看在电梯中的录像，请同学们注意观察和做好记录在电梯运动时台秤的读数变化，记录在老师发给的记录表中。运动状态静止上升过程下降过程加速减速加速减速速度方向加速度方向体重计示数50kg52 kg44kg44kg52kg你的结论 加速度向上时，压力增大（超重） 加速度向下时，压力减小（失重）概念提出：物体放在静止的台秤上，观察台秤
12、的读数，该读数为物体对台秤的压力值，称为视重，此时的视重等于物体的重力；电梯起动的过程，观察到视重值大于正常测量值，电梯停止的过程中，观察到视重值小于正常测量值；如果是在电梯中用弹簧秤挂一个物体，电梯开始起动的过程，同样观察到视重值大于正常测量值，电梯停止的过程中，也观察到视重值大于正常测量值。就此提出概念“这种物体对支持物的压力（或悬挂物的拉力）大于物体重力的情况，称为超重现象。物体对支持物的压力（或悬挂物的拉力）小于物体重力的情况，称为失重现象。”2.理论分析产生超重与失重的原因提出问题：能否根据我们掌握的运动规律来探究产生超重和失重的原因？设计意图，将探究的问题具体化，为学生探究进行铺垫
13、F图2GF图1G规范学生应用牛顿运动定律分析，解决问题的思路：运用假设，选取研究对象进行受力分析，依据牛顿第二定律列方程得出支持力的表达式，再由牛顿第三定律对压力的变化进行判断。 V0V分析一：a 静止时，物体受力如图1，此时F支G。 加速上升，物体受力如图2，F支Gma相关链接：应用牛顿第二定律列式 F支=mg+ma=m(g+a)G,由牛顿第三定律，F图3G F压F支(大小)F压mg+ma台秤示数增加了，即台秤受到的压力重力aV 减速下降，物体受力如图3，（分析同上）F支Gma F支=mg+ma=m(g+a)G，由牛顿第三定律F压F支(大小) F压mg+ma台秤示数增加了，即台秤受到的压力重
14、力这两个情况，总归为超重：F图4G当物体加速上升或减速下降时（加速度方向都向上），物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力大于所受的重力的现象叫超重。分析二：aV减速上升时，物体受力如图4，GF支maF支= G- ma=m(g-a)G由牛顿第三定律F压F支(大小)F压mgmaF图5G台秤示数减小了，即台秤受到的压力重力。 aV 加速下降时，物体受力如图5，（分析同上）GFmaFG- ma=m(g-a)G，由牛顿第三定律F压F支(大小)F压m（ga）台秤示数减小了，即台秤受到的压力重力。这两种情况，总归为失重：当物体减速上升或加速下降时，物体对支持物的压力或悬挂物的拉力小于所受的重力的现象叫失重。探究
15、结果:产生超重原因是在竖直方向存在向上的加速度；产生失重的原因是在竖直方向上存在向下的加速度。组织学生交流，归纳规律，将归纳出来的规律上黑板板演。小结一(板书):超重失重力学特征物体所受的拉力或压力大于重力物体所受的拉力或压力小于重力运动学特征a与g反向竖直向上a与g同向竖直向下具体运动形式向上加速向下减速向下加速向上减速3.结果外推：F图6G 完全失重：当加速度a=g时，让学生分析悬挂物或支持物对物体的拉力或压力为多大？aV分析:物体受力情况如图6所示: 此时G-F= mg agF=0这种情况，物理上称为完全失重。物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力为零的情况叫做完全失重。小结二(板书):超重
16、失重完全失重力学特征物体所受的拉力或压力大于重力物体所受的拉力或压力小于重力物体所受的拉力或压力等于零运动学特征a与g反向竖直向上a与g同向竖直向下a=g竖直向下提出问题:同学们知道完全失重状态下,物体会出现什么现象?播放同学们课前预习时从网上查询的宇航员在失重环境下的生活录像,引导学生阅读书本上的信息窗“太空中的失重环境”的内容。提问:液体也会产生超重和失重现象吗？演示下方钻了孔的装水塑料瓶自由下落，通过实物投影观察漏水情况。“没有水漏出的原因是什么?”自由下落过程中上面的水对孔口的水没有产生压力的作用，产生了完全失重现象。（设计意图：强调固体液体气体等一切物体只要满足条件，都会产生超重和失
17、重现象）。引出概念：如果一个物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)为零，称为完全失重现象。下落过程考虑到空气的阻力，只是接近完全失重的状态，这种接近完全失重的状态称为微重力状态。学生体验：弹簧秤挂钩码自由下落，观察弹簧秤的示数。同时屏幕打出：产生完全失重的条件是什么？水瓶向上抛出，孔口的水会流出来吗？瓶子抛出，上升和下落的过程水都处于完全失重状态。4.应用解题 引导学生分析解决课本中的例题,学习解题规范。 例举生活中的超失重现象并解释。同学们介绍坐电梯的感觉:超重时,脚底压力加大头晕(为什么?)失重时,轻飘飘的感觉。小实验1：奇怪的手电筒，亮到不亮，不亮到亮的原因。小实验2：两本书逐页交叉叠放
18、水平拉开，然后叫同学们谈谈感觉，拉不开或拉开但费力，能不能比较轻松的拉开？5.小结收获课堂小结：让学生以“本节课我学到了什么？”为话题进行评价性总结,同时屏幕上打出“产生超重和失重的原因是在竖直方向上存在加速度,加速度方向向上产生超重,加速度方向向下产生失重,当向下的a=g时,产生完全失重。物体处于超重和失重状态时,重力没有发生变化,而是对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)发生了变化。判断物体处于超重或失重状态,是根据运动情况用牛顿运动定律来判断的。”观看神舟五号运动的录像:升空时杨利伟为什么要采用平趟的姿势?杨利伟说: “飞船升空时,感到有载荷,就是感到胸部受到压力,平时训练时这种压力可达到8
19、个G ”。他说的这段话你现在能理解吗?杨利伟又说: “在船箭分离的时候,感到身体突然被抛了一下，就飘了起来,船里的小尘埃也飘起来了”，也就是说,这时船内的一切物体都处于完全失重状态,为什么完全失重状态出现在船箭分离的时候?飞船太空站的完全失重状态和地面附近的自由下落完全失重状态是一样吗?请以“太空飞船中的完全失重状态或设计一个在微重力条件下的实验方案”为课题,完成研究性学习报告。屏幕打出：研究性课题: “有关太空飞船的完全失重状态的研究”。6.布置作业 (1)P120 第2、3、4、6题。 （2）P120 第7题（时间一周）。七、教学反思教学过程设计围绕超重与失重这个知识点,将问题看作是学生学
20、习的动力,起点和贯穿学习过程的主线，把学生的学习过程看成是发现问题提出问题分析问题和解决问题的过程.因此,本节课设计了一系列问题串,随着问题的不断深入,形成教学的层次感,问题的最终解决过程就是教学任务的完成过程.首先在学生原有的力学基础的条件下,提出问题,当物体在竖直方向上的加速度不为零时,压力或拉力是否等于重力?且设计了三个学生动手实验作为开始教学的问题情景,提出了: “什么是超重与失重现象?引起超重和失重的原因是什么?”点出了本节课学习和探究的主题；接着引导学生观看在电梯中的录像,提出超重与失重的概念,回答了第一个问题,在学生进行了实验之后提出问题: “有没有观察到超重与失重现象?什么时候
21、观察到了超重现象失重现象?”在学生回答完以上问题之后,在组织学生自主探究时,再把问题具体化为“能否根据我们掌握的运动规律来探究产生超重与失重的原因?”当探究结果出来之后,马上让学生思考问题“水平方向的加速或减速运动会产生超重与失重吗?”学生回答之后就组织学生讨论问题“产生超重的运动一定是向上的运动,产生失重的运动一定是向下的运动吗?”通过对此问题的讨论交流,教学难点就此突破.通过演示钻了孔的塑料瓶自由下落实验,提出“没有水漏出的原因是什么?”根据此问题引出了完全失重的要领.在学生通过自己实验观察完全失重现象之后提出“产生完全失重的条件是什么?水瓶向上抛出,孔口的水会流出来吗?”深化学生对概念的
22、理解,此时应用知识研究解决的问题是: “在完全失重情况下,天平还能测出质量吗?浸在液体中的物体还受浮力的作用吗?水银气压计还能测出气压吗?”课堂小结也是以回答“本节课我们学到了什么?”的学生评价性总结形式来进行的,最后以播放有关航天飞机发射,太空站的录像作为教学的终结,让学生充分意识到超重失重现象在现代科技航天技术中的普遍性和重要性。所以本节课设计的特色是：1、教学活动中教师注意创设探究问题的情景,准备了一定量的小实验和真实事件的录像,启发学生自主探究,激发学生的问题意识,拓宽学生的思维空间,从而积极主动地发现问题提出问题解决问题利用问题的层层深入,逐渐呈现本节课的教学内容。 2完全失重的演示实验,在这里采用可乐瓶自由下落,让学生观察漏水的情况,由于某种原因下落太快难于观察,本节课采用让染红的水射向白纸,再用实物投影观察白纸上的水迹的方法。