超重失重现象研究教学设计

“超重和失重”教学设计江苏省常州高级中学洪冠芳一、学情分析超重、失重学生有一定感性和模糊的体会，但理解超、失重概念，对学生而言有一定的困难。我觉得主要来自两方面，首先是物理语言的误导，使学生认为超重（或失重）就是物体重量的增加（或减少）；其次学生往往认为向上运动时就超重，向下运动时就失重，没有真正理解超重与失重的原因。因此在本节课教学中利用了理论和实验探究的方法，自主学习与小组合作学习的方式，让学生自己体验、分析、归纳、讨论、评价等得出结论。激发了学生的学习兴趣，养成动手与合作能力，生成学生透过现象看本质的物理意识。学生有牛顿运动定律的学习基础，完全可以通过自主体验与自主学习来完成本节课的内容。学生可能将超重、失重现象与牛顿运动定律知识割裂，教学中要注意引导学生，将新知识纳入旧知识结构，让学生体会到超重、失重只是牛顿运动定律知识的迁移与应用而已，并且能自己推导得出超重失重的真正原因。二、教学目标l、知识与技能：(1)认识超重和失重现象；(2)知道产生超重、失重现象的条件；(3)能够运用牛顿第二定律和牛顿第三定律分析超重和失重现象。2、过程与方法：(1)经历实验体验、实例探究讨论交流的过程，体验超重和失重现象。(2)经历实验和理论探究过程，体会科学探究的方法，领略运用牛顿运动定律解决实际问题的方法。3、情感、态度与价值观：（1）体会生活中的超重和失重现象，生成“学以致用”的思想，激发学生的学习热情。（2）了解一些航天员在太空中的生活情景，激发学生对科学的兴趣和热情。（3）体验自主学习过程，养成乐于细心观察、勤于思考和相互交流的学习习惯和合作精神。三、重点和难点重点：什么是超重、失重及产生超重、失重现象的条件、实质。难点：(1)产生超重和失重现象的实质；(2)运用牛顿第二定律和牛顿第三定律对超重和失重现象的实例分析。四、教学策略与手段“情景体验——理论探究——DIS实验验证——得出结论”的学生理论与实验探究相结合的教学模式。五、课前准备分组实验：每组200g和50g钩码各一个，橡皮条一根，折好的纸筒一个，两根条形磁铁，木板一块。演示实验：电脑，白板，投影仪，摄像头，DIS实验装置，钩码组，升降机模型，纸带，钩码，电子台秤，宇航员在太空中生活情境录象剪辑。六、教学过程（一）生活情境，引入课题（1）将两本物理书交叠在一起，让两位男同学来试图将书拉开，发现很难拉开。让另外一名女同学来，教她方法，她就可以较轻易拉开了。这是什么原因呢？和下面的一段视频所涉及的物理知识有关。（2）这是常州闻名的恐龙园的游戏项目——通天塔，让学生说说自己的感受，并观看视频，引起学生的共鸣。教师：这其实蕴含了我们今天要讲的物理知识——超重和失重。（二）新课教学1、分组实验——感受什么是超重(失重)现象?(1)学生用手托住200g的钩码，模拟通天塔的情境，谈谈自己的感觉。学生：有时候变重了，有时候变轻了。教师追问：什么情况下变重了？什么情况下变轻了？学生：好像向上轻了，向下重了。教师：好像？那我们再来感受一下吧(2)学生用橡皮条一端挂住钩码（50g），手提橡皮条另一端，使钩码上下运动，说说自己的感受。学生：钩码向下运动时变重了，向上运动时变轻了。教师：这下肯定了，那事实是怎样的呢？我们能否用理论来分析一下，看看到底怎么样？2、理论分析，得出结论让学生自己分析，教师可提示用牛顿运动定律来分析这些过程。学生分析完后，让一位同学上来板演。教师从中提炼，并加以肯定。结论：向上运动时分两种情况：向上加速，此时手上感觉变重了；向上减速时，手上感觉变轻了。向下运动也分两种情况：向下加速，手上感觉变轻了；向下减速时，手上感觉变重了。教师：这个好像和我们的感觉不太一样，到底是不是像理论分析的这样呢？我们通过DIS实验来看一看。3、DIS实验，测量物体受力利用力传感器，测出物体所受支持力和拉力的大小随物体运动状态不同而变化的图线。（注意：力传感器受到拉力时表现为正值，受到压力时表现为负值。这是传感器自身的设定，在做传感器实验前要提前演示给学生看拉力和压力的不同之处。）由于如果用手提或托住力传感器向上向下运动，图线受到干扰较大，所以借助下述实验器材。图1、“升降机”模型，力传感器反映的是其所受压力大小，即第一个实验中人手的感觉。图2、压力传感器装置所处位置，图3、力传感器反映的是其所受拉力大小，即第二个实验中人手的感觉。图1图2图3开始实验，电脑记录数据。图4为传感器下方悬挂一重物时的传感器所受拉力FT随时间t变化的图线。图5为传感器上方放一重物时的传感器所受压力FN随时间t变化的图线。图4图5从图线中我们明显可以看到传感器所受拉力和压力的变化，将两张图保存，打开电子白板，将两张图导入，在电子白板上板演，分析传感器受力的变化。不难发现，两种情况下上升过程力先变大后变小，下降过程力先变小后变大。即人的感觉，上升时先变重后变轻，下降时，先变轻后边重。实验证明：DIS实验结果和理论分析完全一致。4、知识要点一、定义概念1、超重（overweight）：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)大于物体所受重力的现象。即视重>实重。2、失重（weightlessness）：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)小于物体所受重力的现象。即视重<实重。3、实重——物体实际受到的重力大小称为实重。(即物体真实重量)4、视重——测量仪器的显示数值称为视重。(即测量过程中表现出来的重力大小)二、分析超重和失重过程总结学生理论分析和DIS实验过程填写下述表格：钩码的运动情况上升过程下降过程加速上升减速上升加速下降减速下降运动学特征速度的方向

向上

向下加速度的方向

向上向下

向下向上超失重情况

超重

失重失重超重

问：决定物体超重还是失重的物理量是什么？速度还是加速度？学生：加速度1、当加速度a向上时，N>G(或T>G),超重。（向上加速、向下减速）2、当加速度a向下时，N<G(或T<G),失重。（向上减速、向下加速）3、物体超重还是失重和物体速度无关，仅由物体加速度决定！问：在超重和失重过程中，物体的重力变化了吗？答：物体的重力不变，变化的是视重。在初步了解超重和失重后，就能解释最初为什么女生一人就能将两本书拉开了。原因是因为向下加速时，每页纸之间的压力减小了，所以它们之间的摩擦力之和也变小了，所以不需要太大的力就可以将两本书拉开了。接下来我们来做两个小游戏：游戏1、如何使悬挂着重物的纸带被拉断？学生：向上加速游戏2、人站在电子台秤上，比示数最小？如何做？（四人小组讨论）让同学推荐几位学生来演示一下过程，有下蹲的，有站起的。问：为什么这样做？什么过程可以使示数变小？学生：加速下降时和减速上升时都是失重，所以这两个过程都可以实现实属变小。再问获胜的同学：为什么你能获胜？学生：我质量小，尽可能使加速度大。教师总结：即因为mg-FN=ma，所以FN=m(g-a)，即要FN小，则质量小，加速度大即可。教师追问：可以小到零吗？什么情况下是零？学生：由FN=m(g-a)可知当a=g时，FN=0。教师：对的，就是使向下的加速度a=g时，即出现FN=0。这时就出现了完全失重。用DIS实验模拟完全失重过程，实验图像如下：三、完全失重1、定义：当物体向下的加速度a=g时，物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）等于零，这种现象称为完全失重。问：完全失重时物体的重力还存在吗？学生：还存在。问：你知道什么环境下是完全失重吗？答：太空中。播放太空中宇航员在飞船内生活时的情景，让学生了解自己几乎没有接触过的微重力环境，激发学生学习兴趣，和爱国热情。学生举例：生活中的超重和失重现象。学生：坐电梯时、过山车、疯狂火龙转、蹦极，上下坡等等。实验室也可以利用手边的器材，设计出有超重失重现象的实验，再次感受一下超重和失重现象。并通过小组讨论尝试解释这些现象。5、知识应用，小实验说明大道理对于左边这个器材，用两根手指捏住纸筒上端，将纸筒提起，发现它的侧视图是一个椭圆，向上加速瞬间，变得更加椭圆（超重），向下加速瞬间，变得和圆比较接近。若让其自由下落，则发现侧视图是接近圆的，也就是说，两边夹子的重力带来的影响几乎不存在了，即夹子处于近似完全失重状态。其实做抛体运动也会看到这样的现象，因为抛出后都只受重力作用，都是完全失重状态。对于右边的器材，将条形磁铁N、S极相对且比较靠近（在其相互作用的磁场的作用范围），向下加速过程和向上减速过程都能使磁铁相互吸引。原因：向下加速过程和向上减速过程是失重状态，即磁铁受到的支持力小于重力，且加速度越大，则支持力越小。而水平方向原本磁场力和静摩擦力相平衡，但在失重时，支持力变小导致最大静摩擦力变小，所以当最大静摩擦力小于磁铁受到的磁场力作用时，磁铁便会吸引到一起。5、总结：用一首打油诗结束今天的这节课超重失重两纷纷，拉力压力定乾坤；重力长存无变故，超失还看加速度。七、板书设计超重和失重超重和失重1、超重：视重>实重（加速度a向上，加速上升、减速下降）2、失重：视重<实重（加速度a向下，减速上升、加速下降）3、完全失重：当物体向下的加速度a=g时，物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）等于零，这种现象称为完全失重。，八、教学反思1．本节课采取“情景——问题——探究（理论、实验）——结论”的教学方法，学生在实验情境的激发中，问题的引领下，通过理论分析、小组实验、应用小游戏使学生能积极主动地学习，体现新课程提倡自主学习的新理念。2．小游戏实验虽简单，但却能一下子抓住了学生，课堂气氛非常活跃，自行改装的升降机模型效果非常好；DIS实验让学生体会到科技的力量。3．在自主学习超重与失重时物体运动方向、加速度