第四章 运动和力的关系 学习活动设计五 研究超重和失重-高中物理人教版（2019）必修第一册

第四章《运动和力的关系》学习活动设计五研究超重和失重一、教学背景分析

（一）教学内容分析

人教版教材在处理超重和失重的问题时，对学生要求并不高。超重和失重现象的提出，更多是为了拓展牛顿第二定律的应用，因此，如何让学生更好地认识超重和失重现象，如何让学生体会并理解生活中的超失重现象，强化物理与生活的联系，这便是本节教学的重点。

（二）学生情况分析

学生在前面已经学习了牛顿定律的应用。从课型上来讲，本节是一节理论应用课，目的在于抽取生活中典型的超失重现象，通过启发式教学，构建出超重和失重的运动模型，帮助学生形成正确的物理观念，从中提髙学生实验探究能力，培养其创新意识，养成良好的科学态度与责任。

二、教学目标及教学重、难点

（一）教学目标

1．知道超重和失重分别是指物体对支持面的压力或对悬绳的拉力大于和小于物体所受重力的情况；

2．通过实验认识物体的超重和失重现象及各自的产生条件；

3．会用牛顿运动定律定量分析超重和失重现象，培养学生用物理知识解释生活常识的初步意识。

（二）教学重难点

教学重点：产生超、失重现象的条件与实质。

教学难点：运用牛顿运动定律定量分析超失重现象；理解完全失重概念。

三、教学片段设计

（一）厘清“视重”和“实重”的概念

问：“A=B”与“A是B”是一回事吗？请从受力的角度举例说明。

答：如图1所示，书本静止放置在课桌上，桌面对书本的支持力N和书本所受的重力G大小相等，但重力是重力，支持力是支持力。

问：体重计到底测的是什么力?是物体所受的重力吗？

实验：

在学生们充分发表观点，论述原因后，教师可以把平板体重计贴着墙竖直放置，如图2所示，用手给体重计压力，观察读数随压力变化的现象，从而论证“体重计测量的是物体对其压力”。

日常生活中，我们之所以用体重计测量体重，是人在其上保持静止的过程中，重力与支持力是一对平衡力，支持力和压力又是作用力和反作用力，所以体重计的示数，即压力值与重力值相等而已。

我们通常把体重计的示数称为“示重”，物体的实际重力称为“实重”。

问：弹簧秤的示数显示的是什么力？是物体所受的重力吗？

目的：进一步明确示重和实重的关系。

（二）超重与失重现象

现在学生手里都有手机，在实验室有台秤和弹簧秤，在上课前，让学生找到可以看到窗外的直梯，录制直梯从1楼到达顶层，再返回一楼的视频，视频中要求展示清晰的台秤和弹簧秤的示数，如图所示。之所以选择能看到窗外，是使其他的观看视频的同学清楚直梯的运动情况。

问：如图3所示，在电梯启动前，电梯在一楼处于静止状态，此时台秤（或弹簧秤）的示数是多少？表示什么力？

答：**千克（或牛顿），表示压力（或拉力），也表示重力。

目的：明确关系。此时，物体保持静止状态，压力（或拉力）与重力相等，即示重等于实重。

问：如图4所示，观察从1层启动，直梯加速向上运动时，以及直梯将要下降到1层，做减速向下运动时，台秤（或弹簧秤）的示数有何变化？意味着力的关系为？

答：相比静止状态时，示数变大，意味着示重大于实重，压力（或拉力）大于重力。

目的：总结出N（或F）与重力之间的大小关系，给出超重的定义，以及总结出超重的条件。

问：如图5所示，观察直梯将要到达6层，减速向上运动时，以及将要从6层下降，直梯做加速向下运动时，台秤（或弹簧秤）的示数有何变化？意味着力的关系为？

答：相比静止状态时，示数变小，意味着示重小于实重，压力（或拉力）小于重力。

目的：总结出N（或F）与重力之间的大小关系，给出失重的定义，以及总结出失重的条件。

问：通过电梯里测体重实验，问物体在发生超重、失重现象过程中，物体本身重力是否发生变化？

答：没有发生变化。

师：实质是什么在发生变化？

答：压力（或拉力）发生变化。

目的：总结发生超重、失重现象的实质是弹力在发生变化，而非重力变大或变小。

问：如图6所示，在空雪碧瓶底四周钻几个小孔，盛满水后，让盛满水的雪碧瓶自由下落，则下落过程中不可能出现的图是：

实验：最好录制成慢镜头播放的视频，如图7，观察释放前，释放后，水流的变化情况

问：（演示实验，观察现象：水未流出来）为什么水没有流出来？提示学生从小孔处的水受力情况分析。

答：水向下加速运动，处于完全失重状态，即mg-N=ma，完全失重，有a=g，即在完全失重的情形下，物体对悬挂物的拉力或对支持物的压力等于零。

目的：引导学生归纳完全失重概念。

请学生举例，生活中以及娱乐项目中的超失重现象，如交流游乐场中如跳楼机、蹦极、过山车等超失重项目。如图9所示，北京欢乐谷“天地双雄”双塔的高度达到56m。游客从最高点由静止开始随座椅加速下落，达到一定速度后，减速装置启动，经过一段时间，游客安全到达最低点。

播放宇航员在太空中生活视频片段，以及太空授课视频，如图8所示，观察太空中的完全失重现象。

四、评析

本节课是公开课研究课的热点，除了用电梯外，也可以录制在体重计上起立、下蹲的慢动作视频，观察体重计的示数，做得精细一些的，甚至可以使用传感器，直观地呈现出示数来，教学素材比较多。然而一般在教学中，我们急于给学生“视重”和“实重”的概念，对概念的形成没有进一步阐释，导致学生难以突破“体重计测体重”这一感性认识的“藩篱”，

在本节课中，要牢牢抓住生活实际，体会“视重”和“实重”使用的具体情境。其中厘清“视重”和“实重”的概念是解释“超失重”现象的前提，设计实验，让学生体会到体重计测量的不是重力，后面再辅以丰富的教学素材，整堂课就变得顺理成章了。

五、检测题

1．下述试验中哪些可以在运行的太空舱里：

A．用天平测质量

B．用测力计测力

C．用弹簧秤测物体受的重力

D．用托里拆利实验测舱内气压

参考答案：B

2．右图是某同学站在压力传感器上做下蹲-起立的动作时传感器记录的压力随时间变化的图线，纵坐标为压力，横坐标为时间。由图线可知，该同学的体重约为650N，除此以外，还可以得到以下信息：

A．1s时人处在下蹲的最低点

B．2s时人处于下蹲静止状态

C．该同学做了2次下蹲-起立的动作

D．下蹲过程中人始终处于失重状态

参考答案：B

提示：画a-t图和v-t图，分析运动过程

3．一位同学的家在一座25层的高楼内，他每天乘电梯上楼，经过多次仔细观察和反复测量，他发现电梯启动后的运动速度符合如图所示的规律，他就根据这一特点在电梯内用台秤、重物和秒表测量这座楼房的高度。它将台称放在电梯内，将重物放在台秤的托盘上，电梯从第一层开始启动，经过不间断地运行，最后停在最高层。在整个过程中，它记录了台秤在不同时段内的示数，记录的数据如下表所示，但由于0~3.0s段的时间太短，他没有来得及将台秤的实数记录下来，假设在每个时间段内台秤的示数是稳定的，重力加速度g=10

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