高中物理-超重和失重教学设计学情分析教材分析课后反思

教

学超重和失重

课

题

选

用教材名称：人教版物理必修1第四章第6节105-108页

教出版社：人民教育出版社2019年版

材

1.物理观念:通过运用牛顿运动定律分析超重和失重现象的动

力学原因，理解超重和失重现象的特点和本质，发展运动观念和相

互作用的物理观念。

2.科学思维:经历演示水瓶下落实验和弹簧秤称钩码重力的探

究实验，发展观察、分析、归纳能力，能够从实际情境中捕捉信息、

学发现问题、提出问题，并独立建构模型来推理论证超重和失重的条

习件，提升科学思维素养。

目3.科学探究：会用弹簧秤进行科学探究，通过比较重力加拉力

标

的大小关系，认识超重和失重现象。学会依照物理事实、运用逻辑

判断来确立物理量之间的关系并总结规律，提高用科学探究解决问

题的能力，养成通过实验研究问题的习惯。

4.科学态度与责任:通过收集交流关于超重和失重在各领域中

应用的事例，了解其社会价值，强调前沿科技的渗透，体验科学、

技术与社会、环境的密切联系，感受科学探索之魅力，养成良好的

科学态度与责任。

物理观念线索:

超重和失重现象（新课引入）一超重和失重的定义（分析讨论）

设一超失重和加速度的关系（课堂重点探究）一超重和失重的特点（实

计验验证结合理论推导）f运用牛顿运动定律解决问题（学以致用）

思科学思维与探究线索：

路科学猜想f建立超重和失重的科学模型f受力分析f推理定

义f进一步观察超失重现象f科学实验探究一归纳超失重特点f

数理结合论证

教根据教材内容和学生特点，围绕教学目标，在教法上选用了小

学组讨论法（每组4人，按优等生1人、中等生2人、后进生1人组

方

成一个组。随机挑选学生分享组内讨论成果）、演示法做演示实验

法

等。

教

学多媒体辅助教学设备、学案、矿泉水瓶、自来水、弹簧测力计、

器钩码、力的传感器、体重秤等。

材

学

习工具：多媒体、学案、评价量表。

效

方法：问卷调查法，小组讨论汇报。

果

测

评

课

1课时

时

课

前“用牛顿第二定律解决问题”的进阶预习活动，学生对牛顿第二

学定律的分析与应用有了初步认识。

习在电梯中录制上下楼时台秤和弹簧秤的示数变化视频和体重计上

活下蹲起立的示数变化视频，留待课上分析解释。

动

教师活动学生活动设计意图

新课引入

♦“落瓶子时

教

【教师演示实验】不漏水”这

学生被实验

学

展示有孔的水瓶，水从小孔流出。高举吸引，观察一完全失重

过

水瓶，问是否有办法不碰瓶子的情况下现象和老师实验，以魔

程

让水不流出。当瓶子自由下落或者做抛的操作，思术形式展

考原因。

体运动时，瓶中的水没有流出。现，并且让

【提出问题】木瓶下落与静止时有什么学生参与实

学生思考，

不同？都需要研究哪些内容？通过本验，调动了

做自由落体

节课的学习揭晓答案。学生的兴趣

的物体，速

♦概念初识度变化，方和热情，和

力。那此时弹簧秤的示数就等于物体重等于重力。学生能对物

力的大小。如果是个台秤，则台秤的示对台秤的例体正确受力

数是物体压台秤的力，平衡状态下，等子同理作出分析找到拉

于物体重力的大小。我们把秤的示数称分析。力和重力的

作视重。大小关系，

学生回答：

【提出问题】刚才称重有没有同学看超重和失重

弹簧秤和钩

到不是2.00N的情况，大家试一试什么概念的建立

码一起上下

情况下可能示数不是2.00N。此时钩码也就完成了

运动时，弹

重力有变化吗？簧秤示数变一大半。

【过渡】弹簧秤的示数并不总是等于物化。钩码重让学生通过

力不变。

体的重力，而是和物体的运动状态有简单拉拽弹

感知到有时

关。拉动弹簧秤在竖直方向运动，相互簧秤运动，

变重有时变

交流感受，合作讨论示数产生变化的原明确弹簧称

轻的情况，

因。的示数是物

比较拉力和

【总结】超重:物体对悬挂物的拉力（或

重力的大小体受到的拉

对支持物的压力）大于物体所受重力的关系，而重力，为下一

现象；失重：物体对悬挂物的拉力（或力在运动过步利用传感

程中没有变

对支持物的压力）小于物体所受重力的器和体重计

化。

现象；实验提供理

♦实验探究论基础。这

里在物理观

【提出问题】什么运动情况下会出现学生回答：

超重或失重现象？平衡状态下可能非平衡状态念建立上，

吗？或者有加速遵循由浅入

【科学探究】用弹簧秤拉着钩码，从静度的情况下深、由简单

教

学止开始向上运动，然后从静止开始向下会出现超重到复杂的认

过运动，观察运动过程中拉力的变化，一和失重现识规律。

程人实验一人观察并记录，先对问题进行象。

讨论，最后完成表格。学生使用弹进一步对超

【思考】①上升阶段始终是加速运动簧秤和钩码重和失重的

吗？进行实验，运动状态进

行判断和探

②试具体分析有几种运动状态。合作探究物

究，利用实

【结果】①物体从静止开始上升，初速体上升和下

验探究突出

度为零，向上加速获得速度，在上升阶落过程中的

重点，锻炼

段的最后又到静止状态，末速度为零。超失重现象个人动手操

所以可以看作两个运动状态一一向上并完成表作能力。在

加速和减速。格。发展物理观

念时，设置

②结合速度方向即运动方向的判断，得学生经过思

情境搭建脚

出上升过程中速度、加速度的方向、超考发现，上

手架降低难

失重情况等。同理探究得到下降过程中升阶段不是

度。

速度、加速度的方向、超失重情况等。加速运动，

【过渡】由于弹簧测力计读数变动不易包括突然上

通过合作商

观察，观察电梯中的秤在上下楼过程中升和上升突

讨互相督促

的示数变化，再次确认实验结果。然停止两个增进交流，

速

速度加速F与超失状态。集中展示用

运动度

大小度方G的重状

状态方.

变化向关系态学生通过小以彼比激励

向

上升组讨论修改以评促学，

阶段

下降完善表格。实现教学评

阶段

【提问】①超重、失重和速度方向刊通过观察视统一，培养

关吗？②超重、失重和加速度方向有关频再次验证学生的科学

吗？有什么关系？③观察表格，根据物实验结果。探究能力。

体的受力，从牛顿运动定律角度思考，学生观察表

为什么会发生超重和失重？格，回答：

【思考与讨论】为什么上面四种情况超重或失重

对应不同的超重和失重情况？我们学状态与物体

老师的引导

习了牛顿第二定律，知道如果已知物体的速度方向

和提问让学

的运动情况，就可以来求解物体的受力无关，与加

生对实验进

情况，请大家结合牛顿第二定律来分析速度方向有

一步分析，

超重和失重的原理。关。加速度

培养学生思

教【得出结论】超重和失重的力学特点向上时超

考问题的能

学超重：物体具有向上的加速度，合力向重，加速度

力。学生极

过上，牛顿第二定律表达式F-G=ma,向下时失

限思维较薄

程

F>mg,运动形式：物体向上加速运动重。

弱，需要教

或向下减速运动；学生根据运

师的指导。

失重：物体具有向下的加速度，合力向动情况结合

在这个过程

下，牛顿第二定律表达式G-尸二〃"，F受力分析，

中由表及

<〃格运动形式：物体向下加速运动或推断牛顿第

里，由特殊

向上减速运动，二定律的表

到一般，搭

结论：超重和失重的本质：重力不变，达式，小组

建台阶化解

物体对悬挂物的拉力或对支持物的压讨论后派代难点，逐步

力变化。超重、失重现象只取决于物体表汇报结推进实验探

的加速度方向，与物体运动的速度方向果。究结合理论

推导的科学

和大小均无关，根据特点总

思想方法，

♦学以致用结规律，概

通过科学推

括得出超重

［例题1］人在体重计上做下蹲的过程理和科学论

和失重的本

中，体重计的示数怎样变化？证培养学生

质。

如果人下蹲后又突然站起，情况又会怎的科学思维

学生使用小能力，发展

样？

组合作讨论学科核心素

【分析】让一名学生站在体重计上，手

养。

法，先根据

机录屏投影到屏幕，全班一起读出示

所学内容推

数；再让这名学生由静止开始下蹲，观

测示数变化

察体重计示数的变化；从静止开始起立

引导学生分

情况，再派

同理。通过实验观察示数的变化情况对

析体重计一

代表上台说

理论分析加以验证，对推论做进一步修

类生活中的

明讨论结

正和判断。

实际问题。

[例题2]一个质量为40kg的人乘电果。

梯上楼。(g=10m/s2)学生确认答

①若电梯以0.25m/s2的加速度匀加速案为先变

上升，他对电梯的压力是多少？小，后变大。通过情境问

②若电梯以0.25m/s2的加速度匀加速题练习，引

下降，他对电梯的压力是多少？领学生对牛

③若电梯自由下落，他对电梯的压力完成练习，顿第二定律

又是多少？运用所学知表达式进行

【进一步分析】识进行解运用，让学

教

匀加速上升时，速度向上，加速度与速答。生扎实掌握

学

度方向一致也向上，处于超重状态，根模型建构的

过

据牛顿第二定律和牛顿第三定律，支持方法和“牛

程

力大于重力，合力方向向上。顿运动定律

匀加速下降时，速度向下，加速度与速解答题目并解决问题”

度方向一致也向下，处于失重状态，根思考，总结的原理、方

据牛顿第二定律和牛顿第三定律，支持规律。法和步骤。

力小于重力，合力方向向下。

自由卜落时，速度向下，加速度与速度

方向一致也向下，大小为重力加速度g。

【提问】自由落体运动的加速度为什么顺势用卜落

是g?和质量有关么？此时物体视重为加速度等于

多少？学生回答：g的例子，

【结论】完全失重：物体对支持物的仅受重力作引出完全失

压力（或对悬挂物的拉力）等于零的现用，与质量重的情况。

象。无关，此时

【提问】什么运动情况卜会出现完全失视重为0.

重现象？

【科学探究】用弹簧秤挂着物体，突

然松手，观察弹簧秤示数。通过放慢动

学生思考问学生通过自

作的视频，看到完全失重测力计示数为

题并设“简行分析解

0的现象。

单实验证释，彻底剖

【思考与讨论】完全失重时的加速度如

明。析完全失重

何？

时的现象和

【结论】完全失重的条件：加速度为重

学生回答：本质。

力加速度g.

加速度为重

【解释引入实验】液体受到重力而使

力加速度。

内部存在压力，小孔以上部分的水对以

下部分的水的压力造成小孔处的水流

解释课前实

出。回顾引入实

验，让学生

当瓶子自由下落时，瓶中的水处于完全验并用完全

知道魔术也

失重状态，小孔以上部分的水对以下部失重的知识

解释现象。是来自于科

分的水的没有压力，因此没有水流出。

学知识，培

【提出问题】完全失重会引发哪些现

象？你能想出哪些完全失重情况的例养科学思

子？维。

【视频展示】天宫课堂中的完全失重

实验。

1学生举例：

1例如漂浮在了解更多的

SgH1空中，钢笔现代科技、

【课堂小结】学生对所学内容进行总不能写字等航空航天中

结。超重和失重

等。

♦巩固练习的现象及应

(多选)在太空工作站的完全失重的

1.对手段，发

环境中，下列仪器可以正常使用的是

展正确的科

()

学态度与价

A.水银温度计B.体重计C.打学生总结本

值观。

点计时器节课学习收

D.天平E.连通器F.水银气压

获，教师加

计H.弹簧秤

以引导补

2.某人在一以2.5m/s2的加速度匀加速课堂练习巩

充。

下降的电梯里最多能举起80kg的物体，固本节课所

在地面上最多能举起多少千克的物体？学习的内

若此人在匀加速上升的电梯里最多能容，培养学

举起40kg的物体，则此电梯上升的加速生用所学知

学生完成练

度是多少？（g=10m/s2）习，教师针识解决问题

对完成情况的意识。

进行讲解。

第6节超重和失重

超重

「Vt,向上加速

板F>GatF-G=nia

Gi，l,向下减速

书

二、失重

设「vt,向上减速

F<GaIG-F=ma乂

计

vI,向下加速

G

三、完全失重

F=0a=g

超重和失重学情分析

1.知识层面：学生已经学习了受力分析、二力平衡、牛顿运动定

律等相关知识，对生活中常见的超重和失重现象有一定的了解；

2.能力层面：学生具备一定的实验动手能力、观察分析现象能力

和总结物理规律的能力。但数形结合和数理结合解决问题的能力还在

发展中，学习更多停留在对直接表象的认知水平，易于被新鲜的生活、

实验现象吸引而忽略对现象本质的深入认识。因此在教学中要充分发

挥实验的教学功能，联系生活实际培养学生探究物理的兴趣。通过学

生动手进行实验，感知超重和失重的条件，留出足够的时间去思考,

真正帮助学生理解所学的知识，用学到的知识解决实际问题。

3.认知困难：学生存在错误的前概念，对于出现超重和失重现象

的条件以及加速度和力的关系都存在认识误区。比如认为“物体加速

向下运动时，处于超重状态”，并不了解超重和失重的实质，也不能

理性地分析和解释各种真实情境下的超失重问题。这些情况为我仃的

教学设置了障碍，也为突破传统教学，探索新的教学思路提供了机遇。

在教学过程中要以学生的前概念为切入点，通过逐步引导，纠正认知

上的错误，让学生对物体的超重和失重的条件有本质、正确的认识。

4.分层教学：不同学习基础的学生对本节内容的掌握情况可能不

同，基础概念要求全体学生掌握，通过引导学会建构模型来推理论证

超重和失重的条件C总结规律得出超重和失重的特点和本质部分有一

定的难度，设计小组合作讨论，每组4人，按优等生1人、中等生2

人、后进生1人组成一个组，小组成员组间同质组内异质。通过不同

学习能力的学生之间相互合作相互帮助，发展每个学生的学习水平,

达成教学目标。对于超重和失重在各领域中的社会价值和前沿科技,

要求学有余力的学生课后继续了解掌握。

5.课前学习准备：课前我设置了“用牛顿第二定律解决问题”的

进阶预习活动，让学生对牛顿第二定律的分析与应用有了初步认识。

超重和失重效果分析

学生前测平均成绩40.33,后测平均成绩64.44,经过本节课的

教学学生水平得到明显提高。

前后测试结果报告：

PERSON75INPUT75MEASUREDINFITOUTFIT

TOTALCOUNTMEASUREERRORIMNSQZSTDOMNSQZSTD

MEAN11.39.0.10.54.97.01.05.1

S.D.5.0.0.26.56.9.981.0

REALRMSE.60TRUESD1.27SEPfiRATION2.12PERSONRELIABILITV.82

ITEM15INPUT15MEASUREDINFITOUTFIT

TOTALCOUNTMEASUREERRORIMNSQZSTDOMNSQZSTD

MEAN56.745.0.00.24.98-.11.03.1

S.D.32.215.1.80.07.221.0.49.9

REALRMSE.25TRUESD.76SEPARATION3.0J«ITEMRELinBILITV.90

测试数据显示,被试和题目的信度分别为0.82和0.90,均大于0.S0,

说明本次测试的信度良好。被试和题目的分离度为2.12和3.04,均

大于2,说明分离度良好，试题难度分布合理,被试可以被区分开。

ENTRYTOTALTOTALMODELINFITOUTFITPT-MEASUREEXACTMATCH

NUMBERSCORECOUNTMEASURES.E.MNSQZSTDMNSQZSTDCORR.EXP.OBS%EXP%ITEMG

122436L66238751655435N6h5O

1.

143936833188556165761h7O

A..

I12136681601127445743L.1h4O

X..

541366331241751366153649O

XI.4h

439528104881538.283.5

8.931生4.Q6O

9375071771004472755958O

72453&4.8

87501717155750

77-4252524S4.2O

-

l35536-062738455441645365.2h6O

x339-020064544.4489.6

20-69723647q5O

6939-072895209243526.454O

2-&q9

06036-262848883464368074.83O

X1-4.h

78575-2817935958653850&.955O

-224946.1

21739-841197116621720O

-8062&q4

-27

55639L42212095644645.9607O

3q

14539L423179920064536.2603O

7944q

MEAN56.745.0.00.231.98-111.0357.857.8

S.D.32.215.1.80.06.221.0.4913.913.6

从试题的结果中可以看出，试题的区分度较好，除了前测的第5题和

后测的第6题、第9题外都大于0.4,标准误SE均小于0.35.被试、

题目的Infit和Outfit的MNSQ值分别为0.97、I.05和0.98、L03,

均处于［0.7,1.3］的范围内，说明题目和被试与Rasch模型的预期相

符。而被试、题目的Infit和Outfit的ZSTD值则分别为0、0.1

和-0.1、0.1,处于［-2,2］范围内，说明题目和被试的总体数据服从

t分布，与理想模型的一致性很好。因此，“超重和失重”能力表现

测试的效度比较理想。

PERSON-MAP-ITEM

<more>|<rare>

4X+ITEM-MAP-PERSON

<raxe>|<more>

4+230

3XX

23

+4050

T2

60

2XXX

1

320190

+60

XXh5

渤3

20

XXXXX

s112

s4000105010

1XXXX

侬3

s5010

XXh7+

x

XXXXh4^

h9x2070T

011080O280

XXXXxx35603

XXM111309030

XXM21220

XXq5o7160

XX1725

XXXXXX15623

XXXXXXX222183727

XXXX2430233336

XXXXXF3950403o

XXK28

XXXs132016

l26

XXs438

s831

0

XX4

0

XXX127

XXT1229

3239

XX

34

14

T

15

-3

-4X++19

<less>|<£requ><frequ>|<less>

本研究“超重和失重”能力表现测试的“怀特图”可以直观的显示题

目与被试之间的对应关系。在怀特图中，Logit标尺是一把客观且等

距的量尺，左侧的Logit数值是被试的能力值和题目的难度值。被

试按其能力值和题目按其难度值的大小顺序，从上至下排列，分居于

量尺左右两侧。可以看出题目分散在Logit标尺上以中间平均水平

位置为中心，呈“两边少，中间多”的分布状态，整体难度适中，前

测题偏简单而后测题偏难。主要由于在题目设置时考虑学生没有学习

而选择了难度偏低的题目。而被试分散在Logit标尺上以中间平均

水平位置为中心，大致呈“两边少，中间多”的分布状态，分

散较开，说明对学生的区分度明显。总之总体测试结果较好。

a1ue

TableofSTANDARDIZEDRESIDUALvariance(in

ir.Ca

Modelee

2&8oo1G%

Totalrawvarianceinobservations.100.0%

1工848G%

Rawvarianceexplainedbymeasures=.47.09b

&328.7%

Rawvarianceexplainedbypersons=619.3%28.2%

RawVarianceexplainedbyitems=5.0.18.9%

152G阴O60^

Rawunexplainedvariance(total)=5L..

96&％110^53.0%

L.

Unexplnedvariancein1stcontrast=86312%

L