4.6 超重与失重 教学设计 -2022-2023学年物理高一上学期（人教版2019必修第一册）

超重与失重的教学设计摘要：通过实验认识超重和失重现象，联系生活和科技方面实际，应用牛顿定律，分析超重与失重现象。本节课由设置情景引入，提出与学生原有认知发生冲突的问题。新课学习中设计了体验性实验，探究性实验，传感器定量实验和理论分析。趣味游戏作为课堂练习和课外研究性学习。关键词：高中物理，超重，失重，教学设计（一）设置情景，提出问题。1．播放录象或看挂图，激发学生的学习兴趣，使学生知道什么是超重、失重现象。可供选择播放或展示相关的挂图：（1）火箭升空，载人航天飞船运行过程和返回的过程。杨利伟在太空中书写日记、吃月饼，用胶布把摄象机贴在舱壁，物体在飞船舱内“飘”。（2）费俊龙在太空中翻跟斗。（3）火箭升空和飞船返回时，航天员采取躺着是姿势。（3）下落的一滴牛奶呈球形。（4）太空中的一滴水呈球形。（5）在太空中制造有气泡的泡沫金属。（6）俄国人在太空中生活438天。2．问题的提出。演示下蹲过程体重秤的读数变化的实验。由于学生不一定注意到下蹲、站起的过程体重秤读数会发生变化。设计一个定性实验，通过摄像头把读数投影在屏幕。问题：“观察到体重秤的示数如何读数变化？”“老师下蹲、站起的过程重力如何变化？是老师变胖了？”问题来源于实验与学生原有认知发生冲突，对于学生的回答，这时可以不做过多的评价。3．另一个实验，用纸带提起重物。如果迅速上提，纸带断了。这是为什么？再次激发学生的探索热情。这个环节，目的是让学生在自己的头脑中产生问题。老师不要忙着解释，只要告诉学生这就是今天学习的超重和失重现象即可。时间控制在5分钟之内。

（二）新课学习

1．体验性实验，了解什么是超重和失重。利用身边的物品、常用器材设计有关超重失重的实验，学生可以选做一个或两个实验。（1）用手掌托着一叠较重的书，先让手缓缓上下移动，体会一下书对手掌的压力。跟静止时是否相同？然后手突然加速上升或加速下降，再体会手掌受到的压力跟静止时有什么不同？（2）垫起泡沫板两端，把重锤在泡沫板上，使泡沫板加速上升，泡沫板断裂。老师引导学生在体验的同时，学会把各种现象联系起来进行对比，培养学生的科学思维。

学生回答老师的问题或学生之间讨论，找到几个实验的共同特点是拉力或压力变化。通过讨论，辩论，使学生认识到原有的一些认识是错误的。强调失重和超重是指压力随物体运动状态的改变而改变。2．探究性实验：弄清什么情况下会出现超重失重现象。（1）回放老师称体重的录象，并适当应用慢镜头播放，看清读数的变化与老师下蹲过程。老师指导学生观察：下蹲的初期、末期，读数比老师站在秤上不动时的体重大还是小。称体重的实验确实不容易观察清楚读数的变化与运动状态的改变这两者之间的关系。很自然地介绍先进的实验手段，传感器、计算机与物理实验整合。（2）在测力计下端挂一钩码，观察测力计静止时示数，测力计缓缓上下移动，测力计的示数，测力计突然上升或突然下降时测力计的示数。提出讨论问题，如何准确读出测力计示数变化的范围？教师可以做必要的提示，如在测力计指针的上下各放一小团棉花，使指针在移动的时候带动棉花的移动，这样棉花就可以记录测力计示数变化的范围。这就是发明创造，发明创造就在身边。（3）定量实验。还有更精确的实验方法吗？介绍传感器及工作过程。通过DIS演示电梯上升过程，利用传感器采集数据，电脑描绘出支持力F随时间t变化的图象。通过对图象的分析，知道超重失重只与物体运动的加速度有关，与运动速度无关。

3．理论分析，进一步认识超重和失重。选上述的一个实验进行分析，用牛顿第二定律、牛顿第三定律分析解释超重失重和完全失重现象，得到超重和失重的动力学特征。（1）根据老师提供的学习提纲，学生阅读课文。指导学生确定研究对象，进行受力分析。

（2）给出思考问题，学生对原来的认识进行反思。“体重秤直接测量的什么力？”“有同学观察到下蹲过程体重秤的读数变大，有的观察到下蹲过程体重秤的读数变小，如何评价这些同学的回答？”“下蹲过程，速度的方向总是向下的，加速度的方向也总是向下的吗？”学生思考、讨论。教师小结：下蹲过程经历了加速下降与减速下降的过程，这些同学各自只观察到了下蹲的末期或初期的体重计的示数。

（三）课堂练习，巩固训练。练习的形式不只是书面练习，用包含科学原理的趣味游戏，调节学习气氛。上课接近半小时，学生的注意力开始不够集中，设计一些课堂活动，使学生在轻松的环境中学习和巩固学习内容。同时达到训练学生的口头表达能力和动手实验能力的目的。1．在生活中，哪些物体的运动，反映了超重或失重现象？（1）学生举例。如挑担子，由于扁担两边的物体有规律的上下振动，肩上的压力也就时大时小。又如蹦极运动中弹性长带对人的拉力也会时大时小。乘车经过拱桥或加速下坡时，乘电梯，玩过山车，荡“秋千”，荡“海盗船”有超重和失重的“特殊感觉”。（2）老师也参加讨论。如从水井里提起一桶水，如果绳子的最大抗拉能力不够好，为了不使绳子被拉断，你认为应该怎么提水？一根细木棒的两端挂轻重不同的重物，从木棒中间提起，木棒呈倾斜状态。如果突然松手，木棒还保持倾斜状态吗？

2．选做以下游戏。

（1）手握橡皮筋，使橡皮筋下端的球振动，当你闭上双眼时，你可以准确说出球上下运动的情况吗？想好你的判断根据，再跟同学一起做实验。

（2）手中托着上下叠放的两本厚书或两铁块，它们之间压着一纸带，如何才能把纸带从它们之间拉出而不拉断纸带？（3）手中拿一个纸环，下端夹一个铁夹，铁夹把纸环拉成椭圆。如果松开手，纸环下落过程会是什么形状？

（4）在矿泉水瓶的四周扎四个小孔，灌满水后水从四空喷出。如果把瓶子从黑板上方自由释放，水在下落过程中，水会喷到黑板上吗？也可以让两个同学相对站立，让这个瓶子从他们之间落下，掉到放在地面的水桶中。

（5）橡皮筋拉着矿泉水瓶（四周扎四个小孔）上下振动，观察喷水的情况。

（6）橡皮筋拉着矿泉水瓶（瓶口向下，用橡皮膜扎紧瓶口）上下振动，观察橡皮膜。

（7）站在体重秤上，两脚站直，两脚不能动，能不能想其他方法，使示数变小或变大？学生用不同的方式使示数变化：挥动手臂，头动也可以。（8）各组选一位同学站在体重秤上称体重，设法让示数最小。请你说说，你们组会选谁呢？为了使示数最小，你建议他怎么做。

（四）课后作业与研究性学习。根据学生的个体差异，这些内容可以让学生选做，让学生在较长的时间里逐步完成。1．完全失重的条件下，下列哪些仪器不能正常使用？弹簧秤、天平、刻度尺、秒表、摆钟、电流表、温度计。2．小木板上放一块磁铁和一块铁块，它们都静止。若让小木板从不太高处自由下落，小木板保持水平。则在下落过程中，磁铁相对于地面的加速度大小为：

A．始终为9．8m/s2

B．大于9．8m/s2

C．小于9．8m/s2

D．始终为0m/s2。3．数字信息系统（DIS）包括传感器、数据采集器、计算机和数据处理软件组成，它可以实时采集、处理实验数据，并把实验结果用图象显示在计算机屏幕上。

一个玩具猫放在模拟升降机上，拉动升降机上升，通过DIS在计算机屏幕上画出玩具猫对力传感器的压力F随时间t变化的关系图象如图所示。由此可知玩具猫重______N，升降机上升过程最大的压力为_______N，最小压力为______N。画出玩具猫运动的a-t图。05101520F/Nt04．假如你站在体重计上乘电梯，发现体重计的示数为50kg。根据自己的情况，判断一下电梯的运动状态。说明判断的理由。（学生体重各不相同，必须根据实际情况进行判断）

5．（1）设计实验方案，在课后利用体重秤观察电梯下降或上升的初期、中期和末期的失重超重现象。

（2）医院里的医用电梯的加速度比普通电梯的加速度要小。你能用简单的实验证实一下吗？

6．设计一个实验方案，用身边的物品做简便的实验，在乘飞机时通过观察实验现象，了解飞机是否加速上升阶段或加速下降。

7．做一做，想一想：（1）把普通的手电筒改造一下，里边装一段弹簧，竖直放置时电池压缩弹簧，电池不能跟灯泡组成回路，手电筒不亮。让手电筒自由下落，弹簧不压缩了，电路接通，手电筒亮了。（2）在透明塑料杯的底部钻一小孔，把两条比杯高略长的橡皮筋穿过小孔，并在杯底那端把橡皮筋打上结，使橡皮筋不被拉出，两条橡皮筋的另一端个系一个小球，并把球放到杯外。如果让杯子自由下落，会有什么现象发生？为什么？

8．编故事：根据本节课的学习内容，编写一个有关孙悟空与猪八戒比赛称体重的故事。讲给幼儿园的小朋友听，看谁的故事小朋友最爱听。

课后反思

本节课遵循循序渐进的教学原则，从学生的实际出发，让学生参与实验，在情感态度与价值观方面受到熏陶，发展对科学的好奇心和求知欲，引导学生用身边的物品研究物理学问题，运用物理原理和研究方法解决实际问题。并且把评价渗透在