4.7 超重与失重——木块在水中上升时的超失重现象 说课课件 -2024-2025学年高一上学期物理教科版（2019）必修第一册

高中物理 木块在水中上升时的超失重现象 PART-01 实验教学背景 TEACHING BACKGROUND PART-02 实验教学目标 TEACHING OBJECTIVES PART-03 实验教学内容 TEACHING CONTENT PART-04 实验的创新点 INNOVATION POINTS 目 录 01 实验教学背景 实验教学背景 （1）教材分析 本节选自高中物理教科版必修第一册第四章第七节超重与失重的习题。 本实验主要针对超失重现象对多物体的研究，让学生深入理解超失重现象。 实验教学背景 （2）学情分析 学生已经学习了牛顿定律及超失重，知道物体具有向上的加速度为超重，具有向下的加速度为失重。再依据课程标准要求，设计相关超失重实验活动以加深对知识的理解。基于此，我制定出以下教学目标： 02 实验教学目标 实验教学目标 教学 目标 物理观念 以问题为导向设计物理实验，培养学生用理论证明和实验验证的思想来解决物理问题 01 02 科学探究 通过合作探究、辩证思考等方法提高合作与逻辑思维能力 03 04 科学思维 科学探究的培养及引导学生体验科学探究的过程 科学态度与责任 渗透"学以致用"的思想,让学生感受大自然的奥秘和培养学生联系实际,实事求是的科学态度和科学精神 03 实验教学内容 实验教学内容 一、提出问题 例题：如图，一根细线一端固定在容器底部，另一端系一木球，木球浸没在水中，整个装置在台秤上．现将细线剪断，在木球上浮的过程中，与剪断前相比台秤示数将怎样变化？ A．增大 B．减小 C．不变 D．无法确定 有65％左右的同学选择了A 实验教学内容 一、提出问题 例题：如图，一根细线一端固定在容器底部，另一端系一木球，木球浸没在水中，整个装置在台秤上．现将细线剪断，在木球上浮的过程中，与剪断前相比台秤示数将怎样变化？ A．增大 B．减小 C．不变 D．无法确定 a mg F浮 真的是这样吗？我们需要用实验来验证！ 采访大部分学生结果： 剪断细线前，整体受重力、支持力，所以支持力就等于重力。剪断细线后，球会向上加速运动，球就会处于超重状态，而水静止，所以整体就处于超重状态。即支持力比重力大，从而选择A选项。 实验教学内容 问题： 在剪刀伸入水中时，由于剪刀给水的浮力为系统的外力，会影响台秤的示数， 在剪刀出入水面中，会扰动水面，也会影响台秤示数。 请同学们设计一个可操作性的实验验证台秤示数变化。 一、提出问题 例题：如图，一根细线一端固定在容器底部，另一端系一木球，木球浸没在水中，整个装置在台秤上．现将细线剪断，在木球上浮的过程中，与剪断前相比台秤示数将怎样变化？ A．增大 B．减小 C．不变 D．无法确定 实验教学内容 二、设计方案 方案一： 学生想通过定滑轮来实现，如图2，剪断细线的拉力与系统而言是外力，剪断细线，系统的外力将发生改变，会影响台秤示数。于是，学生改进了实验装置，如图3，将细线固定在烧杯壁上，此时细线的拉力属于系统的内力，成功的解决了这一问题。 图1 图2 图3 实验教学内容 二、设计方案 方案二： 生1：学生向烧杯内加入纤维素酶，已达到溶解细线的效果，待细线溶解后，小球自然浮起；并用摄像机全程录像，能够避免现象可能突然发生而观测不及时的问题。 生2：将细线换做细铁丝，液体换做稀硫酸。 纤维素酶 实验教学内容 二、设计方案 方案三： 学生提出在烧杯底部放置电磁铁，将木球换成铁球。通电时，吸附铁球；断电时，铁球会浮起来。对系统来说，磁力属于内力，无须考虑系统的外力会发生变化，但问题是如何让铁球浮起来？ 生：可以使用空心铁球或在木块的底部固定铁片。 电磁铁 带铁片的木块 实验教学内容 三、学生实验 可见，示数变为负数，系统处于失重状态，与最初的结论示数增加相矛盾。这一现象，引起学生惊呼与深度思考。从而加深学生对该物理情景的理解，同时激发学生的学习兴趣。 接下来，引导学生进行理论修正。 实验教学内容 三、理论修正 问题1：木块在上升过程中，台秤的示数为何减小？ 生1：木块加速上升过程中，水的重心在加速下降，水处于失重状态，木块处于超重状态。因此，整体处于失重状态。 点评：由于不能定量知道水失重多少、球超重多少。所以整体有可能处于失重状态但也有可能处于超重状态，也有可能既不超重也不失重。 生2：当木块运动之后，原来木块所在的位置充满了水，即木块加速上升过程中，有一个等体积的水球在以相同的加速度下降。由于等体积的水球质量比木块大。因此失重的效果就比超重的效果更明显！即台秤示数减小 点评：这里使用等效替代法，将水的重心下降等效为等体积水的重心下降。 实验教学内容 三、理论修正 问题2：要计算台秤的示数减少了多少，我们需要测量的物理量有哪些？ 木块体积、质量、同体积水的质量以及木块的加速度 实验教学内容 h=20.00cm 三、理论修正 实验教学内容 三、理论修正 问题2：根据同学们测量的数据：已知木块长10cm、宽4.5cm、高3.5cm ，即体积约为 V=160cm,质量 m=80g;等体积的水的质量 m0=160g木块上升过程中的加速度约为2m/s2 。求:台秤的示数减少约为多少?(取 g=10m/s2） 实验教学内容 四、课堂小结 实验的最后，我们让学生为这堂课命名。 实验的创新点 04 实验的创新点 1. 从易错题中发现问题，引导学生设计实验、建立相应的物理模型，培养了学 生遇到问题就可以设计实验解决问题的思想和能力！ 2. 通过具体实验将流体加速下降过程呈现出来，结合理论分析用等效法将水的 重心下降变为等体积水球的重心下降，并让学生设计实验验证！加深学生对该易错题的理解与建模过程！ 3. 通过给实验命名的方式对本实验进行总结，形式新颖。 谢谢! 2024.6 中国·德阳 $$