4.6 超重和失重 教学设计-2024-2025学年高一上学期物理人教版（2019）必修第一册

6超重和失重 目标素养 1．物理观念：通过“超重”和“失重”内容的学习过程，引导学生归纳得出本节课的内容是应用牛顿运动定律来解决生活中的实际问题，由此逐步提升学生“运动与相互作用”的物理观念。 2．科学思维：通过观察电梯内体重计示数的变化，引导学生分析产生超重和失重现象的条件，使用牛顿运动定律对超重和失重现象进行动力学原因的分析，进而理解超重和失重现象的本质。从运动学来看，当物体加速上升和减速下降时，物体处于超重状态；当物体加速下降或减速上升时，物体处于失重状态。而从牛顿运动定律来看，物体受到的合外力向上时，物体处于超重状态；物体受到的合外力向下时，物体处于失重状态。前者为表象，而后者为本质，两者之间存在着递进关系。引导学生经历探究过程中的信息整理、发现问题、提出问题等环节，通过科学的论证解决问题，逐步发展学生的科学思维，并形成尊重事实、敢于质疑、善于反思的科学态度。 3．科学探究：通过布置课前小任务-“拍摄电梯内体重计示数的变化”，让学生参与实验设计和实验器材的安装并完成实验，获取真实的数据，认识超重和失重现象，提升学生的科学探究能力。 4．科学态度与责任：通过分享交流，引导学生了解超重和失重在各个领域中的应用，鼓励学生利用已有的知识分析解释生活中的现象，对于存在的问题敢于质疑，并提出基于证据的合理解释，从而激发学生的学习热情和兴趣，形成良好的科学态度与社会责任。 重点难点 重点 1．认识超重和失重的现象。 2．应用牛顿运动定律分析解释超重和失重的动力学原因。 难点 1．应用牛顿运动学定律分析超重和失重的动力学原因。 2．应用超重和失重的知识解释生活中的现象。 教学准备 教师准备 1．制作本节课的多媒体课件。 2．准备台秤、钩码、打孔的水瓶、红墨水、手机等。 学生准备 1．预习本节课的内容。 2．用手机拍摄的电梯内体重秤示数变化的视频。 导入新课 导入一（活动导入） 教师 播放学生课前拍摄的电梯内体重秤示数变化的视频。 请大家猜想一下，为什么电梯内的人处于“静止”状态，体重秤的示数却会发生改变呢？ 导入二（情境导人） 教师 播放中国空间站中太空授课的视频。 学生 观看太空授课的视频，感受精彩而有趣的太空实验。 讨论有关太空内容时经常提到“失重”，失重在物理学中该怎样解释呢？为什么在太空中观察到的实验现象，在地球上却有着不一样的实验结果呢？在地球上是否能得出和太空中相同的实验现象呢？通过今天的学习，我们就会找到答案。让我们一起开始吧！ 教学过程 环节一：台秤上的秘密 教师 体重秤测量的真是我们的重力吗？谁能通过受力分析来说明一下？称体重有什么要求吗？ 在称量体重时，要求站在秤上保持静止状态，然后读取体重秤上的示数。 以人为研究对象，人受到两个力的作用，分别是竖直向下的重力和秤给人竖直向上的支持力，由于人处于静止状态，所以 秤给人竖直向上的支持力，人给秤竖直向下的压力FN＇，这是一对相互作用力，根据牛顿第三定律可知 通过等量代换可得G=F，所以称体重时一定要保持静止状态才可以。 将物体竖直悬挂在弹簧测力计的下方或放在水平台秤上，所显示的数字为物体的视重或示重。 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，叫作失重。 教师你们能用手里的台秤创造出失重现象吗？ 给每个小组一台小型的电子台秤和一个50g的钩码。 哪个小组想展示并说明一下，台秤怎样运动能产生失重现象？ 分小组做实验并展示：在台秤刚刚下落时，台秤上的示数小于钩码的重力，这个过程就是视重小于实重的情况，这种现象就是失重现象。所以下落过程中会出现失重现象。 请大家观看视频，说一说，在电梯下降的过程中，是否出现了失重和超重现象？ 偶有所得是什么时候出现的？ 学生 观看视频，回答问题：电梯下降的过程中，首先出现了失重现象，然后又出现了超重现象。 如果我们说物体下落时就会产生失重现象，这种说法是否合理呢？超重和失重的原因究竟是什么？你们能不能分析出为什么电梯下降的全过程中会出现“先失重，后超重”的情况呢？请填写下表，并总结出超重和失重的条件。 电梯下降过程 受力情况及超失重 电梯上升过程 受力分析及超失重 电梯加速下降过程 失重 加速度向下 电梯加速上升过程 v 超重 加速度向上 电梯减速下降过程 超重 加速度向上 电梯减速上升过程 v 失重 加速度向下 结合运动状态进行受力分析，小组合作，总结超重和失重的原因。 总结：加速向下运动时出现失重现象，减速向上运动时出现失重现象；减速向下运动时出现超重现象，加速向上运动时出现超重现象。 超重和失重现象与运动方向无关，主要是与加速度方向有关。 设计意图 学生对于运动状态的判断，往往关注的是速度，而对于加速度没有深刻的体验，经常只注意到表象之间的联系，而难以关注物理现象背后的规律，且不习惯使用归纳法进行总结。这部分内容的设计基于学生错误的前概念，引导学生对整个电梯的运动进行规范的受力分析，科学地解决问题，让学生敢于对自己的错误认知提出质疑，并能及时修正，进而使用牛顿运动定律去分析超重和失重的概念，对超重和失重有更为清晰的物理认知，同时提升学生“运动与相互作用”的物理观念。 教师 这是一幅学生在台秤上起立或下蹲的F-t图像，请大家分析一下，这幅图中的波浪线描述的是什么过程呢？ 学生 使用超重和失重的知识进行判断，并进行科学的解释。 前半段：支持力小于重力，加速度方向向下，属于失重现象。 后半段：支持力大于重力，加速度方向向上，属于超重现象。 综上所述，该过程应为下蹲过程。 请一位同学在台秤上进行下蹲动作，观察F随时间t变化的趋势，享受成功的喜悦感。 教师请大家分组进行实验： （1）底端扎有小孔的水瓶在松手后，水会从瓶中流出来吗？ （2）底端扎有小孔的水瓶竖直上抛时，水会从瓶中流出来吗？ 先作出合理的预测，并应用手机进行拍摄，通过慢动作观察实验现象，验证你的预测是否正确。 学生 先预测结果，通过视频慢放的过程寻找答案，并结合自己对于实验现象的预测，巩固超重和失重的概念。 （1） 水瓶做自由落体运动时，水不再从瓶中流出。 （2）水瓶做竖直上抛运动时，水不再从瓶中流出。 设计意图 结合电梯内体重秤示数的实验，进一步对人进行下蹲并起立等相对复杂的运动过程进行分析，让学生体会到，无论多么复杂的运动，都要对其运动过程进行合理的建模，并通过牛顿运动定律进行分析，从而得到结果。通过体重秤或压力传感器进行实验再现，让学生体验应用物理知识解释实验现象的过程，享受成功的喜悦。这部分内容还设计了水瓶下落的实验，由于实验过程非常快，不容易直接观察实验现象，学生使用手机录制并慢放，能够借此清晰地观察到实验现象并进行合理的分析，有助于激发学生学习的主动性，培养学生使用多种方法解释生活中的物理现象的能力。 环节三：实际应用 下面这段广告中展示了一种设计非常独特的防摔智能马甲。在该产品的广告词中，哪里提到了今天所学的内容？你认为其中的说法合理吗？ 广告词：传感器一旦感受到人体处于失重状态，就会释放瓶内压缩气体，给马甲充气，保护人体。 学生 这种说法不正确。人体的运动是比较复杂的，一个下楼的动作就会产生失重和超重现象，所以应该是失重达到一定程度时，才能触发传感器。 设计意图 核心总结 本节课是在学习了牛顿运动定律的基础上，探索和研究超重和失重的问题，目的是深化学生对牛顿运动定律的理解，培养学生科学分析问题的能力。对于超重和失重现象，可以从动力学和运动学两个角度来理解。从运动学来看，当物体加速上升和减速下降时，物体处于超重状态；当物体加速下降或减速上升时，物体处于失重状态。而从牛顿运动定律来看，物体受到的合外力向上时，物体处于超重状态；物体受到的合外力向下时，物体处于失重状态。前者为表象，而后者为本质，两者之间存在着递进关系。通过本节课的研究，学生应从知识的表象递进到知识的本质。 学科网（北京）股份有限公司 $$