4.6 超重和失重 教案-2025-2026学年高一上学期物理人教版必修第一册

课题 超重和失重 教学目标 物理观念：建构超重和失重的物理观念，理解产生超重和失重现象的条件，进一步建立起运动和相互作用之间的联系。 科学思维：通过感知生活中超重和失重现象。学会对实际情景建构模型，运用牛顿运动定律处理问题。 科学探究：经历探究产生超重和失重现象的条件的过程。提升科学探究能力，感悟科学探究的方法和精神。 科学态度与责任：培养学生对实验现象的仔细观察，认真分析的科学态度。培养学生的合作精神，表达交流的能力，激发学生对科学的兴趣和热情。 教学重点：掌握超重和失重现象产生的条件，能够运用牛顿运动定律解决问题 教学难点：理解超重和失重现象的本质，运用牛顿运动定律解决实际问题 教学过程 教学过程 教学活动 学生活动 新课引入 用两个厚词典夹住一张纸巾，请一位同学把纸巾拉出来。学生会把纸巾拉坏的，拉不出来。问同学们有什么办法，先不揭晓可行的办法，让同学们带着这样的疑问，开启这节课的学习。这一环节激发了学生的学习兴趣和求知欲。 观察思考 活动体验 给学生提供了这样几组实验器材，断开的纸带、体重计、弹簧测力计，学生分小组体验超重和失重现象。从生活中来，到生活中去，这一环节选取的几个小实验都非常贴近生活，让学生有切身体会，观察现象，激发求知的主动性。 学生实验 一、重力的测量 引导学生思考 1. 如何来测量物体的重力？你有几种方法？ 2. 用测力计测量重力时物体处于什么状态？弹簧测力计的读数显示的是哪一个力？ 使学生明确弹簧测力计的示数反映的是物体对弹簧测力计的拉力的大小，称为视重。 理解视重的含义 二、超重和失重 提供了弹簧测力计和重物，请学生按照步骤进行实验并记录数据。 学生进行实验：①测量钩码的重力；②将弹簧测力计连同钩码向上加速运动，观察弹簧秤示数的变化；③让弹簧测力计连同钩码向下加速运动，观察并记录弹簧测力计示数的变化。 小组讨论： 探究1、钩码上升和下降过程中存在哪些运动状态？ 上升时从静止先加速上升再减速上升直至静止，下降时从静止先加速下降再减速下降。 探究2、根据记录的数据分析在不同运动状态下弹簧秤示数与重力的关系？ 弹簧秤的示数有时大于重力，有时等于，有时小于。我们就把弹簧秤示数大于重力的现象叫做超重，小于重力的现象叫做失重。具体就是物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）大于物体所受重力的现象，叫做超重现象。小于物体所受重力的现象，叫做失重现象。 探究3、再来分析钩码出现超重和失重状态与哪个物理量有关？ 引导学生把刚才研究的问题填写到表格中， 分析表格发现关系：超重和失重与运动方向无关与加速度方向有关。当加速度向上时物体处于超重状态，当加速度向下时处于失重状态。这就是判断超失重的方法。 这一环节设问激想，通过设置问题情境，学生观察实验现象，思考讨论，引出学生对超重失重更深层次的探索兴趣，循序渐进突破重点。 探究4、为什么加速度方向向上就超重，向下就失重呢？ 从牛顿运动定律的角度进行分析。我们选取加速向上和减速下降的过程来分析。以物体为研究对象受力分析，受重力和支持力，以加速度方向为正，列牛顿第二定律，其中弹簧秤的示数是弹簧秤受到的拉力，由牛顿第三定律得压力等于 mg + ma ，超重。 引导学生仿照老师的做法写出加速度向下的分析过程。 通过师生共同分析找到超重和失重的原因。 超重：物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力） F = mg + ma ，大于重力。失重：物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力） F = mg - ma ，小于重力。 分组实验得出超重和失重的定义 找到超重失重和加速度方向的关系。 根据牛顿运动定律结合老师对加速向上过程的分析，独立完成对减速向上过程的分析 三、超重和失重的应用 一、电梯里的超失重 生活中超失重现象无处不在。引导学生分析电梯上升和下降过程中的超失重情况。并完成表格内容 ， 学生独立思考，形成自己的观点后，进行小组内合作交流，探究这一问题。在此期间教师巡视，掌握各小组的讨论情况，并对各小组得出的结论做到心中有数，从而在接下来的共同探讨的过程中，使学生中间那些不合理的观点充分暴露出来，进而引导学生共同发现问题，解决问题。然后播放视频验证结果。 完成例题 设某人的质量为60kg，站在电梯内的水平地板上，当电梯以0.25m/s2的加速度匀加速上升时，求人对电梯的压力。g取9.8m/s2。此时人处于超重状态还是失重状态？人的重力变了吗？ 解：对人受力和运动分析如图：以向上为正方向， 由牛顿第二定律有FN - mg = ma 即：FN = m(g + a)= 60×(9.8 + 0.25)N= 603 N 由牛顿第三定律，人对电梯地板的压力FN ′=-FN= -603 N 人对电梯的压力大小为603 N，方向竖直向下。 此时人处于超重状态，对电梯的压力变大，重力不变，仍然是588 N。 2、极限运动中的超失重 乘坐电梯时感受到的超失重是比较轻微的，而一些极限运动中，可以体验到更强烈的超失重，比如蹦极。 观看视频、思考蹦极过程中的超失重问题。 演示实验：模拟蹦极过程，用力传感器记录下拉力的 F - t 图像。记录完成后分析图像。 演示实验，记录图像并分析。 思考1：各阶段的超失重情况？ 思考2：各阶段做什么运动？ 思考3：物体下落开始阶段做什么运动？力 F 为多少？ 通过问题引导学生学会分析复杂运动过程的运动情况和超失重情况。 当物体以自由落体加速度 a = g 运动时，物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）等于零，我们称物体处于完全失重状态。 演示实验：利用手机投屏和慢动作回放观看下端开孔的水瓶在自由下落时的水流情况。思考为什么水不再流出？ 3、航天科技中的超失重现象 2022年11月29日晚，神舟十五号载人飞船发射成功。引导根据提供的数据计算宇航员在发射过程中承受的作用力。 学生通过计算发现宇航员在发射过程中要承受6倍重力大的压力，这已经超过了普通人的承受范围，所以宇航员要经过艰苦的训练，才能实现。 当航天器到达太空后在稳定运转的过程中处于完全失重状态，观看中国空间站里的视频。拓宽学生们的视野，为圆周运动和天体运动的学习埋下伏笔。 观看中国空间站里的视频，给学生以震撼的视觉体验，感受到国家的强大，获得强烈的民族自豪感，也希望航天员们特别能吃苦，特别能战斗的航天精神影响学生，树立为国家科技发展做出贡献的决心。 分组合作交流，完成例题，熟悉用牛顿运动定律解题的步骤及注意事项 观看视频思考蹦极过程中的超失重问题 演示实验，记录图像并分析 演示实验，思考为什么水不再流出？ 计算宇航员在发射过程中承受的作用力。体会宇航员承受6倍重力大的压力时的艰险 四、课堂小结 学生总结分享这节课的收获 五、课后作业 利用本节课所学知识设计实验方案估测商场或自家电梯在加速和减速过程中的加速度。 学科网（北京）股份有限公司 $