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

该高中物理教学设计聚焦《超重和失重》核心内容，通过区分实重与视重，建立“超重、失重仅视重变化而重力恒定”的物理观念，明确加速度方向是判断关键。以电梯、过山车等生活场景图片导入，制造认知冲突引出实重与视重概念，搭建牛顿运动定律与实际现象的学习支架。 该资料亮点在于融合科学探究与科学思维，通过分组体重计蹲起实验让学生自主观察记录加速减速阶段视重变化，结合力传感器F-t图像分析运动规律，搭配红色水球太空实验等视频直观展示完全失重现象。科学探究培养动手与归纳能力，科学思维提升图像解读与逻辑推理素养，助力学生破除“向上运动即超重”等误区，为教师提供丰富实验素材与清晰教学流程，高效落实核心素养。

《超重和失重》教学设计 一、基本信息 1. 学科：高中物理 1. 教材版本：人教版高中物理必修第一册 1. 章节：第四章 牛顿运动定律 第 6 节 超重和失重 1. 课时：1 课时 1. 授课对象：高一学生 二、学科素养目标 （一）物理观念 1. 区分实重与视重，建立 “超重、失重只是视重变化，物体实际重力恒定” 的核心观念。 1. 理解超重、失重、完全失重的产生条件：由竖直方向加速度方向决定，与运动速度方向无关；加速度向上超重，加速度向下失重，a=g 向下时完全失重。 1. 能用牛顿第二定律定量推导视重表达式，解释电梯、过山车、太空舱、蹦极等生活、航天场景中的超重失重现象。 （二）科学思维 1. 通过电梯、体重计蹲起实验，经历 “观察现象→提出问题→受力分析→牛顿定律推导→归纳规律” 的逻辑推理过程，形成定量分析动力学现象的思维模型。 1. 能结合 v-t 图像、力传感器 F-t 图像分析运动阶段对应的超重 / 失重状态，培养图像解读、分段建模的抽象思维。 1. 辨析 “失重 = 重力消失”“向上运动一定超重” 等常见误区，通过反例论证修正错误前概念，提升科学辨析能力。 （三）科学探究 1. 课堂分组完成体重计蹲起小实验，自主观察示数变化，记录加速、减速阶段的视重特征，自主总结加速度与超重失重的对应关系。 1. 借助力传感器演示实验，采集下蹲、站起全过程弹力变化曲线，结合图像分段探究受力规律，体会数字化实验在物理研究中的作用。 1. 能自主设计简易实验（弹簧秤挂重物上下运动）验证超重失重规律，提升动手操作、现象记录、结论归纳的探究能力。 （四）科学态度与责任 1. 从电梯、过山车、蹦极等生活化场景切入，感受物理与娱乐、航天工程的紧密联系，激发探索生活物理的好奇心。 1. 了解火箭发射、空间站在轨、飞船返回过程中的超重失重对宇航员的影响，体会航天工程中的物理应用，树立科学报国意识。 1. 知晓完全失重环境下液体浮力、表面张力、测量仪器的变化，理解重力对宏观现象的影响，建立严谨、客观的自然认知。 三、教学重难点 重点 1. 超重、失重的定义与判断依据：竖直加速度方向。 1. 利用牛顿第二定律推导视重公式，定量计算体重计、升降机的示数。 1. 完全失重的条件与典型现象。 难点 1. 区分速度方向与加速度方向，破除 “向上运动 = 超重、向下运动 = 失重” 的错误直觉。 1. 分段分析下蹲、站起、电梯升降全过程的加速、减速阶段，结合 F-t 图像对应超重失重。 1. 理解完全失重下浮力、重力测量仪器失效的物理本质。 四、教学准备 体重计、弹簧测力计、重物、力传感器 + 电脑、红色水球太空实验视频、电梯 / 过山车 / 火箭发射实拍素材、PPT 课件。 五、教学过程 环节 1：情境导入，激趣设问（5 分钟） 教师活动 1. 播放课件中电梯拥挤、过山车俯冲、蹦极下落图片，提问： “坐电梯上升起步时身体发沉、快到顶层时轻飘飘；过山车冲到最高点心脏悬空；蹦极跳下瞬间毫无束缚感。大家思考：我们身体的质量、重力真的变了吗？为什么会有‘变重、变轻’的感觉？” 师生互动 1. 学生自由发言。 1. 教师引导：质量由物质多少决定，不会瞬间改变；重力 G=mg，地面 g 不变，重力也不变。那测量工具（体重计、座椅）的读数为什么变化？引出实重、视重两个核心概念，板书定义。 设计意图 利用学生亲身经历的生活场景制造认知冲突，打破直觉误区，自然引出本节课核心研究问题。 环节 2：概念铺垫，区分实重与视重（7 分钟） 教师活动 1. 板书： 实重：地球吸引产生的重力 G=mg ，物体固有属性，恒定不变。 视重：物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力，是测量仪器显示的数值，可变化。 1. 受力模型演示：人静止站在体重计上，受力重力 mg、支持力 FN ；根据平衡与牛顿第三定律，视重 = 实重。 师生互动 师：“如果人上下有加速度，支持力还等于重力吗？我们动手实验验证。” 分发每组体重计，布置分组小实验任务。 环节 3：分组探究实验 —— 体重计蹲起实验（12 分钟） 实验任务 每组两名同学，一人站体重计完成快速下蹲、快速站起，另一人观察体重计指针示数变化，分三个阶段记录：加速阶段、减速阶段、静止阶段。 师生互动 1：学生自主操作 + 小组讨论 1. 学生动手实验，记录现象： ① 快速站起：先示数变大，再恢复原值； ② 快速下蹲：先示数变小，再恢复原值。 1. 小组讨论：站起、下蹲过程中，身体运动分为哪两个变速阶段？加速度分别朝哪个方向？ 师生互动 2：全班汇总，教师板书推导 1. 请小组代表汇报实验现象，教师同步受力分析： （1）快速下蹲第一阶段：加速向下，a 向下 牛顿第二定律： mg-FN=ma 所以 FN=m(g-a)<mg 视重＜实重 → 失重 （2） 快速下蹲第二阶段：减速向下，a 向上 FN-mg=ma 所以FN=m(g+a)>mg 视重＞实重 → 超重 （3）快速站起第一阶段：加速向上，a 向上，超重；第二阶段减速向上，a 向下，失重。 1. 归纳核心规律，板书总结： 加速度向上 → 超重；加速度向下 → 失重；与运动速度方向无关。 师生互动 3：数字化演示加深理解 教师展示力传感器采集的下蹲、站起 F-t 图像，对照图像分段标注失重波谷、超重波峰，提问学生：“图像低谷对应哪个运动阶段？峰值对应哪个阶段？” 学生结合推导规律作答，强化图像与物理过程的对应关系。 环节 4：新知讲授 —— 完全失重（8 分钟） 教师活动 1. 定义：竖直向下加速度 a=g ，此时支持力或拉力等于0，视重为 0，完全失重。 1. 列举典型运动：自由落体、抛体运动、空间站绕地匀速圆周运动。 1. 播放太空水球实验图片，讲解完全失重特殊现象： ① 液体无重力压强差，浮力消失； ② 液体表面张力主导，水滴成标准球形； ③ 天平、水银气压计等重力式仪器失效，弹簧测力计可测弹力。 1. 拓展航天场景：火箭发射（向上加速，超重）、空间站在轨（完全失重）、飞船返回减速下降（向上加速度，超重）。 师生互动 师提问：“完全失重时物体重力消失了吗？宇航员不受地球引力？” 学生辨析作答：重力依然存在，物体与支持物无挤压，视重为 0。纠正 “失重 = 无重力” 典型误区。 环节 5：例题精讲 + 课堂即时训练（10 分钟） 【例1】关于超重和失重，下列说法正确的是（　　） A．超重现象只会发生在物体竖直向上运动的过程中，超重就是物体所受的重力增加了 B．失重现象只会发生在物体竖直向下运动的过程中，失重就是物体所受的重力减小了 C．完全失重就是物体所受的重力全部消失了 D．不论超重、失重或完全失重，物体所受的重力是不变的 答案：D 【例2】下列关于超重、失重现象的描述中，正确的是（　　） A．电梯正在加速上升，人在电梯中处于失重状态 B．列车在水平轨道上加速行驶，车上的人处于超重状态 C．在国际空间站内的宇航员重力完全消失 D．自行车在斜坡上自由滑行时，人处于失重状态 答案：D 【例3】质量为60 kg的人站在升降机中的体重计上，如图所示，当升降机做下列各种运动时，体重计的读数分别是多少?（g取10m/s2） （1）升降机匀速上升； （2）升降机以4m/s2的加速度匀加速上升； （3）升降机以3m/s2的加速度匀减速上升或匀加速下降． 答案：（1）600N （2）840N （3）420N 教师点评规范解题步骤：确定研究对象→判断加速度方向→列牛顿第二定律方程→求解视重。 随堂练习互动 1．电梯的顶部挂一个弹簧测力计，测力计下端挂了一个物体，电梯匀速运动时，弹簧测力计的示数为 10 N，在某时刻，电梯中的人观察到弹簧测力计的示数变为8 N，关于电梯的运动，以下说法正确的是（ g 取10 m/s2）（　　） A．电梯可能向上加速运动，加速度大小为4 m/s2 B．电梯可能向下加速运动，加速度大小为4 m/s2 C．电梯可能向上减速运动，加速度大小为2 m/s2 D．电梯可能向下减速运动，加速度大小为2 m/s2 答案：C 2. 如图甲所示，质量为m=60 kg的同学，双手抓住单杠做引体向上，他的速率随时间变化的图像如图乙所示，g取10 m/s2，由图像可知（　　） A．t=0.5 s时，他的加速度为3 m/s2 B．t=0.4 s时，他处于超重状态 C．t=1.5 s时，他处于超重状态 D．t=1.1 s时，他受到单杠的作用力的大小是620 N 答案：B 环节 6：课堂小结 + 作业布置（3 分钟） 师生共同梳理总结 学生口述，教师板书框架： 1. 超重：a 向上，视重＞实重；失重：a 向下，视重＜实重；完全失重 a=g 向下，视重 = 0 1. 核心关键点：重力始终不变，只看竖直加速度方向，与速度无关 1. 典型场景：电梯、过山车、蹦极、航天 分层作业 1. 基础：教材课后习题，完成升降机视重计算题； 1. 拓展：回家用体重计录制蹲起示数变化视频，分析超重失重阶段；查阅空间站失重环境生活资料。 六、板书设计 超重和失重 1. 实重： G=mg （恒定）；视重：支持力 / 拉力（可变） 1. 超重：a 竖直向上 FN=m(g+a)>mg 1. 失重：a 竖直向下 FN=m(g-a)<mg 例：电梯加速下降、减速上升、过山车最高点 1. 完全失重： a=g 向下， FN=0 自由落体、空间站在轨；浮力消失、水球成球形 1. 结论：判断只看加速度方向，与速度无关 七、教学反思 （一）课堂亮点与成功之处 1. 分组动手实验落实科学探究素养。体重计蹲起实验操作简单、现象直观，每位学生都能亲身观察示数变化，自主发现 “站起先变重、下蹲先变轻”，再结合牛顿第二定律定量推导，实现 “感性观察→理性推导” 完整探究链条，避免教师单向灌输。搭配力传感器 F-t 数字化图像演示，将瞬时变化可视化，突破分段运动分析的难点。 1. 针对性破除前概念误区，落实物理观念素养。课堂多次设置辨析提问，专门纠正 “向上运动一定超重”“失重就是重力消失” 两类高频错误认知，通过推导、航天实例反向论证，学生能清晰区分速度与加速度两个独立物理量，构建严谨的动力学观念。 1. 师生互动分层设计，兼顾不同水平学生。实验探究、口头辨析、上台演算、图像分析多层互动，基础薄弱学生可通过实验直观理解，能力较强学生可完成定量计算、图像分析，兼顾全体学生学习需求。 （二）课堂存在的不足 1. 完全失重的定量拓展不足。课堂仅定性介绍完全失重现象，缺少自由落体、抛体运动的简单计算例题，学生对 “a=g 时支持力为 0” 的定量理解不够深入。 1. 图像分析互动覆盖面有限。F-t 图像、引体向上 v-t 图像讲解时，仅少数主动举手学生参与作答，内向学生缺少表达机会，无法全面掌握全班图像解读能力的掌握情况。 （三）改进优化措施 1. 补充完全失重定量例题。下节课课前 2 分钟增加一道自由落体弹簧秤示数计算题，强化 a=g 时视重为 0 的定量推导，打通定性现象与定量计算的联系。 1. 优化互动提问方式，全员参与。图像分析环节采用随机点名、小组轮流回答模式，配套简易答题卡，让每位学生写出图像对应阶段的超重 / 失重状态，快速掌握全班学情。 1 学科网（北京）股份有限公司 $