4.6 超重和失重 教学设计-2026-2027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”核心知识点，通过播放电梯体重计示数变化视频、展示蹦极火箭图片导入，承接牛顿第二定律，为天体运动等后续知识奠定基础，构建力与运动关系的学习支架。 特色在于以实验探究为核心，学生分组用体重计、弹簧测力计等器材验证超重失重条件，结合受力分析推导规律，培养科学探究与科学思维能力。融入航天成就课程思政，激发爱国情怀，为教师提供完整教学流程与反思，助力提升学生实验操作与知识应用能力。

教学设计 课程名称 超重和失重 选用教材 高中物理人教版必修一 教学章节 第四章第六节 授课对象 高一学生 授课类型 新授课 授课学时 1课时（45分钟） 一、教学内容分析 本节课选自高中物理人教版必修第一册第四章第六节。新课标要求学生通过实验，了解超重和失重现象，能用牛顿运动定律解释超重和失重的原因。超重与失重是牛顿运动定律在生活中的重要应用实例，是对力与运动关系的进一步深化理解。在知识体系上，它承接了牛顿第二定律，是对物体受力分析和运动状态分析的综合运用，同时为后续学习天体运动、卫星中的物理现象等知识奠定基础，在整个力学知识结构中起着承上启下的作用。 在教学过程中，通过实验探究、理论分析和生活实例讨论，培养学生运用牛顿运动定律分析实际问题的能力，提升学生的科学思维和科学探究素养。同时，让学生感受物理知识与生活、科技的紧密联系，增强学生对物理学科的兴趣和应用物理知识解决实际问题的意识。 二、学情分析 1.知识基础： 学生已经学习了牛顿第一定律、牛顿第二定律以及力的合成与分解等知识，对物体的受力分析和运动状态的改变有了一定的理解，具备了分析超重与失重现象的理论基础。但学生对于实际生活中复杂的运动场景和受力情况，将理论知识与之联系的能力还有待提高。 2.能力基础： 学生具备一定的观察能力和实验操作能力，能够观察到生活中一些与超重和失重相关的现象，如乘坐电梯时的感受。在之前的学习中，也积累了一定的分析问题和解决问题的能力，但在对实验现象进行深入分析、运用物理知识构建模型并进行定量计算方面，还需要进一步培养和提升。 3.思维基础： 高中阶段的学生思维逐渐从直观形象思维向抽象逻辑思维过渡，但在理解超重与失重这种较为抽象的概念时，仍可能存在一定困难。他们容易受到生活经验的干扰，对超重和失重状态下物体所受重力是否变化存在误解，需要教师引导学生运用科学的思维方法，通过实验和理论分析来正确理解超重与失重现象。 三、教学目标 1.物理观念 （1）生能知道超重和失重的概念，理解超重和失重现象产生的原因； （2）能根据物体的运动状态判断物体是否处于超重或失重状态； （3）掌握超重和失重状态下物体所受支持力或拉力与重力的关系，并能运用相关知识解释生活中的超重和失重现象，解决简单的实际问题，如分析电梯、蹦极等场景中物体的受力情况和运动状态变化。 2.科学思维 （1）通过对超重和失重现象的分析，培养学生将实际问题转化为物理模型的能力； （2）引导学生运用牛顿运动定律对超重和失重现象进行推理和论证，提高学生的科学推理能力； （3）鼓励学生对生活中的超重和失重现象进行质疑和创新思考，尝试用不同方法分析和解释相关现象，培养学生的质疑创新能力。 3.科学探究 （1）在实验观察中，学生能提出关于超重和失重现象的可探究物理问题，并能依据已有知识和经验提出合理假设； （2）能设计简单的实验方案，如利用体重计、弹簧测力计等器材探究超重和失重现象，合理选择实验器材并进行操作，获取实验数据； （3）能运用列表法、图像法等方法对实验数据进行整理和分析，得出超重和失重的规律，并能运用牛顿运动定律对实验结果进行解释； （4）具有良好的交流意识和能力，能与同学交流实验方案、实验结果和结论，对实验过程和结果进行反思和评价。 4.科学态度与责任 （1）在实验探究和讨论交流过程中，培养学生的团队合作精神，激发学生对物理现象的探究兴趣和求知欲； （2）通过了解超重和失重现象在航天、体育等领域的应用，让学生认识到物理知识对社会发展的重要作用，培养学生的科学态度和社会责任感。 四、教学重难点 重点： 1. 理解超重与失重现象在实际中的应用，能够正确分析复杂的运动状态。 2. 运用牛顿运动定律分析超重和失重现象，计算超重和失重状态下物体所受的支持力或拉力。 难点： 1. 设计实验验证超重与失重现象产生的条件。 2. 理解超重与失重现象在实际中的应用，能够正确分析复杂的运动状态。 五、教学方法 1.实验演示法：通过演示人站在体重计上下蹲、站起以及电梯运行过程中体重计示数的变化实验，让学生直观地观察到超重和失重现象，激发学生的学习兴趣和探究欲望。 2.启发式教学：在教学过程中，通过提出问题，如 “人站在体重计上下蹲时，体重计示数为什么会变化？” 引导学生思考，启发学生运用牛顿运动定律分析问题，培养学生的科学思维能力。 3.情景教学法：创设生活中的实际情景，如蹦极、火箭发射、航天器在太空运行等，帮助学生理解超重和失重现象在不同场景中的应用，增强学生对物理知识的感性认识。 4.小组合作探究法：组织学生进行小组讨论，探究超重和失重现象的规律以及在实际问题中的应用，培养学生的团队合作精神和交流能力，提高学生分析问题和解决问题的能力。 六、教学流程图 七、教学资源 教具：体重计、弹簧测力计、钩码、装有水的塑料瓶（瓶壁扎有小孔）、多媒体设备等。 多媒体设备：电脑、投影仪、PPT 课件，用于展示教学内容、实验视频、动态演示图、动画等。 八、教学过程 教学环节 教师活动 学生活动 设计意图 新课引入 1. 播放一段人站在体重计上坐电梯上行和下行过程中体重计示数变化的视频，提问：“同学们观察视频，体重计的示数在电梯上行和下行过程中如何变化的？为什么会出现这种变化呢？” 2. 展示一些生活中与超重和失重相关的图片，如蹦极、火箭发射等，引导学生思考这些场景中是否也存在类似体重计示数变化的现象。 1. 认真观看视频，观察体重计示数的变化，并思考教师提出的问题。 2. 观察图片，结合生活经验，对相关场景中的现象进行思考和讨论。 从生活实例出发，引发学生兴趣，激发学生的求知欲，为新课教学做铺垫。 新课教学 1. 建立概念 1. 讲解重力的测量方法： - 介绍利用牛顿第二定律测量重力的方法，即先测量物体做自由落体运动的加速度 g，再用天平测量物体的质量 m，从而得到重力 G = mg。 - 讲解利用力的平衡条件测量重力的方法，即把待测物体悬挂或放置在测力计上，当物体静止时，测力计的示数反映物体所受重力大小，并引出视重的概念。 2. 以人站在电梯上下行过程为例，进行受力分析： - 选取人为研究对象，分析人在电梯加速向下和向上过程中受到的重力 mg 和电梯对人的支持力FN​。 - 设竖直向下方向为坐标轴正方向，当电梯加速向下运动时，根据牛顿第二定律mg−FN​=ma，推导出FN​=m(g−a)<mg，引出失重的概念，即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。 - 当电梯加速向上运动时，加速度方向与运动方向相反，根据牛顿第二定律mg−FN​=−ma，推导出FN​=m(g+a)>mg，引出超重的概念，即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。 - 当电梯静止时，FN​=mg，说明此时视重等于重力。 1. 认真听讲，理解重力的测量方法和视重的概念。 2. 跟随教师的思路，分析人下蹲过程中的受力情况，理解超重和失重概念的推导过程。 3. 记录超重和失重的概念。 通过讲解和受力分析，帮助学生建立超重和失重的概念，让学生从理论上理解超重和失重现象产生的原因，培养学生的逻辑思维能力。 2. 实验探究 1.教师：接下来让我们通过实验来探究超重和失重状态下物体所受支持力或拉力与重力的关系吧。 2. 组织学生分组进行实验： - 实验器材：每组配备体重计、弹簧测力计、钩码等。 - 实验任务：让学生分别利用体重计测量人在不同运动状态下（如加速上升、减速上升、加速下降、减速下降等）的视重，以及利用弹簧测力计测量钩码在不同运动状态下的视重。 - 实验要求：观察并记录实验现象，分析实验数据，判断物体在不同运动状态下是否处于超重或失重状态。 3. 巡视各小组实验情况，及时给予指导和帮助，解答学生在实验过程中遇到的问题。 1. 认真听讲，理解实验目的、原理和步骤。 2. 分组进行实验，小组成员分工合作，进行实验操作、观察和记录数据。 3. 根据实验数据，分析物体在不同运动状态下的超重和失重情况，并在小组内进行讨论。 通过实验探究，让学生亲身体验超重和失重现象，培养学生的实验操作能力、观察能力和团队合作精神，让学生在实验中深化对超重和失重概念的理解。 3. 规律总结 1. 组织各小组汇报实验结果，引导学生对实验数据进行分析和总结： - 提问：“通过实验，大家发现物体在什么运动状态下会出现超重现象？在什么运动状态下会出现失重现象？” - 总结学生的讨论结果，得出超重和失重状态下物体所受支持力或拉力与重力的关系：当物体具有向上的加速度时，处于超重状态，FN​>mg；当物体具有向下的加速度时，处于失重状态，FN​<mg。 2. 利用多媒体展示超重和失重现象的动态演示图介绍完全失重，进一步加深学生对超重和失重规律的理解。 1. 各小组代表汇报实验结果，参与全班讨论，分享自己的实验发现。 2. 认真听讲，理解超重和失重状态下物体所受支持力或拉力与重力的关系。 3. 观看多媒体演示，进一步巩固对超重和失重规律的理解。 通过对实验结果的分析和总结，培养学生的归纳总结能力和逻辑思维能力；利用多媒体演示，将抽象的规律直观化，帮助学生更好地理解和掌握超重和失重的规律。 4..理解应用 1. 讲解例题 2. 布置课堂练习： - 给出一些类似的题目，如分析电梯减速下降、加速下降等过程中乘客的受力情况和超重失重状态，并进行相关计算。 - 巡视学生练习情况，及时发现问题并给予指导。 1. 认真听讲，学习例题的分析和解答方法，理解运用牛顿运动定律解决超重和失重问题的思路和步骤。 2. 进行课堂练习，独立完成题目，遇到问题及时向教师或同学请教。 通过例题讲解和课堂练习，让学生掌握运用牛顿运动定律分析和解决超重和失重问题的方法，提高学生运用物理知识解决实际问题的能力，巩固所学知识。 5.总结作业 1. 引导学生回顾本节课的重点内容： - 超重和失重的概念。 - 超重和失重现象产生的原因。 - 超重和失重状态下物体所受支持力或拉力与重力的关系。 - 运用牛顿运动定律分析和解决超重和失重问题的方法。 2. 布置课后作业： - 书面作业：完成教材 “练习与应用” 中的习题，巩固超重和失重的知识和计算方法。 - 拓展探究作业：让学生通过查阅资料、上网搜索等方式，了解超重和失重现象在航天、体育等领域的更多应用，并写一篇简短的报告。 1. 跟随教师的思路，回顾本节课所学知识，构建知识框架。 2. 记录作业内容，课后认真完成书面作业，积极进行拓展探究作业，查阅资料了解超重和失重现象的应用。 通过总结帮助学生梳理知识，强化记忆；布置课后作业，让学生进一步巩固知识，培养学生的自主学习能力和知识应用能力，提高学生的科学素养。 九、板书设计 十、课程思政 在教学过程中，介绍我国航天事业中宇航员在火箭发射、太空飞行等过程中面临的超重和失重问题，以及我国科研人员为解决这些问题所做出的努力和取得的成就，激发学生的民族自豪感和爱国情怀。同时，在实验探究和小组讨论环节，培养学生的团队合作精神和严谨的科学态度，让学生明白科学研究需要不断探索和创新，从而落实立德树人的育人目标。 十一、教学反思和修改 1. 教学反思： 在教学过程中，发现部分学生对超重和失重现象中物体重力不变这一概念理解困难，容易将视重的变化误解为重力的变化。这可能是由于在教学中对重力和视重的区别强调不够，没有充分引导学生从本质上理解超重和失重的原因。另外，在实验探究环节，部分学生对实验操作不够熟练，实验数据的准确性和可靠性有待提高。这反映出在实验前对学生的指导还不够细致，学生的实验技能训练不足。在应用知识解决实际问题时，部分学生不能灵活运用牛顿运动定律分析复杂的运动过程，缺乏综合运用知识的能力。 2. 修改措施： 在今后的教学中，加强对重力和视重概念的对比讲解，通过更多实例和实验，让学生明确超重和失重时物体重力不变，变化的是物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力。在实验教学前，增加实验技能培训环节，详细讲解实验器材的使用方法、实验操作步骤和注意事项，让学生进行预实验，熟悉实验流程，提高实验数据的准确性。同时，在课堂练习和作业布置中，增加综合性较强的题目，加强对学生综合运用知识能力的训练，引导学生学会分析复杂运动过程，提高学生解决实际问题的能力。 学科网（北京）股份有限公司 $