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”核心内容，通过天宫太空水球实验视频导入，引发认知冲突，以牛顿第二定律为基础，区分实重与视重，推导视重公式，构建“运动状态-加速度方向-视重变化”的分析逻辑作为学习支架。 该资料特色在于融合航天情境与实验探究，力传感器F-t图像直观展示蹲起过程视重变化，培养科学思维与科学探究能力，结合火箭发射、电梯安全等实例深化物理观念，助力学生破除前概念，为教师提供分层教学资源与实验方案，提升教学实效。

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 本节课是牛顿第二定律竖直方向典型应用，教材以电梯、体重计、人体蹲起生活化场景为载体，区分实重与视重两个核心概念；依托竖直一维坐标系，结合牛顿第二定律推导超重、失重的受力公式，归纳核心判定依据：加速度向上为超重、加速度向下为失重；延伸至加速度a=g时的完全失重状态，结合天宫太空水球实验拓展应用；借助力传感器采集F−t图像直观展示蹲起立过程视重动态变化，构建 “运动状态→加速度方向→视重变化” 完整分析逻辑；将牛顿动力学理论落地电梯、航天、日常称重场景，是竖直方向动力学综合模型，也为后续圆周运动失重铺垫理论基础。 二、学情分析 1.知识基础： 学生熟练掌握F合=ma，会建立一维直线坐标系、对竖直方向物体受力分析；能区分重力是物体固有属性，但普遍存在生活前概念：认为体重计示数变化代表物体真实重力改变，无法区分实重、视重；不清楚加速度方向是判断超重失重唯一标准，容易混淆速度方向与加速度方向，误把向下运动等同于失重。 2.能力基础： 学生能完成单一竖直受力列式，但动态多阶段运动（下蹲、起立）分段分析能力薄弱；不会结合实验图像提取受力变化信息，缺少用图像佐证物理规律的能力；无法自主利用牛顿第二定律推导视重表达式，解题时常忽略正负号规范书写。 3.思维基础： 高一学生依赖直观生活感受，仅凭体重计示数变大 / 变小直接判定超重失重，忽略加速度核心判定条件；线性静态思维突出，难以分析下蹲先失重、后超重的两段动态过程；不能区分 “速度方向” 和 “加速度方向” 两个独立物理量，极易出现逻辑混淆。 三、教学目标 1. 物理观念 清晰区分实重（物体重力G=mg）与视重（支持力 / 拉力）；建立 “超重、失重只由加速度方向决定，与运动速度方向无关” 的核心动力学观念，掌握完全失重条件与现象特征。 2. 科学思维 通过电梯、人体蹲起多阶段场景，形成 “分析运动→判断加速度方向→受力列牛顿方程→判断超重 / 失重” 标准化推理思维；依托F−t图像实现实验现象与理论公式互证，培养图像证据分析思维。 3. 科学探究 能观察电梯体重计、力传感器蹲起实验，读取压力随时间变化图像；自主对竖直运动物体受力作图、建立坐标系推导视重公式；小组合作分析多阶段运动的超重、失重分段规律。 4. 科学态度与责任 能利用超重失重规律解释载人火箭发射、天宫太空实验、电梯安全设计原理，感受动力学知识支撑航天工程、民用设施设计；实验中如实记录图像数据，养成依托客观实验证据修正主观直觉的严谨习惯。 四、教学重难点 重点：  实重与视重概念区分；  超重、失重判定条件：a向上超重，a向下失重； 牛顿第二定律竖直方向列式计算视重。 难点： 区分速度、加速度方向，破除 “向下运动一定失重” 错误前概念；  下蹲、起立多过程分段判断超重、失重； 完全失重的受力条件与生活、太空典型现象解释。 五、教学方法  情境视频导入法：天宫太空失重视频创设认知冲突；  问题链探究法：分层设问拆解电梯、蹲起运动受力；  理论推导法：一维坐标系下结合牛顿第二定律推导视重表达式；  实验图像演示法：力传感器F−t图像直观展示视重变化；  模型归纳法：总结电梯四类运动的超重失重规律；  小组讨论法：合作分析下蹲、起立两段运动状态；  拓展科普法：结合火箭、天宫水球讲解完全失重应用。 六、教学资源 多媒体白板、天宫太空授课失重短视频、电梯体重计演示视频；力传感器、数据采集电脑、体重计 八、教学过程 教学环节 教师活动 学生活动 航天情境导入 全屏播放天宫二号太空水球实验短视频，播放结束后抛出递进思考问题：地面上 60kg 的人站体重计有稳定示数，进入太空后体重计无读数，难道人的质量、重力消失了？给学生 30 秒自由发言，收集直观错误猜想。  针对性纠正学生误区：物体重力mg由质量、重力加速度决定，不会凭空消失；体重计显示的是视重，示数变化对应超重、失重现象，本节课依托牛顿第二定律定量分析这类竖直运动。  板书课题《4.6 超重和失重》，明确本节课两大学习任务：推导视重计算公式、结合实验图像分析生活超重失重场景。 认真观看太空失重视频，结合地面称重经验产生认知矛盾，主动举手分享直观猜想。 完整抄写课题，翻开课本对应小节，标记实重、视重关键词，做好新课研读准备。 概念铺垫：实重与视重  连续分层设问引导学生区分概念：人静止站立在体重计上，体重计测量的是什么？物体真实重力由什么物理量决定？随机点名学生作答。  黑板规范板书两组定义： 实重：物体实际重力G=mg，仅由 m、g 决定，运动过程恒定不变； 视重：物体对支持物的压力（或悬挂拉力），大小等于支持力FN​，会随加速度改变。  过渡引出核心探究：电梯上下运行时体重计示数不断变化，我们通过受力分析推导视重与加速度的定量关系。  举手完整口述牛顿第二定律、匀变速运动公式，在草稿纸上同步书写公式。  结合称重经验思考问题，完整记录实重、视重定义，在课本标注二者本质区别。  带着“加速度如何改变视重”的疑问进入电梯模型理论推导环节。 电梯模型理论推导 分四类展示电梯运动状态分步板书推导，每一步规范列牛顿第二定律方程： ① 电梯向下加速：加速度向下，取正，mg−FN​=ma⇒FN​=mg−ma，FN​<G，判定失重； ② 电梯向下减速：加速度向上，取负，mg−FN​=−ma⇒FN​=mg+ma，FN​>G，判定超重； ③ 电梯向上加速：加速度向上，同向下减速，超重； ④ 电梯向上减速：加速度向下，同向下加速，失重。  对照投屏受力示意图，在草稿纸上复刻完整受力简图，统一向下为正方向。  跟随教师分步完成四类运动的公式推导，完整记录超重、失重判定规则，在笔记本标注 “与速度无关” 易错提醒。  观看电梯演示视频，结合推导结果印证视重变化，举手回答完全失重下视重数值。 力传感器蹲起实验  过渡设问：人静止时视重等于实重，若在体重计缓慢下蹲、起立，运动分为多个变速阶段，压力会如何连续变化？播放力传感器实验操作视频。  投屏展示压力随时间变化图像，逐段拆解图像对应运动过程： ① 初始静止段：图像水平直线，压力等于实重； ② 下蹲前半段：向下加速，加速度向下，图像下凹谷，失重； ③ 下蹲后半段：向下减速，加速度向上，图像上凸峰，超重； ④ 完全蹲下静止：回归水平，视重等于重力； ⑤ 起立前半段：向上加速，加速度向上，超重； ⑥ 起立后半段：向上减速，加速度向下，失重。  组织 4 人小组限时 3 分钟讨论，梳理下蹲、起立全过程超重、失重先后顺序，随机抽取小组代表上台分享分析结论。  巡视全班草稿，针对性纠正 “下蹲全程失重” 典型错误判断。 观察投屏 F-t 图像，区分横轴时间、纵轴压力大小，跟随教师分段标注超重、失重图像区间。 小组内交流两段变速运动的加速度方向，梳理完整运动变化逻辑。 在草稿纸上简易临摹图像，分段标注对应运动状态与超重失重类型。 完全失重拓展应用  回扣课堂导入太空场景，结合完全失重条件a=g推导：航天器在轨运行时向心加速度等于 g，舱内物体视重为 0，展示天宫水球、悬浮物品视频，解释液体无浮力、物体漂浮等特有现象。  拓展火箭发射工程实例：火箭升空阶段加速度向上，航天员长期处于超重状态，宇航服、舱体结构均需要对抗过载压力，体现本节课知识工程实用价值。  补充对比说明：完全失重环境下天平、体重计无法正常测量质量，自由下落物体均处于完全失重状态。  随堂计算题：电梯钢索断裂自由下落，体重计示数为多少，点名学生列式计算。  记录完全失重判定条件、太空与自由下落典型现象，理解失重测量工具失效原理。  结合航天案例体会动力学知识工程应用，独立完成随堂定量计算题。 课堂梳理 + 分层课后任务  师生共同梳理本节课完整知识脉络：实重与视重概念→电梯四类运动推导→加速度判定规则→蹲起 F-t 图像分段分析→完全失重现象，板书核心口诀 “上超下失”。  分层布置课后学习任务： 基础任务：完成教材电梯视重计算题，规范书写受力分析、坐标系、公式； 拓展实践：回家站体重计缓慢下蹲、起立，观察示数变化，结合本节课知识点书面解释现象。  跟随教师完善课堂笔记，重点标记 “加速度为唯一判断标准” 核心易错点。  记录分层作业要求，规划居家称重观察实践流程。 九、板书设计 十、课程思政 本节课以我国天宫二号载人航天太空实验、运载火箭发射为真实工程载体，让学生直观认识超重、失重动力学规律是载人航天装备设计的核心理论，增强航天科技民族自豪感；力传感器定量图像实验引导学生摒弃主观生活直觉，坚持以客观实验数据、物理公式作为推理依据，培养严谨求真的科学品格；结合电梯、家用体重计等民生设施，让学生体会基础物理知识融入日常生活，树立学以致用、以科学技术服务国家发展与百姓生活的责任意识。 十一、教学反思和修改 1. 教学反思： 本节课以电梯、人体蹲起、太空三层梯度模型展开教学，结合受力示意图、F-t 图像突破超重失重判定难点，多数学生掌握加速度核心判断标准，但下蹲起立多阶段图像小组讨论时间不足，部分学生无法自主区分两段加速度方向；完全失重定量计算训练偏少；课堂缺少速度、加速度辨析专项习题，仍有学生混淆二者判断逻辑。 2. 修改措施： 重新分配 45 分钟课时，增加 4 分钟小组图像分段讨论时长；补充完全失重当堂计算题训练；增设速度、加速度对比辨析判断题，课堂统一订正；课后布置居家体重观察实践作业，强化理论联系生活现象的能力。 学科网（北京）股份有限公司 $