4.6 失重和超重 教学设计-2026-2027学年高一上学期物理粤教版必修第一册

该高中物理教学设计聚焦“失重和超重”核心知识点，通过体重计实验实景图导入，引导学生观察下蹲、起立示数变化，承接牛顿第二定律竖直应用，为电梯、航天等场景受力分析搭建学习支架。 此资料以核心素养为导向，物理观念上明确加速度方向为判定唯一标准，科学思维通过分段运动分析与数字化力传感器图像培养推理能力，科学探究完整经历“现象感知→运动分析→图像验证→定量推导”流程。采用直观实验、小组讨论等方法，助力学生纠正前概念，提升分析能力，为教师提供结构化教学资源，高效落实教学目标。

教学设计 课程名称 失重和超重 选用教材 高中物理粤教版必修一 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 本节是牛顿第二定律竖直方向典型应用课，承接动力学综合解题方法，依托体重计实验实景图、下蹲站起分段运动分析示意图、力传感器数字化实验图、弹簧测力计重物受力示意图四张教材配图，分为四大板块。第一板块通过学生站体重计下蹲、起立直观实验，观察示数先变小、先变大的现象，明确示数反映支持力大小，质量、重力恒定，变化的是弹力；第二板块把下蹲、起立拆分为两段匀变速过程，对比加速度方向，归纳核心判定依据：加速度向上超重，加速度向下失重，与速度方向无关；第三板块借助力传感器数字化实验，图像直观呈现拉力随加速度同步变化，强化超重、失重由加速度决定；第四板块以弹簧悬挂重物为模型，结合牛顿第二定律列式定量推导失重、超重公式，利用牛顿第三定律解释体重计示数变化本质。本节课纠正 “速度向下就失重、向上就超重” 的生活直觉误区，建立加速度方向作为唯一判断标准，完成竖直方向动力学定量计算拓展，为电梯、航天等场景受力分析提供理论支撑。 二、学情分析 1. 知识储备 学生熟练掌握牛顿第二定律F合​=ma、受力示意图、二力平衡、作用力与反作用力；生活中坐电梯、下蹲能感受到体重变化，但仅凭直观速度方向判断超重失重；能对竖直物体受力分解，但不会结合运动分段分析加速度方向；缺少超重、失重定量公式推导经验。 2. 能力现状 学生具备体重计实景图、下蹲站起分段分析图、力传感器图像、弹簧测力计受力图四张配图读图能力，但拆分下蹲、起立两段运动判断加速度方向的过程分析能力薄弱；结合牛顿第二定律、第三定律联立推导支持力表达式的数理演算能力不足；电梯、航天等生活工程场景辨析超重失重的逻辑分析能力偏弱。 3. 思维认知痛点 学生存在顽固生活化前概念误区：向下运动一定失重，向上运动一定超重；物体重力会随超重、失重变大变小；只有速度变化很大时才会出现超重失重；匀速上下运动也存在超重失重；分不清支持力、重力，误将示数当作重力。 三、教学目标 1. 物理观念 建立超重失重完整动力学观念：超重、失重本质是竖直方向加速度带来弹力变化，物体自身重力始终不变；判定唯一标准：加速度向上→超重，加速度向下→失重，与速度方向无关；超重时支持力T>mg，失重时T<mg；完全失重时T=0；下蹲：加速向下失重、减速向下超重；起立：加速向上超重、减速向上失重。 2. 科学思维 依托体重计实景图建立生活直观实验感知思维；借助下蹲起立分段示意图建立运动拆分、加速度方向辨析思维；利用力传感器图像建立数字化实验数据验证思维；结合弹簧测力计受力图建立牛顿定律联立数理推导思维，四类思维同步开展训练。 3. 科学探究 读懂体重计实验实景图，描述下蹲、起立过程示数变化；观察下蹲、起立分段运动示意图，拆分两段运动，判断每一段加速度方向，归纳超重失重判定规律；读取力传感器拉力图像，验证弹力随加速度同步改变；以弹簧悬挂重物为模型，选取正方向，结合牛顿第二定律推导超重、失重定量表达式；完整经历 “生活实验现象感知→分段运动分析加速度→数字化图像验证→牛顿定律定量推导” 完整探究流程。 4. 科学态度与责任 电梯升降、载人航天飞船发射与返回全程存在超重失重，本节课规律是电梯、载人航天工程人体载荷设计核心依据；体重计直观实验证明生活直觉容易产生错误判断，必须依靠加速度客观分析，培养不盲从直观感受、依靠运动分段推理的科学批判思维；数字化力传感器精准捕捉瞬时拉力变化，体现物理实验依靠精密器材提升测量精度、客观记录瞬时物理量的严谨科研追求；超重失重定量公式依托牛顿第二、第三定律联立推导，体现物理规律前后连贯、体系统一的内在逻辑。 四、教学重难点 重点 超重、失重判定标准：加速度向上超重，加速度向下失重，与速度无关 下蹲、起立两段运动分段分析，结合牛顿第二定律推导支持力表达式 难点 拆分下蹲、起立运动，准确区分两段过程加速度方向，破除速度方向判断误区 结合牛顿第二、第三定律联立解释体重计示数（支持力）变化的定量原理 五、教学方法 直观实验情境导入法：体重计实景图现场模拟下蹲起立实验； 分段运动拆解讲授法：下蹲起立示意图拆分两段匀变速运动； 数字化图像验证法：力传感器拉力图像直观展示弹力动态变化； 数理推导探究法：弹簧测力计模型联立牛顿定律推导公式； 小组思辨讨论法：分组辨析速度、加速度对超重失重的影响易错点。 六、教学资源 粤教版高中物理必修第一册课本；学生体重计实验实景图、下蹲站起分段运动分析示意图、力传感器数字化拉力图像、弹簧测力计悬挂重物受力示意图四张教材配图；超重失重概念填空任务单；电梯、航天场景辨析练习题；载人航天、高层电梯工程科普拓展资料。 七、教学设计 教学环节 教师活动 学生活动 环节一 牛顿第二定律、竖直受力旧知回顾，体重计实验实景图导入新课（7 分钟） · 带领学生回顾：竖直静止物体支持力等于重力，物体匀变速运动时合力由加速度决定；生活中站体重计下蹲、起立，表盘示数会发生变化，本节课探究示数变化的本质，学习超重、失重规律。 · 展示学生体重计实验实景图 · 抛出观察思考问题：人静止、快速下蹲、快速站起时体重计示数分别如何变化？示数代表重力还是人对秤的压力？ · 组织两分钟同桌交流，巡回收集学生误区，绝大多数学生认为向下运动一定失重、向上运动一定超重，误以为重力发生改变。 · 梳理认知局限：人的质量、重力恒定不变，体重计示数是人对秤的压力，等于秤对人的支持力；下蹲、起立分为两段匀变速运动，两段加速度方向相反，因此示数先变小后变大 / 先变大后变小，超重失重由加速度方向决定，与速度无关。 · 回顾竖直方向受力、牛顿第二定律旧知识，记录本节课四大板块：体重计直观实验、下蹲起立分段运动分析、力传感器数字化图像、弹簧模型定量推导超重失重公式。 · 观看体重计实景图，同桌互相模拟下蹲、起立动作，描述示数变化现象，标记疑问：为什么同样向下运动，过程前后示数不一样。 · 跟随教师预判加速度方向是判断超重失重的核心依据。 环节二 下蹲、起立分段运动示意图拆解，归纳超重失重判定标准（13 分钟）  展示下蹲、起立分段运动分析示意图 分步拆分两段运动： ① 下蹲：加速向下（a向下，失重，示数变小）、减速向下（a向上，超重，示数变大）； ② 起立：加速向上（a向上，超重，示数变大）、减速向上（a向下，失重，示数变小）。  抛出四人小组三分钟讨论任务：分组说出两段运动速度、加速度方向，完整归纳超重、失重唯一判定标准，对比速度方向是否影响结果，小组整合结论推选代表发言。  汇总小组发言结论：超重失重只看加速度方向，与运动速度方向无关；加速度向上超重，加速度向下失重；过渡铺垫，力传感器数字化实验直观验证拉力随加速度同步变化。 · 观看下蹲起立分段示意图，同桌逐条抄写两段运动对应的超重、失重状态，纠正 “速度向下即失重” 的直观误区。 · 四人小组正反对比速度、加速度方向，牢牢记住加速度为唯一判断依据。 环节三 力传感器数字化图像、弹簧测力计受力图，完成图像验证与定量推导（12 分钟）  展示力传感器数字化拉力图像 讲解：手持传感器上下快速运动，图像波峰对应超重、波谷对应失重，拉力随加速度瞬时同步变化，验证分段实验结论。  展示弹簧测力计悬挂重物受力示意图，分步数理推导： ① 失重（a向下，取向下为正）：mg−T=ma，T=mg−ma，T<mg； ② 超重（a向上，取向上为正）：T−mg=ma，T=mg+ma，T>mg； 结合牛顿第三定律，重物对测力计拉力等于T，对应体重计示数。  抛出简短同桌思辨讨论：完全失重时拉力T等于多少？此时弹簧测力计、体重计示数为多少？  整合讨论结论：完全失重a=g向下，T=0，弹力完全消失；完整梳理本节课三层探究主线：体重计直观现象→分段运动分析加速度判定标准→数字化图像验证 + 牛顿定律定量推导。 · 分别观看力传感器图像、弹簧测力计受力图，完整抄写超重、失重判定标准与定量表达式。 · 同桌互相演算失重、超重公式，理解重力始终不变，变化的是弹力。 环节四 分层习题巩固 + 课堂整体复盘（10 分钟） · 出示四道分层课堂思考题： · 下蹲过程示数先减小后增大，两段运动加速度方向、对应状态分别是什么？ · 判断超重、失重的唯一依据是什么，与速度有无关系？ · 加速度向上、向下分别对应什么现象，支持力与重力大小关系如何？ · 完全失重的条件是什么，此时弹力大小为多少？ · 带领学生复盘本节课四张配图核心：体重计实景图感知示数变化现象；下蹲起立分段示意图掌握加速度判定标准；力传感器图像数字化验证规律；弹簧测力计受力图完成牛顿定律定量推导，串联生活实验、分段分析、图像验证、数理推导完整探究逻辑。 · 逐条板书梳理本节课典型认知误区：向下运动一定失重、重力随超重失重改变、匀速运动存在超重失重、速度决定超重失重，逐条回顾纠正。 · 布置分层课后作业：基础作业抄写超重失重判定标准、两段运动状态；提升作业独立完成四道分层思考题；拓展作业查阅载人航天飞船升降、高层电梯超重失重科普资料。 · 独立动笔完成四道分层思考题，完整书写每道题分析依据，对照四张配图笔记自查错题，标记分段加速度、公式推导模糊知识点。 · 跟随教师复盘四张配图完整探究主线，理清直观现象、运动分析、定量推导四层知识关联。 · 在课本记录四类认知误区，标注对应纠正知识点，规避超重失重判断答题错误。 · 完整记录三层课后作业，区分概念识记、简答、航天电梯科普拓展三类任务。 环节五 课堂收尾 · 回扣开篇体重计实验实景图总结：本节课通过体重计下蹲起立直观实验，拆分两段匀变速运动得出加速度方向是超重失重唯一判定标准，借助力传感器图像验证弹力瞬时变化，结合弹簧悬挂模型联立牛顿第二、第三定律完成定量推导，明确重力恒定、仅竖直弹力随加速度改变。下一节综合全章动力学内容开展完整大题训练。 · 完整回顾本节课全部核心内容：体重计实验现象、下蹲起立分段加速度分析、超重失重判定标准、超重失重定量公式，记住四张教材配图完整探究主线，完善牛顿第二定律竖直应用知识框架。 八、板书设计 九、课程思政 本节课依托体重计实验实景图、下蹲站起分段运动分析示意图、力传感器数字化拉力图像、弹簧测力计悬挂重物受力示意图四组素材，沿着生活直观实验、分段运动推理、数字化仪器验证、牛顿定律定量推导完整脉络落实育人目标。载人航天飞船发射上升阶段超重、返回降落阶段失重，超重失重规律是航天员身体载荷、飞船结构安全设计的核心动力学依据，基础力学知识支撑我国载人航天工程自主研发；体重计直观实验容易产生 “速度决定超重失重” 的错误直觉，教会学生不能仅凭生活表象下结论，必须拆分运动、分析加速度客观推理，培养敢于质疑直观经验、依靠定量规律分析问题的科学批判精神；力传感器数字化设备可以毫秒级捕捉瞬时拉力变化，体现现代物理实验依靠电子传感技术提升测量精度、记录瞬时动态物理量的科研发展趋势；超重失重定量公式依托牛顿第二、第三定律联立推导，展示动力学知识体系前后贯通、逻辑统一的内在特点；我国空间站、载人飞船充分利用完全失重环境开展空间科学实验，超重失重理论助力太空前沿科学研究，激励学生扎实掌握基础动力学规律，将来投身航天、高端建筑电梯等国家重点工程领域。 十、教学反思和修改 1. 教学反思 本节课体重计实景、分段运动、传感器图像、弹簧受力四类配图直观易懂，小组分段运动辨析讨论课堂参与度较高，但学生存在四类顽固生活化前概念误区，知识理解存在明显薄弱点：绝大多数学生认为向下运动一定失重、向上运动一定超重；误以为超重失重会改变物体自身重力；认为匀速升降存在超重失重；分不清两段下蹲、起立过程加速度方向；同时部分学生联立牛顿第二、第三定律推导支持力表达式的数理演算能力偏弱。 2. 修改措施 课前印发预习填空单，标注四大核心易错点：判定只看加速度与速度无关；重力始终不变；匀速无超重失重；下蹲起立分两段相反加速度；课堂四轮抢答快速纠正直观经验误区；延长四人小组四张配图分段辨析推导讨论时长，帮扶加速度方向判断、公式演算薄弱学生，整理下蹲、起立两段运动对比清单；课后配套分层作业夯实概念、简答、航天电梯科普拓展；下一节课课前两分钟快速复盘超重失重判定标准与公式，衔接动力学综合大题训练新课，完善动力学综合应用完整知识体系。 学科网（北京）股份有限公司 $