3.1 重力与重心 教学设计-2026-2027学年高一上学期物理鲁科版必修第一册

该高中物理教学设计聚焦“重力与重心”核心知识，承接初中重力基础与前章矢量知识，通过弹簧受力对比示意图导入力的三要素，构建“力的描述→重力规律→重心应用”逻辑链，为相互作用整章学习提供基础支架。 特色在于融合物理观念与科学思维，通过分步推导G=mg关联自由落体知识，用等效实例探究法分析汲水瓶稳度，结合甲骨文“力”字与墨子典籍渗透文化自信。助力学生提升规范作图与现象分析能力，为教师提供分层教学资源与清晰逻辑框架。

教学设计 课程名称 重力与重心 选用教材 高中物理鲁科版必修一 教学章节 第三章第一节 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 本节是相互作用整章开篇基础课时，承接初中重力基础、前一章矢量知识，整体按照力的通用描述→重力概念、测量、计算公式、方向→重心定义、分布规律、稳度应用三层逻辑编排。开篇复习力的相互作用、矢量属性，讲解力的三要素、力的图示与力的示意图两种规范作图方法，穿插我国甲骨文、墨子古籍对 “力” 的古代认知；核心板块讲解重力：由地球吸引产生，物重用弹簧测力计静止测量，分步推导重力质量关系式G=mg，说明g与自由落体加速度等价、重力方向竖直向下；最后引入重心等效作用点概念，区分均匀规则物体、不均匀物体重心位置，结合向上滚圆锥、古代汲水瓶、走钢丝实例说明重心高低对物体稳定程度的影响，拓展四种基本相互作用点明重力本质是引力相互作用。教材选用力的图示示意图、重力测量弹簧秤示意图、古代汲水瓶示意图三张配图，完成力的矢量规范表达、重力定量规律、重心实际应用三层教学任务，本节重力公式、重心判断是后续弹力、摩擦力、受力分析综合题的基础工具。 二、学情分析 1. 知识根基 学生初中已经初步认识重力，知道重力与质量有关、重力方向向下；前一章完整学习矢量概念、自由落体加速度g；掌握基础作图、比值运算；能使用弹簧测力计测拉力，但未系统建立力的三要素完整体系，不会区分严格力的图示与简易示意图；不清楚g既是重力比例系数又是自由落体加速度，不会分步推导G=mg；不理解重心是等效作用点，误以为重心一定在物体实体内部，无法结合重心解释稳度变化现象；不了解我国古代对力、重力相关的物理记载。 2. 能力概况 高一学生具备弹簧测力计实物示意图、力的作图图像读图能力，可跟随教师完成比值公式代入演算；拥有简单几何中心判断、作图绘图基础能力；但矢量规范作图能力薄弱，画力的图示时容易漏标标度、作用点、箭头；定量公式推导能力不足，无法结合重力、自由落体两套规律自主梳理G=mg内在联系；等效替代思维欠缺，难以理解重心等效替代全部重力作用效果；生活现象物理建模能力弱，不能用重心高低解释汲水瓶、圆锥上滚、走钢丝现象。 3. 认知误区 学生存在多处典型认知误区：一是混淆竖直向下与垂直向下，认为重力方向垂直接触面；二是把力的示意图、力的图示混为一谈，作图时随意缩放线段长度；三是认为g是固定不变常数，遗忘之前学过纬度会改变g大小；四是认为重心必须落在物体实体上，空心圆环、弯折框架无重心；五是物体越重稳度一定越高，忽略重心高度才是稳定核心因素；六是不清楚重力本质属于四种基本相互作用中的引力相互作用。 三、教学目标 1. 物理观念 建立相互作用基础完整观念：力是物体间相互作用，具备大小、方向、作用点三要素，可用图示、示意图两种方式规范表达；明确重力由地球引力产生，掌握G=mg定量关系，重力方向严格竖直向下；重心是重力等效集中作用点，均匀规则物体重心在几何中心，重心高低决定物体稳定程度；知晓重力本质是引力相互作用，属于自然界四种基本相互作用之一。 2. 科学思维 依托弹簧拉伸对比示意图建立矢量效果对比思维，结合矢量定义区分力的图示、示意图作图规范；结合重力测量、自由落体运动两套知识分步推导G=mg关系式，建立物理量跨章节关联推导思维；借助盘子顶起、汲水瓶实例建立等效替代思维，把分散重力等效集中于重心一点；打通 “力的矢量三要素与作图规范→重力定量公式分步推导→重心等效概念与稳度规律” 完整逻辑链条。 3. 科学探究 观察大小相同方向不同的弹簧受力示意图，分组对比拉力、压力两种力的作用效果，归纳力的三要素；结合弹簧测力计测重力示意图，读取静止时拉力示数等于重力，分步推导G=mg关系式；观察古代汲水瓶示意图，分组分析装水量变化带来的重心移动、稳度改变，自主归纳降低重心提升稳定的规律；完整走完 “力的三要素对比探究→重力定量公式分步推导→重心与物体稳度关联探究” 完整探究流程，提升实验图像数值提取、定量公式关联推演、等效替代现象分析的综合探究能力。 4. 科学态度与责任 体会矢量作图、等效替代、定量比值是力学相互作用研究的基础科学方法，养成规范作图、精准区分物理概念、结合生活实例验证物理规律的严谨实验习惯；通过甲骨文、墨子古籍、古代汲水瓶感受我国古代劳动人民、思想家早期物理探索智慧，了解重心、重力规律在建筑、交通、杂技、工业装载领域的广泛应用价值。 四、教学重难点 重点 1. 力的三要素，严格区分力的图示、力的示意图作图规范； 2. 重力定义、弹簧测力计静止测量方法，分步推导重力公式G=mg，g=9.8 N/kg； 3. 重力方向竖直向下，区分竖直、垂直； 4. 重心等效作用点，均匀规则物体重心位置，重心高低影响物体稳定程度。 难点 1. 规范绘制带标度的力的图示，区分示意图简化要求； 2. 结合自由落体加速度知识，完整推导、理解G=mg内在物理含义； 3. 等效替代思想理解重心概念，解释空心、弯折物体重心不在物体上； 4. 运用重心变化规律分析汲水瓶、圆锥上滚、走钢丝等生活现象。 五、教学方法  对比图示讲授法：弹簧拉伸对比图区分力方向带来的效果差异，讲解三要素；  分步关联推导演算法：结合质量、重力、自由落体知识分步推导G=mg；  作图实操教学法：课堂动手练习力的图示、示意图规范绘图；  等效实例探究法：顶盘子、汲水瓶、圆锥实验探究重心与稳度；  小组讨论思辨法：分组作图、推导重力公式、辨析重心相关生活现象；  传统文化拓展法：甲骨文、墨子古籍拓展古人对力的认知，渗透文化自信。 六、教学资源 大小相同方向不同的力作用弹簧示意图、力的图示示意图、重力测量弹簧秤示意图、古代汲水瓶示意图；配套素材：力的图示作图练习纸、重力公式代入计算题、均匀物体重心判断填空、汲水瓶重心变化分析习题。 七、教学设计 教学环节 教师活动 学生活动 环节一 力的通用描述：三要素、力的图示与示意图（11 分钟）  导入复习：前面章节我们研究物体运动，改变运动状态、形变的根源是力，本节课先梳理力的通用描述规则，再专门研究地球吸引产生的重力，最后学习重心等效作用点。初中已经知道力是物体间相互作用，力同时产生、成对出现，本节课从矢量角度细化力的完整描述方法。  出示大小相同、方向不同的力作用弹簧示意图 分层讲解力的三要素：大小、方向、作用点；相同大小的力，向上拉弹簧伸长、向下压弹簧缩短，作用效果完全不同，证明方向影响力的效果；作用点、大小改变同样会改变形变或运动效果，三者合称力的三要素。力单位牛顿，符号 N，力属于矢量，必须同时标注大小、方向。  分层讲解两种力的作图规范：第一种为力的图示，严格要求：选定统一标度、线段长度按标度对应力的大小、线段带箭头代表方向、箭尾 / 箭头标注作用点，完整反映三要素；第二种为力的示意图，仅画出带箭头线段表达受力方向，线段长度无严格定量要求，只做简易受力分析。出示力的图示示意图 示范 3N 竖直向上托举书本的完整图示绘图步骤，强调标度不可省略。补充科学书屋内容：甲骨文 “力” 字形态源自耒耜农具，墨子最早提出力使物体形变的定义，展现我国古代物理认知。  出示作图辨析问答题，题目具体如下：画出水平向右大小为 20N 拉动木块的力，分别作出完整力的图示、简易力的示意图，说明二者核心区别。带领学生分层结合作图规范作答。  观看大小相同方向不同的力作用弹簧示意图，小组对比拉伸、压缩两种形变效果，归纳力的大小、方向、作用点三要素，记录矢量作图两类方法区分要点。  观看力的图示示意图，小组跟随教师分步练习作图，自主区分图示必须带标度、示意图无定量长度要求两套规范，记录墨子、甲骨文关于力的古代记载。  独立完成作图辨析问答题，分层书写力的图示需要先设定标度，线段长度严格对应 20N，标注作用点、箭头；力的示意图仅画出向右带箭头线段，不强制匹配标度，只体现受力方向两层完整作答逻辑，条理完整作答。  同桌互相给出拉力数值，分别完成图示、示意图两种绘图，互相检查标度、箭头、作用点是否缺失。 环节二 重力概念、测量、分步推导重力公式、重力方向（13 分钟）  过渡引入：落叶、足球、石块最终下落，根源是地球对物体的吸引作用，这个力叫作重力，我们学习重力的测量、定量计算关系、特殊方向。  出示重力测量弹簧秤示意图 分层讲解重力测量方法：物体静止悬挂于弹簧测力计下，受力平衡，弹簧测力计拉力大小等于物体重力，生活电子秤同样可测量物重。  分步完整推导重力与质量关系式G=mg： 步骤 1：自由落体章节已知自由落体加速度g，物体仅受重力时G=m∗a； 步骤 2：自由落体恒定加速度a=g，代入得到重力公式： (G=m∗g) 步骤 3：公式物理说明：G为物体重力，m为质量，比例系数g=9.8 N/kg，粗略计算可取10 N/kg；g本质就是自由落体加速度，数值随纬度升高而增大。  分层讲解重力方向：始终竖直向下；区分易错概念：竖直向下不等于垂直接触面，垂直会随斜面倾斜角度变化，竖直永远指向地心方向；应用：铅垂线检测墙面、台面是否水平竖直。  出示重力公式计算题，题目具体如下：物体质量 5kg，取g=9.8 N/kg，分步计算物体所受重力大小，并说明g的物理双重含义。带领学生分层代入公式分步计算作答。  观看重力测量弹簧秤示意图，小组复述静止测量的受力平衡原理，记录弹簧测力计、电子秤两种测量工具使用条件。  小组完整复刻教师分步推导重力公式全过程，结合自由落体运动知识关联g的双重物理意义，自行代入质量数值演算重力大小。  独立完成重力公式计算题，分层书写代入公式G=5∗9.8=49 N；g既是重力与质量的比例系数，也是自由落体运动的恒定加速度两层完整逻辑，条理清晰作答。  同桌互换物体质量，代入公式计算重力，口头区分竖直向下、垂直向下两种方向表述差异。 环节三 重心等效概念、重心与物体稳定程度（12 分钟）  过渡引入：物体每一小块都受重力，实际分析时等效把全部重力集中在一个点，这个等效点叫作重心，重心位置直接决定物体稳度高低。  分层讲解重心基础规律：所有物体仅有一个重心；质量均匀、形状规则物体，重心在几何中心，如实心球、方形薄板；质量分布不均匀、形状不规则物体，重心由形状 + 质量分布共同决定；空心圆环、弯折支架等物体重心可以落在物体外部，不一定在实体材料上。  出示古代汲水瓶示意图 加粗，分层分析重心与稳定的关系：空瓶重心偏高易倾倒；装入适量水，整体重心下降，瓶子直立稳定；注水过满重心再次升高，瓶身倾倒自动排水；归纳通用规律：降低重心、增大支撑面，能显著提升物体稳定程度。拓展实例：高楼下宽上窄、货车重物下放、走钢丝配重、圆锥向上滚动实验，均依靠改变重心调节稳度。补充拓展四种基本相互作用：重力本质属于引力相互作用。  出示重心现象问答题，题目具体如下：货车装载货物时，为什么重的货物放在车厢底部、轻货物放在上层？结合重心规律说明原理；空心均匀圆环重心在哪里，是否在圆环实体上？带领学生分层结合等效重心逻辑作答。  观看古代汲水瓶示意图，小组分三段分析空瓶、适量水、满水三种状态重心高度、稳定程度变化，自主归纳重心越低物体越稳定的规律。  独立完成重心现象问答题，分层书写重物放底层能够降低货车整体重心，提升行驶稳定；均匀空心圆环重心在圆心位置，圆心无材料，重心不在圆环实体上两层完整解释，条理清晰作答。  小组列举生活稳度实例：高脚杯、不倒翁、登山背包，互相说明重心调节方法。  同桌互相判断球体、圆环、三角板、不规则橡皮泥的重心大致位置，区分重心在物体内外两种情况。 环节四 课堂完整梳理、分层课后作业（6 分钟）  系统梳理本节课完整知识脉络：依托弹簧受力对比示意图建立力的三要素体系，区分力的图示、示意图两类矢量作图规范，拓展我国古代对力的早期认知；依托弹簧测力计测重力示意图，结合自由落体规律分步完整推导重力定量公式G=mg，明确重力竖直向下的特殊方向；依托古代汲水瓶示意图建立重心等效概念，归纳重心位置规律、重心高低决定物体稳定程度，拓展重力本质是引力相互作用，完整搭建 “力的矢量描述与作图规范→重力定量规律、测量、方向→重心等效概念与稳度应用” 统一相互作用开篇知识体系。  分层布置课后作业 基础作业：完整梳理力的三要素、力的图示与示意图区别；复述本节四张配套图像对应的核心知识点；完整默写重力公式G=mg并说明g双重含义；梳理重心基本规律与稳度关系；完成两道重力、重心定性辨析问答题。 提升作业：给出物体质量，分步代入重力公式计算物重；规范绘制指定拉力的力的图示与示意图；分析汲水瓶、走钢丝实例的重心变化逻辑，说明稳度改变原因。 拓展实践：查阅我国古代汲水瓶、墨子力学观点相关资料，整理文字说明古人对力、重心、重力相关现象的观察与思考，感受古代物理智慧。  指导学生整理力的作图规范对比表格、重力公式分步推导草稿、重心稳度实例笔记，有序收纳配套弹簧、弹簧秤、汲水瓶示意图笔记，养成矢量作图严格规范、定量公式跨章节关联推导、等效替代分析生活力学现象的相互作用学习习惯。  跟随教师梳理完整课堂知识框架，标记力的图示作图规范、重力公式分步推导、重心等效与稳度三大重难点，查漏补缺完善自身笔记，形成 “力有大小方向作用点，图示带标度示意图简化；重力由地球吸引产生，G=mg，方向竖直向下；重心是等效重力作用点，重心越低物体越稳定” 的完整重力与重心认知模型。  主动参与课堂整体回顾，依次复述重力公式完整推导步骤、两类力作图核心差异、重心影响物体稳定的规律，同桌互相抽查g双重物理含义、竖直向下方向易错区分点。  逐条记录分层课后作业要求，结合自身作图规范、公式代入演算、重心现象分析薄弱点规划作业完成顺序，基础作业巩固力、重力、重心基础概念记忆；提升作业绘图、定量计算、生活现象力学建模；拓展实践结合古代汲水瓶、墨子典籍实例，感受我国古代力学探索成就。  整理课堂对比表格、公式推导草稿、实例笔记，针对力的图示标度规范、重心等效逻辑、竖直向下方向区分存在疑问的内容，课后主动向教师、小组同学交流请教。 八、板书设计 九、课程思政 本节课依托弹簧形变对比示意图直观展示力的方向对作用效果的影响，分层规范讲解力的图示、示意图矢量作图严谨标准，结合自由落体运动跨章节知识分步定量推导重力与质量关系式G=mg，借助古代汲水瓶实物示意图分析重心高度调控物体稳定的巧妙设计，同时引入甲骨文 “力” 字形演变、墨子古籍中力的定义记载完整教学流程，学生在矢量作图规范训练、跨章节物理公式关联推导、古代器物力学原理分析过程中养成严谨规范绘制物理矢量图像、融会贯通前后章节运动与相互作用规律、挖掘生活器物内在物理原理的求实求真科研素养；小组合作练习力的两类作图、分步推导重力定量公式、分析汲水瓶重心变化规律时分工矢量绘图、代数公式推演、古代器具力学解读交流展示，锻炼协同完成力学基础定量探究、规范描述相互作用规律的团队协作意识；认识重力、重心整套基础理论是高层建筑设计、道路货运安全、杂技表演、精密仪器制造工程的底层物理基础，了解我国古代汲水瓶、墨家力学记载体现出的早期物理探索智慧，树立运用基础相互作用规律提升工程安全、传承中华古代科学文明的家国责任，养成主动用力的三要素、重力公式、重心规律分析身边弹簧、重物、传统器物、杂技运动、关注基础力学对民生工程发展支撑作用的科学探究习惯。 十、教学反思和修改 1 教学反思 本节课严格按照教材逻辑导入力的基础描述、三张教材配图分层识图教学、跨章节知识分步推导重力公式、重心稳度实例分析完整教学流程，依托大小相同方向不同的力作用弹簧示意图、力的图示示意图、重力测量弹簧秤示意图、古代汲水瓶示意图四张配图开展矢量作图规范教学、重力定量公式推演、重心等效现象解读教学，大部分学生能够完整书写重力公式G=mg，区分力的图示与示意图，但课堂存在明显短板：一是学生作图规范性薄弱，绘制力的图示时常省略标度、线段长度随意缩放，混淆图示与示意图要求；二是自主关联推导能力不足，不能结合自由落体加速度知识完整说明g的双重物理意义，公式代入计算单位容易遗漏；三是方向概念混淆，频繁把重力竖直向下表述为垂直向下，无法结合斜面实例区分二者差异；四是等效替代思维不足，难以理解空心圆环、弯折框架重心不在物体实体上；五是分析汲水瓶、货车装载等生活稳度现象时，不能准确提炼 “重心高度” 核心影响因素；六是遗忘重力本质属于引力相互作用，混淆四种基本相互作用分类。 2 修改措施 课前发放预习学案，提前复习矢量定义、自由落体g、比值运算知识点，预留简单线段作图、质量重力换算填空练习，压缩课堂绘图、代数基础铺垫讲解时长；增加力的图示完整分步板书，示范标度设定、线段绘制、箭头与作用点标注全套流程，增设两类作图辨析专项训练；延长重力公式跨章节推导板书讲解时长，分层展示G=ma代入a=g两步核心推导操作，增设g双重含义文字描述填空；增加竖直向下、垂直向下斜面对比板书，直观展示两种方向区别，设置方向辨析问答题；制作均匀 / 不均匀物体重心分层对比板书，列举圆环、三角架实例说明重心可在物体外部，增设重心位置判断习题；制作汲水瓶空瓶、半水、满水重心高度变化对比板书，提炼重心越低稳度越高核心结论，增设生活稳度现象分析练习；课后布置力的图示绘图、重力公式代入计算、重心现象定性分析专项习题，强化矢量作图规范、跨章节公式自主推演、等效重心逻辑完整表述能力，增设高层建筑、货运安全民生拓展小题，巩固重力重心规律在工程领域的应用认知，增加结合弹簧测力计测量数据自主分步计算物体重力、绘制拉力完整力的图示的简答题，强化实物测量场景到重力矢量公式、规范作图自主关联的综合逻辑思维。 学科网（北京）股份有限公司 $