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

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。

  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。