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，通过播放学生课前拍摄的电梯内体重计示数变化视频导入，衔接牛顿运动定律，以“视重”概念为支架，帮助学生从生活经验向物理观念跨越。 资料亮点在于融合科学探究与科学思维，如学生分组进行弹簧测力计加速运动实验、分析力传感器F-t图像，通过“现象-建模-牛二律推理”揭示本质，结合火箭发射、天宫水球实验渗透科学态度，助力学生突破迷思，也为教师提供完整教学流程与实例支持。

教案教学设计 教学内容 普通高中教科书·物理必修第一册第四章第6节 超重和失重 学情分析 学生已学完牛顿第一、第二、第三定律及牛顿运动定律的应用，具备受力分析、正交分解和运用牛顿第二定律求解两类动力学问题的基本能力，也掌握了自由落体、匀变速直线运动规律。 在生活中，学生乘坐电梯、体重计称重等体验丰富，但常把“超重”误解为“重力变大”、“失重”误解为“重力变小”，存在生活语言与物理概念混淆的障碍。同时，学生虽能列出牛顿第二定律方程，但在面对“视重”变化、加速度方向判定与多过程运动情境时，容易忽略牛顿第三定律的转换、误判加速度方向。 因此教学需强化体验、暴露迷思、引导建模，帮助学生从“现象描述”上升到“本质分析”，实现从生活经验向物理观念的跨越。 教材分析 本节是第四章“运动和力的关系”的最后一节，是全章牛顿运动定律的综合应用与升华。 教材以“人站在体重计上下蹲时示数变化”这一真实问题引入，先明确测量重力的两种方法（利用牛顿第二定律G=mg；利用力的平衡条件使物体静止读数），为理解“视重”搭建台阶；进而通过体重计示数（视重）与实重的对比，界定了超重（压力或拉力大于重力，加速度竖直向上）和失重（压力或拉力小于重力，加速度竖直向下）现象，并延伸到完全失重（a=g，示数为0）；再通过“思考与讨论”（力传感器下蹲、站起F-t图像）、“做一做”（电梯中体重计观察）和例题（60 kg、0.25 m/s²电梯加速上升求压力），强化牛顿第二定律与第三定律的综合运用；最后联系火箭发射、航天器完全失重（图4.6-7水球实验）等实际应用。 教材编写注重体验、发现与方法迁移，对应课标1.2.3“通过实验，认识超重和失重现象”的要求，是培养学生“运动与相互作用”观念和解决实际问题能力的重要载体。 教学目标 物理观念 通过超重和失重的学习，理解视重与实重的区别，认识到超重、失重只是物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）发生变化，而物体所受重力并未改变；归纳得出本节内容是应用牛顿运动定律解决生活实际问题，逐步形成并提升“运动与相互作用”的物理观念。 科学思维 引导学生从电梯、体重计等真实情境中捕捉信息、发现问题、提出问题，通过建立竖直方向一维模型，运用牛顿第二定律列式（F-mg=ma 或 mg-F=ma）、科学推理与论证，分析超重与失重产生的动力学原因；能在F-t图像、多过程运动中辨析加速度方向，发展模型建构、科学推理与质疑创新的科学思维。 科学探究 通过课前小任务“在电梯中用体重计拍摄示数变化”、课内“弹簧测力计加速上升/下降”分组实验，以及“下蹲—站起”力传感器体验，让学生参与实验设计、器材安装、数据获取与现象记录，经历“观察现象—提出猜想—理论分析—实验验证”的探究过程，提升科学探究能力。 科学态度与责任 通过了解火箭发射时航天员承受数倍体重压力、航天器（天宫一号）中完全失重下水球呈球形等实例，认识超重和失重在航天、工程、生活中的应用与防护意义；鼓励学生用物理知识解释生活现象、敢于质疑并基于证据作出解释，激发学习热情，形成严谨求实的科学态度和社会责任感。 教学重点与难点 教学重点 1. 熟练掌握测量重力的两种方法，理解“视重”概念。 2. 掌握超重和失重现象的定义、产生条件，理解其本质（重力不变、视重变化，取决于加速度方向）。 3. 会用牛顿运动定律（结合牛顿第三定律）分析、计算超重和失重问题。 教学难点 1. 突破“超重即重力增加、失重即重力减少”的生活迷思，准确理解超重与失重的物理内涵（本质）。 2. 会利用牛顿运动定律结合牛顿第三定律，正确判定加速度方向并求解视重，处理电梯多过程、F-t图像及完全失重等实际情境问题。 教学过程 教学环节 教学环节/用时 教师活动 学生活动 核心素养 环节1 创设情境 激趣导入 导入新课（5分钟） 1. 播放课前布置的学生作品：电梯内体重计示数变化的实拍视频（从1楼到5楼再返回），定格示数变化的画面。 2. 提问：“人站在体重计上相对电梯’静止’，示数为什么会变？变大的时候人真的’变重’了吗？” 3. 引出课题：这些现象背后隐藏着牛顿运动定律的深刻应用——第6节 超重和失重。 1. 观看视频，回忆并描述现象：上升启动和下降制动时示数变大，上升制动和下降启动时示数变小。 2. 思考并猜想：示数变化可能与电梯的运动（加速、减速）有关。 3. 产生认知冲突，明确学习任务。 物理观念（感知现象、形成运动与相互作用的问题意识）；科学探究（从真实情境中捕捉信息、发现并提出问题） 环节2 回顾基础 建构“视重” 新课讲授一：重力的测量（8分钟） 1. 提问：“体重计测的就是重力吗？称体重有什么要求？”引导学生回顾测量重力的两种方法：①先测g再用天平测m，由G=mg求重力；②利用力的平衡条件——将物体悬挂或放在测力计上保持静止，此时测力计示数反映重力大小（教材最常用的方法）。 2. 组织分组实验：用弹簧测力计吊钩码，①静止读数；②向上加速运动观察示数；③向下加速运动观察示数。 3. 追问：“加速运动时示数还是重力吗？”引出视重概念：体重计（测力计）的示数称为视重，反映人对体重计的压力大小（或对悬挂物的拉力）。强调：此时物体并非平衡态，示数不再等于重力。 1. 结合受力分析回答：静止时FN=mg，据牛顿第三定律人对秤压力FN’=FN，故G=FN’，所以称重必须“静止”。 2. 分组实验并记录：静止时示数=重力；向上加速时示数变大；向下加速时示数变小。 3. 理解“视重”含义，建立“示数反映压力、不一定等于重力”的新认识。 物理观念（重力测量方法、视重概念）；科学探究（动手实验、观察记录、获取真实数据）；科学思维（从平衡态拓展到非平衡态的分析） 环节3 理论探究 透析本质 新课讲授二：超重和失重（15分钟） 1. 以“人站在体重计上下蹲”为模型（图4.6-1至4.6-3），引导学生选取人为研究对象，受重力mg和支持力FN；经历加速向下、减速向下、静止三阶段。 2. 引导建模列式：设竖直向下为正方向， 加速向下时 mg-FN=ma → FN=m(g-a)<mg，据牛顿第三定律压力小于重力，即失重； 减速向下（加速度向上）时 mg-FN=-ma → FN=m(g+a)>mg，压力大于重力，即超重。 3. 提炼定义（教材原文）：物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）小于重力——失重；大于重力——超重。 4. 组织讨论突破迷思：“超重是重力变大了吗？”明确：位置相对地球未大变时重力不变，变的是压力/拉力（视重）。 5. 引导学生归纳填表：平衡（a=0，F=mg）、超重（a竖直向上，F=m(g+a)>mg，向上加速或向下减速）、失重（a竖直向下，F=m(g-a)<mg，向下加速或向上减速）。竖直向下为正方向 状态 a 的方向 A代数值 视重公式 视重与实重 定性结论 平衡 a = 0 a = 0 F = mg F = mg 视重 = 实重 超重 竖直向上 a > 0 F = m(g + a) F > mg 视重大于实重 失重 竖直向下 a < 0 F = m(g − |a|) F < mg 视重小于实重 完全失重 竖直向下，a = g a = −g F = m(g − g) = 0 F = 0 示数为零 6. 追问：“若向下加速度a=g呢？”引出完全失重：FN=0，示数为0（如自由落体、竖直上抛）。 1. 画受力图，标注重力mg、支持力FN及加速度a方向。 2. 独立列牛顿第二定律方程，推导FN=m(g-a)（失重）与FN=m(g+a)（超重）。 3. 参与讨论，纠正“超重=重力增加、失重=重力减少”的错误认识，明确重力本身并未改变。 4. 合作完成“特征状态表”，归纳出：超重与失重只与加速度方向有关，与速度方向无关。 5. 推导a=g时FN=0，理解完全失重条件与现象。 科学思维（模型建构、科学推理、科学论证、纠正迷思概念）；物理观念（超重/失重/完全失重概念、本质：视重变化而非重力变化）；科学态度（尊重事实、敢于质疑） 环节4 图像分析 变式应用 思考与讨论：下蹲与站起（7分钟） 1. 展示教材图4.6-4（下蹲过程力传感器F-t图线：先变小、后变大、再变小，最后不变）与图4.6-5（下蹲+站起全过程图线）。 2. 提问链：“图线为何先变小？”“站起过程中何时超重、何时失重？”“F-t图像中如何判断加速度方向与大小？” 3. 引导方法：由视重F与mg比较→判超重/失重→判加速度方向→结合速度方向判定运动性质（加速/减速）。 4. 组织“做一做”：电梯中体重计观察实验的现象回看，用本节结论解释全过程。 1. 读图分析：下蹲开始加速向下→失重（F<mg）；接近蹲下减速向下→超重（F>mg）；静止后F=mg。 2. 迁移分析“站起”过程：先加速向上→超重，后减速向上→失重。 3. 总结方法：视重与实重比较→定超失重→定a方向→定运动性质。 4. 用结论解释电梯全程“先失重后超重”或“先超重后失重”的现象。 科学思维（图像分析、信息整理、方法迁移、逆向推理）；科学探究（基于证据的解释）；物理观念（运动与相互作用的综合应用） 环节5 典例精析 规范解题 例题讲解与随堂训练（8分钟） 1. 讲解教材例题：质量60 kg的人站在电梯内水平地板上，电梯以0.25 m/s²匀加速上升，求人对电梯的压力。 规范板书： 取竖直向上为正，FN-mg=ma → FN=m(g+a)=60×(9.8+0.25)=603 N； 由牛顿第三定律， 人对电梯压力FN’=-FN，大小603 N、方向竖直向下。 强调“选对象→受力分析→定正方向→列方程→牛顿第三定律转换”五步法。 2. 变式训练（多选/计算）： 升降机内台秤上放20 kg物体（g=10 m/s²），求 ①匀速上升（200 N）； ②以1 m/s²加速上升（超重，220 N）； ③以5 m/s²减速上升（失重，100 N）； ④自由下落（0，完全失重）。 3. 点拨易错点：加速度方向判定、牛顿第三定律的不可或缺、减速运动即加速度与速度反向。 1. 同步练习，规范书写出例题解答全过程，体会牛二律+牛三律的综合运用。 2. 独立完成变式训练，判断超/失重状态并计算压力：200 N、220 N（超重）、100 N（失重）、0（完全失重）。 3. 互评纠错，总结“五步法”与易错点：勿把速度方向当加速度方向、勿忘牛顿第三定律转换。 科学思维（科学推理、数学运算、模型应用）；物理观念（视重计算、超失重条件应用）；科学态度（严谨规范、反思纠错） 环节6 联系实际 拓展升华 应用拓展与课堂小结（7分钟） 1. 展示教材实例：火箭发射向上加速度很大，火箭底部承受压力远大于静止时，载人航天时航天员要承受数倍自身体重的压力，需研究材料、机械结构与人体承受力（联系实际与工程防护）。 2. 播放/展示图4.6-7：航天员在天宫一号展示水球实验，说明航天器绕地运行时物体处于完全失重状态——物体飘浮、液滴呈球形、气泡不上浮。 3. 引导讨论：完全失重下哪些实验/生活现象会改变？（水瓶自由下落小孔不喷水等） 4. 课堂小结：本节是牛顿运动定律的综合应用；超重与失重的动力学条件取决于加速度方向，本质是视重（压力/拉力）变化而非重力变化；研究方法为“现象—建模—牛二律—牛三律—结论”。 1. 了解火箭发射超重考验与航天器完全失重现象，感受物理与科技、生活的联系。 2. 观察水球实验图片，描述完全失重下的奇特现象（飘浮、球形液滴、气泡不上浮）。 3. 运用本节知识解释教材练习：自由下落水瓶小孔不喷水（水与瓶均完全失重、下落快慢相同）。 4. 梳理本节知识脉络，构建“超重—失重—完全失重”的知识结构。 科学态度与责任（体会物理在航天、工程中的应用价值，增强社会责任与民族自豪感）；物理观念（系统性知识建构）；科学思维（归纳总结、知识结构化） 板书设计 第6节 超重和失重 左侧 中左 中右 右侧 一、重力的测量 1. 方法一：测g与m，由G=mg 2. 方法二： 利用力的平衡条件（静止读数） 二、视重 测力计示数=人对支持物的压力大小（或对悬挂物的拉力） 三、超重与失重（本质：重力不变，视重变） 1. 失重： （压力/拉力） < mg 条件：a竖直向下（向下加速或向上减速） mg-FN=ma → FN=m(g-a) 2. 超重： （压力/拉力） > mg 条件： a竖直向上（向上加速或向下减速） FN-mg=ma → FN=m(g+a) 3. 完全失重： a=g，方向竖直向下 → FN=0（示数为0） 例：自由落体、竖直上抛、航天器绕地运行 四、规律总结： 超重与失重只由加速度方向决定，与速度方向无关 五、解题五步法 ①选对象 ②受力分析 ③定正方向（沿a方向） ④列牛顿第二定律方程 ⑤牛顿第三定律转换求压力/拉力 例题：60 kg，a=0.25 m/s²↑ → FN=603 N（压力603 N，向下） 课后作业 基础巩固 完成教材 “练习与应用”第1—5题（书面作答）： 答案 练习1. 当水瓶自由下落时，小孔没有水喷出，是因为水和水瓶都处于完全失重状态，水和水瓶下落的加速度都等于重力加速度，下落的快慢程度相同，故水不会从瓶中流出。 练习2.下降过程中，弹性绳被拉直前的自由落体运动阶段，以及弹性绳被拉直后运动员下降速度增加的阶段，因加速度方向向下，故均处于失重状态；弹性绳被拉直后，运动员下降速度减小的阶段，因加速度方向向上，故处于超重状态。 练习3. 45N 练习4. 离地面50m时人对座舱的压力为0；1330N 座舱自由下落的高度为h₁ =76m-28m= 48m。 制动过程下落的高度为h₂=28m。设运动过程中的最大速度为v, 制动过程的加速度大小为a, 则2gh₁=v²=2ah₂ 。 解得 a=g=16.8m/s²。所以当座舱落到离地面15m的位置时，人和座舱向下做匀减速直线运动状态，向上的加速度为16.8m/s²。设座舱对人的支持力为F， 根据牛顿第二定律F-mg=ma, 解得F=m(g+a)=50×(16.8+9.8)N=1330N。根据牛顿第三定律，人对座舱的压力为1330N。 练习5. 方法1:设重物的质量为m, 电梯加速度大小为a, 以竖直向上为正方向，根据牛顿第二 定律，电梯加速上升时G₁-mg=ma, 电梯减速上升时G₂-mg=m(-a) 。 联立解得a=g 方法2:a-t 图像如图4-6所示。 拓展实践 3. 实践探究：在家用体重计完成“下蹲—站起”动作，记录示数变化；或用手机加速度传感器app实测电梯上升全过程的a-t图像，与练习5方法2对照分析。 4. 拓展查阅：通过读书、上网了解航天员在超重（火箭发射）与完全失重（空间站）环境下的训练与生活（如天宫一号水球实验），撰写200字左右的科普小短文，下节课分享交流。 学科网（北京）股份有限公司 $