第三节 来自地球的力（教学设计）物理新教材沪科版八年级全一册

该初中物理教学设计聚焦“来自地球的力——重力”核心知识，涵盖重力的定义、大小与质量关系、方向及重心。通过《管子・水地》古籍与古代铅垂线工程应用导入，承接力的概念与弹力知识，为后续摩擦力、二力平衡等力学内容奠定基础。 此设计融合文化传承与现代科技，以分组实验探究重力与质量关系、悬挂法找重心（科学探究），辨析竖直向下与垂直向下、失重本质（科学思维），结合航天失重视频与古代工程实例（科学态度与责任），助力学生构建完整物理观念，为教师提供结构化教学支架与丰富实践素材。

第三节 来自地球的力（教学设计） 年级 八年级全一册 学科 物理 教师 课题 第三节 来自地球的力 教学 目标 物理观念 1. 理解重力的概念，知道重力的施力物体是地球，明确重力的普遍存在性； 2. 掌握重力与质量的关系及计算公式，理解的物理意义； 3. 掌握重力的方向，理解重心的含义，建立重力的完整认知体系。 科学思维 1. 能运用公式进行定量计算与公式变形，培养逻辑推理能力； 2. 分析重心位置与物体稳定性的关系，辨析竖直向下与垂直向下的区别； 3. 理解失重的本质，厘清重力与失重的逻辑关系，培养概念辨析能力。 科学探究 1. 经历探究重力与质量关系的实验过程，归纳重力与质量的正比规律； 2. 学会用悬挂法找不规则物体的重心，提升实验归纳与动手探究能力； 3. 能通过实验数据绘制图像，分析物理量之间的关系。 科学态度 与责任 1. 认识重力在生产生活中的广泛应用，体会古人运用重力规律的智慧； 2. 了解我国航天失重研究的成就，树立民族自豪感与科学探索精神； 3. 感受物理规律的普适性，树立严谨求实的科学态度。 教材 分析 本节是第六章《熟悉而陌生的力》的核心概念课，承接力的基本概念与弹力，是力学体系的重要基础，也是后续学习摩擦力、二力平衡、压力与浮力的必备前置知识。教材以《管子・水地》的古代论述引入，结合古代铅垂线的工程应用，系统讲解重力的定义、大小、方向与重心，拓展不同星体的重力差异、失重现象与稳定性应用。本节课从生活现象到物理本质，从古代智慧到现代航天，融入文化传承、定量探究与工程应用，既是学生建立重力概念的核心载体，也是培养物理观念、科学思维的重要内容。 学情分析 1. 知识储备：学生已掌握力的基本概念与作用效果，对物体下落、物体有重量有丰富的生活经验，但对重力的施力物体、的物理意义理解模糊，容易混淆质量与重力的概念。 2. 思维能力：学生具备初步的实验操作与数据处理能力，但对 “竖直向下” 的物理内涵、重心的等效性理解困难；对失重现象容易产生 “不受重力” 的认知误区。 3. 学习特点：学生对生活现象、航天科技兴趣浓厚，但容易重结论轻本质，对概念的深层理解需要系统引导。 教学重点 1. 重力的定义与普遍存在性； 2. 重力与质量的关系及定量计算； 3. 重力的方向与重心的概念。 教学难点 1. 准确把握 “竖直向下” 的物理内涵，区分竖直向下与垂直向下； 2. 理解重心是重力的等效作用点，并非真实存在的点； 3. 理解失重并非不受重力，厘清重力与失重的逻辑关系 教学 器材 分组实验器材：弹簧测力计、钩码（不同质量）、不规则薄板、细线、铅笔； 演示器材：铅垂线、不倒翁、重心演示器、水平仪； 多媒体素材：古代水利工程科普视频、天宫空间站失重实验视频、重力与质量关系动画。 教师活动 学生活动 导入新课 【文化与工程情境引入】引用《管子・水地》：“水之性，行高必下，流必就卑。” 讲解：自古以来，人们便观察到万物皆有趋下之性：苹果熟落枝头，河水自高向低。古人建造宫室懂得 “悬绳以正”，用悬挂重物的细线检查墙体是否竖直、台基是否水平，这便是对重力方向的朴素运用。汉代水利工程、唐代桥梁建造，皆以重垂线为度，依重力之向筑稳固之基。 提出问题：这股来自地球的无形之力究竟有多大？方向如何？又有着怎样的作用规律？ 引入课题：今天我们就系统学习重力的相关知识。 感受古代工程智慧，结合生活经验思考物体下落的原因； 对重力的大小、方向作出初步猜想； 明确本节课的学习主题与探究目标。 学习新课 一、重力的大小 1. 重力的定义 讲解：重力是由于地球的吸引而使物体受到的力，通常用符号表示。 - 施力物体：地球； - 受力物体：地球附近的一切物体，无论固体、液体、气体，无论静止还是运动，都受到重力的作用。 拓展：如果没有重力，苹果不会下落，河水不会流动，大气会从地球周围逃逸，重力是人类生存的重要保障。 2. 实验探究：重力与质量的关系 提出问题：物体的重力大小与什么因素有关？ 实验方案：用弹簧测力计测量不同质量钩码的重力，记录数据。 学生分组实验，教师巡视指导。 引导分析数据：质量增大为原来的几倍，重力也增大为原来的几倍，重力与质量的比值近似恒定。 结论：物体所受重力的大小跟它的质量成正比。 3. 重力计算公式 公式： ：重力常数，地球表面，粗略计算可取。 物理意义：质量为的物体，在地球上所受的重力大小约为。 拓展：不同地区的值略有差异，纬度越高，值越大；月球上的值约为地球的。 4. 典例计算 讲解例题：已知质量求重力，已知重力求质量，规范解题步骤。 引导学生计算自身受到的重力，结合体质健康标准思考健康生活。 5. 拓展：失重现象 讲解：天宫空间站中的航天员处于漂浮状态，并非不受重力。航天员仍然受到地球重力作用，重力提供圆周运动的向心力，物体对支持物的压力为零，看起来像不受重力，这种状态叫做失重。 强调：失重不是失去重力，而是重力的作用效果发生了变化。 6. 典例分析 讲解课件例 1、例 2，巩固重力与质量的关系、不同星体的重力差异。 理解重力的定义，明确施力物体与受力物体； 分组完成实验，测量不同质量钩码的重力，记录数据； 分析实验数据，归纳重力与质量的正比关系； 掌握重力计算公式与的物理意义； 了解不同地区、不同星体的重力差异； 理解失重的本质，纠正 “失重就是不受重力” 的误区； 完成典例计算与练习，巩固公式应用。 学习新课 二、重力的方向 1. 重力的方向 观察现象： ① 物体由静止自由下落，运动方向竖直向下； ② 悬挂重物的细线静止时，总是沿竖直方向。 结论：重力的方向总是竖直向下的。 辨析：竖直向下 ≠ 垂直向下。竖直向下是指向地心附近的方向，垂直向下是垂直于某个接触面。 2. 重力方向的应用：铅垂线 讲解：悬挂重物的线总是竖直下垂，叫做铅垂线。 应用： ① 检查墙体是否竖直； ② 检查工作台面是否水平。 演示：用铅垂线检查桌面是否水平、书本是否竖直。 3. 典例分析 讲解课件例 3，巩固重力方向与重力示意图的画法。 观察现象，归纳重力的方向； 辨析竖直向下与垂直向下的区别； 理解铅垂线的工作原理； 观察演示，了解重力方向在生活中的应用； 掌握重力示意图的规范画法。 学习新课 三、重力的作用点 —— 重心 1. 重心的概念 讲解：物体各部分都受到重力作用，在处理重力问题时，通常可以把这些力看成是作用在某一点上，这一点叫做物体的重心。 强调：重心是重力的等效作用点，不是真实存在的点。 规律：质量分布均匀、形状规则的物体，重心在它的几何中心。 举例：均匀细棒的重心在中点，均匀球体的重心在球心。 2. 不规则物体的重心：悬挂法 演示：用悬挂法找不规则薄板的重心。 步骤： ① 薄板上选一点悬挂，静止后沿悬线画直线； ② 换另一点悬挂，静止后再画一条直线； ③ 两条直线的交点就是重心。 学生动手尝试：用悬挂法找不规则纸片的重心，并用手指顶住验证。 3. 重心与稳定性 提出问题：不倒翁为什么扳倒后会自动立起来？ 讲解提高稳定程度的两种方法： ① 增大支撑面：起重机放下支脚，扩大支撑面积； ② 降低重心：台灯加重底座、汽车底盘厚重、不倒翁下部质量大。 拓展：重心降到支撑点以下，可实现 “不倒” 效果。 4. 典例分析 讲解课件例 4，巩固重心与稳定性的知识。 理解重心的概念，知道重心是等效作用点； 掌握规则均匀物体的重心位置； 观察悬挂法演示，动手尝试找不规则物体的重心； 理解提高物体稳定性的方法； 结合不倒翁、起重机等实例，理解重心的应用； 完成典例练习，巩固重心的知识。 课 堂 练 习 1．如图，往墙上挂矩形画框时，将重锤线紧靠画框侧边悬挂来检验画框是否挂正，这是利用了（　　） A．重力的方向 B．重力的大小 C．重力的作用点 D．重力与质量的关系 【答案】A 【解析】重锤线的工作原理是重力的方向总是竖直向下，若画框的侧边与重锤线平行，就说明画框挂正，该方法利用了重力方向总是竖直向下的，故A符合题意，BCD不符合题意。 故选A。 2．智能手机都有这样一个功能：把手机从竖放旋转变为横放，手机显示画面就自动跟着转动，保持画面正立，如图所示。这源于手机内部的重力感应器，手机用它来判定方向。关于上述从竖放转为横放的过程，下列分析正确的是（　　） A．手机所受重力的大小改变 B．重力感应器所受重力的方向改变 C．手机所受重力方向没有改变，重心高度变低 D．横屏时重力感应器不受重力 【答案】C 【解析】A．手机所受重力，从竖放转为横放，质量、重力大小均不变，故A错误； B．重力的方向始终是竖直向下的，横屏时重力方向不变，故B错误； C．把手机从竖放转为横放的过程中，重力方向、重心位置均不变，但重心的高度降低，故C正确； D．横屏时重力感应器仍受重力。故D错误。 故选C。 3．下列关于重力的说法，正确的是（　　） A．物体的质量与重力大小成正比 B．重力的方向总是垂直于地面向下 C．重力的大小与物体的质量成正比 D．物体的重心一定在物体上 【答案】C 【解析】A．质量是物体的固有属性，与重力大小无关，应该是物体的重力大小与其质量成正比，故A错误； B．重力的方向总是竖直向下，并非垂直于地面向下，故B错误； C．根据公式，同一地点的为定值，因此重力的大小与物体的质量成正比，故C正确； D．重心不一定在物体上，例如质量分布均匀的圆环，其重心在圆心处，不在圆环本身上，故D错误。 故选C。 4．下列关于重心的说法，正确的是（　　） A．重心是物体上最重的点 B．任何物体的重心都在物体上 C．物体的重心位置与物体的形状和质量分布有关 D．物体的重心位置不会改变 【答案】C 【解析】A．重心是物体所受重力的等效作用点，并非物体上最重的点，故A错误； B．物体的重心不一定都在物体上，比如圆环的重心就不在圆环上，故B错误； CD．物体的重心位置由物体的形状和质量分布共同决定，当物体的形状或质量分布发生变化时，物体的重心位置可能会改变，故C正确，D错误。 故选C。 5．小明在学习重力知识后，探究了“重力的方向”（如图所示）。 将支架按图甲、乙、丙缓慢倾斜，支持“重力的方向总是竖直”的这一结论的现象是______。 【答案】悬线方向与水平面垂直 【解析】观察图甲、乙、丙可知，支架倾斜后，悬挂的小球在重力作用下，其悬线OA始终保持竖直向下的状态，且与水平面垂直。这一现象说明重力的方向总是竖直向下的。 6．如图甲所示，熟了的苹果会沿直线竖直下落，这表明____力的方向是____的；如图乙所示，建筑工人常用重锤线来检查所砌的墙壁是否____。 【答案】 重 竖直向下 竖直 【解析】[1][2]熟了的苹果会沿直线竖直下落，这表明重力的方向是竖直向下的。 [3]因为重力的方向总是竖直向下，如果墙和重锤线的方向是一致的，墙壁就是竖直的， 原理就是利用重力的方向是竖直向下的。 7．如图所示是常见的气泡水平仪，当将该水平仪横置在某地面上时，观察到液体中的空气泡居中，表示该处地面______（选填“水平”或“倾斜”），若观察到空气泡在右端，则表示右端的地面偏______（选填“高”或“低”）。 【答案】 水平 高 【解析】[1][2]水平仪是利用重力方向竖直向下的原理制成的，水平仪中空气泡居中，则说明地面水平；若观察到空气泡在右端，则右端地面偏高。 8．小明在探究“重力与质量的关系”实验中，测量了相关数据并记录在如表中： 实验次数 1 2 3 4 5 6 钩码质量/g 50 100 150 200 250 300 钩码重力/N 0.5 1 1.5 2.5 3 （1）测量物体重力前，要观察弹簧测力计的量程和______，并在______方向上调节弹簧测力计，使指针与零刻度线重合。 （2）第4次实验数据如图所示应为______N。 （3）分析表中数据，可以得出的结论是______。 （4）以下实验中，与本实验多次测量目的相同的是_____。（填字母） A．用刻度尺测量物理课本的长度 B．探究反射角与入射角的大小关系 【答案】（1）分度值 竖直；（2）2；（3）物体所受的重力跟它的质量成正比；（4）B 【解析】（1）[1]用弹簧测力计前，必看量程、分度值。 [2]测重力时，弹簧测力计是竖直使用的，因此弹簧测力计要竖直放置调零。 （2）如图所示，弹簧测力计的示数为2N。 （3）由表格中数据得，质量增大几倍，物体的重力也增大几倍，且物体的重力与质量的比值为定值，说明物体的重力和质量成正比。 （4）本实验和“探究反射角与入射角”实验多次测量都是为了寻找普遍规律；“用刻度尺测量物理课本的长度”多次测量目的是求取平均值以减小误差。 故选B。 9．月面巡视探测器（月球车）是集工程和智能机器人为一体的复杂航天器。它具备地——月遥控能力，有独立驱动的六轮摇臂式行走系统，高，质量为。已知在地球上的物体受到的重力为在月球上时受到重力的6倍，求： （1）登月后，月球车在月球上的质量； （2）月球车被送到月球上时的重力。 【答案】（1）120kg；（2）200N 【解析】（1）质量是物体所含物质的多少。登月后，月球车的位置发生了变化，但其所含物质的多少没有变化，所以在月球上的质量不变，仍为。 （2）月球车在地球上时的重力 月球车被送到月球上时的重力 10．明同学学习了重力与质量的关系后，准备利用弹簧测力计和小桶制成一个简单实用的液体密度秤，如图所示，小桶的质量，容积，在小桶中加满待测液体就可以“称”出该液体的密度。请回答下列问题：（g取10 N/kg，） （1）空的小桶所受的重力是多少？ （2）水的密度应标在多少牛的刻度上？ （3）此“密度秤”的测量范围是多少？ （4）制成密度秤后，若小明在测量某种液体密度时，没有装满小桶就读数，则测量值_______实际值（选填“大于”、“小于”或“等于”）；若小明要增大该密度秤的测量范围，请你给出一个改进措施：____________。 【答案】（1）0.5N；（2）1.5N；（3）；（4）小于 换用量程更大的测力计 【分析】（1）利用计算空小桶的重。 （2）求出装满水的重，利用即可求出水的密度所标注的位置。 （3）桶内没有装满液体时，测力计示数偏小，由表达式可知，测量值偏小；由分析增大密度秤的量程的方法。 【解析】（1）空的小桶所受的重力是 （2）小桶容积 加满水时水的质量 水的重力 总重 即水的密度标在1.5N刻度处。 （3）弹簧测力计量程最大为5N，因此最大总重力为5N：液体最大重力 液体最大密度 最小密度为0（空桶时对应液体密度为0），因此测量范围是 （4）密度秤默认液体体积等于桶容积，由可知，液体的密度为 没装满时，测的总重力比装满时偏小，测力计的示数偏小，由表达式可知，测量值小于实际值。 由可知，要增大测量范围，可以换用量程更大的弹簧测力计（或换容积更小的小桶、减小空桶质量等）。 板 书 设 计 第三节 来自地球的力 一、重力的大小 1．定义：地球的吸引而使物体受到的力，施力物体：地球 2．公式：（粗略取） 3．规律：重力与质量成正比 4．拓展：月球重力是地球的；失重不是失去重力 二、重力的方向 1．方向：竖直向下（≠垂直向下） 2．应用：铅垂线 —— 检查竖直、水平 三、重心 1．定义：重力的等效作用点 2．均匀物体：重心在几何中心 3．不规则物体：悬挂法找重心 4．稳定性：增大支撑面、降低重心 课 堂 小 结 作业布置 1. 基础作业：完成课后同步练习，画出指定物体所受重力的示意图； 2. 实践作业：利用家中的器材，制作简易铅垂线，检查家中的门框是否竖直； 3. 拓展任务：查阅资料，了解我国空间站失重实验的科学价值，下节课交流分享。 教学反思 亮点：本节课以古代文化与工程智慧引入，兼具人文性与科学性，快速激发学生的学习兴趣与文化自信；按照 “概念建构 — 实验探究 — 定量规律 — 方向作用点 — 拓展应用” 的逻辑层层递进，符合学生的认知规律；通过分组实验、动手操作、演示观察的多层设计，让学生在探究中建构概念；融入航天科技、工程应用、生活实例，充分体现了物理学科的育人价值。 不足：部分学生对 “竖直向下” 的理解仍有偏差，容易与 “垂直向下” 混淆；对重心的等效性理解不深入，容易认为重心是物体上真实存在的点；对失重的本质理解模糊，仍有 “失重就是不受重力” 的错误认知。 改进：增加不同斜面上的铅垂线演示，通过对比强化 “竖直向下” 的内涵；补充重心的等效性讲解，通过 “将物体分成无数小块，每块都受重力，等效到一点” 的思路，突破认知误区；增加失重现象的动画演示，通过受力分析厘清失重的本质，纠正认知偏差。 学科网（北京）股份有限公司2/2 学科网（北京）股份有限公司 $