4.6 超重和失重 用纸杯做失重实验 教学设计-2026-2027学年高一上学期物理人教版必修第一册

课题：《超重和失重》系列实验之三——用纸杯做失重实验：螺母为什么会"跳"进杯子？

授课教师：＿＿＿＿＿＿＿            

授课班级：＿＿＿＿＿＿＿

教材分析

超重、失重是必修一中重要的物理概念，学习它们能更好地了解运动和力的关系。建立超重、失重模型，有利于学生运用科学探究形成科学思维；通过坐电梯等各种活动，结合生活体验理解超重和失重，形成探索自然的驱动力，有助于培养学生的科学态度与责任。

本实验的妙处在于"反直觉"：静止时螺母被橡皮筋拉住挂在杯口，看起来摇摇欲坠；一旦放手让它自由下落，螺母不但没有飞出去，反而被橡皮筋扯进杯中并发出咔嚓一声。这个"反着来"的现象，逼着学生重新审视"下落的物体内部发生了什么"。

地位：

本课取材于校本教材《第五部分》韩斯宇老师的设计：把两个金属螺母拴在一根橡皮筋的两端，再把橡皮筋的中点固定在纸杯底部正中，让螺母挂在纸杯的口边上。纸杯从约2 m高处自由下落时，螺母被橡皮筋拉回纸杯中并发出咔嚓的撞击声。

作用：

用一个"反直觉"的现象（下落时螺母反而缩进杯子）展示完全失重状态，把"失重"这一概念从"秤的示数变小"推进到"相互作用的拉力消失"，是超重失重单元中最具戏剧性的实验。

学情分析

学生心理特点：

学生直觉认为"下落时东西会散开飞出去"，而实验恰恰相反——螺母被拉进杯中，反差强烈，探究欲望被充分点燃。

已有基础：

已学过超重与失重的定义，知道a=g向下时视重为零（完全失重）。

存在问题：

①对"完全失重"缺乏直观感受，以为只是"示数变小一点"；②难以想象橡皮筋的拉力会在下落中消失；③对"系统内各物体都以g下落"缺乏认识。

教学目标

知识目标：

①理解完全失重的含义；②能用自由落体与失重知识解释螺母被拉回杯中的现象；③知道在完全失重环境中，由重力引起的挤压与拉力会消失。

能力目标：

通过对"反直觉现象"的分析，提升逻辑推理与表达能力。

素养目标：

体验"眼见不一定为实，但一定有理由"的科学态度，增强探究自信。

教学重难点

教学重点：

纸杯下落实验中螺母被拉回杯中的现象与解释。

教学难点：

理解下落过程中橡皮筋拉力逐渐减小直至为零（完全失重）的动态过程。

教学仪器与材料准备

每组（2～3人）：一次性纸杯1个、橡皮筋1根、金属螺母2个（可用垫圈、钥匙代替）、牙签或小钉（固定橡皮筋中点用）、透明胶带、2 m高的释放位置（讲台或楼梯口）、软垫或毛巾（保护纸杯）。

教师演示用：大号透明塑料杯1套（便于全班观察）、慢动作拍摄设备（手机）。

【纸杯失重实验装置——橡皮筋两端拴螺母挂在杯口，下落时螺母被拉回杯中】

实验方案：螺母的"回家"之旅

1．实验目的

通过观察纸杯自由下落时螺母被橡皮筋拉回杯中的现象，认识完全失重状态及其带来的力学后果。

2．材料准备

纸杯、橡皮筋、金属螺母2个、牙签、胶带、软垫。

3．操作步骤