超重和失重内容的教学设计

教学案例与评析：高一物理

超重和失重内容的教学设计

一、教学目标

l、知识与技能：

(1)认识超重和失重现象；

(2)知道产生超重、失重现象的条件；

(3)能够运用牛顿第二定律和牛顿第三定律分析超重和失重现象。

2、过程与方法：

(1)经历实验观察、实例探究讨论交流的过程，体验超、失重现象。

(2)经历实验和理论探究过程，体会科学探究的方法，领略运用牛顿运动定律解决实际问题的方法。

3、情感、态度与价值观：

（1）体会生活中的超重和失重现象，生成“学以致用”的思想，激发学生的学习热情。

（2）了解一些我国航天技术的成就激发学生对科学的兴趣。

（3）体验自主学习过程，养成乐于细心观察、勤于思考和相互交流的学习习惯和合作精神。

二、重点难点

重点：什么是超重、失重及产生超重、失重现象的条件、实质。

难点：(1)产生超重和失重现象的实质；

(2)运用牛顿第二定律和牛顿第三定律对超重和失重现象

的实例分析。

三、教学策略与手段

“情景——问题——探究——结论”的学生自主探究教学模式。

四、课前准备

媒体的设计与准备

分组实验：改进后的教具“记忆型”超重失重演示器（四人一组） 演示实验：多媒体设备一套，可乐瓶、水，纸带、钩码，神州5号发射和运行及回收过程剪辑录象，电梯内的超重失重录像片，人在体重计上下蹲与站立视频。

五、教学过程

（一）趣味实验 激发悬念

演示1：在纸带中间部位剪个小缺口，纸带的一端牵

挂一重物，重物另一端用手托住，

这时纸带没有断；然后向下匀速运动，纸带依然没有断；

提着重物向下加速运动，突然停住，纸带断裂！

问：纸带为什么会断，到底在什么时候断？

（这个实验的设计简单而巧妙，做向下加速实验前，可先让同学们猜测。让人直接体验了超重又有些意料不到。

）

演示2：取一装有水的可乐瓶，在底面打一小孔，水从孔

中喷出，现让可乐瓶竖直向上抛。

问：此时，水还会不会再从小孔中喷出？（也可以师生共

同做抛接水瓶游戏） （将孔开在底部和做竖直抛起，增强思维冲突。这一问，还真不敢轻易下结论！实验前，可先让同学们猜测。）

教师：生活中有许多司空见惯的事，可是只要我们仔细观察，会发现许多意想不到的、有趣的秘密。这节课我们来揭示此现象的秘密——引出主题：超重与失重。

（点出本节课的学习和探究主题：什么是超重(失重)现象?引起超重(失重)现象的原因是什么？）

呈现学习目标：

(1)什么是超重(失重)现象?

(2)什么样运动情况下会出现超重(失重)现象?

(3)为什么会出现超重(失重)现象?

（二）新课教学

1、分组实验——感受什么是超重(失重)现象?

（1）介绍仪器

如图，将超重失重演

示器，加装定向片与记忆

指针，自行改装成的“记

忆型”。重物对平台的压

力大小可以通过指针的偏

转来显示，通过定向旋钮，

记忆指针分别可以“定格”

压力在变化过程中的最大和最小值。

（2）分组实验，发现问题

教师将学生分组。学生分组实验，组内讨论交流。小组代表说说，小组成员在实验中发现的现象，以及想知道的疑问。

教师对学生的实验方式和交流问题，做出适当的反馈与评价。 （引导学生关注观察压力大小变化，将其原因暂时搁置）

（3）提出概念 学生的实验方法可能各种各样，为了将教学面向全体学生，让全

记忆型

体学生明确概念。教师演示，引导学生观察读数的变化，并归纳总结。

步骤①：超重失重演示器静止时，观察示数，该示数为重物对平台的压力，等于重物的重力。

步骤②：超重失重演示器向上加速并停止过程。演示器向上启动过程，观察到示数大于重物的重力；演示器停止的过程中，观察到示数小于重物的重力。

师：如果是用弹簧称挂一个重物，一起向上启动过程，观察到示数大于重物的重力，在停止的过程中，观察到示数小于重物的重力。（说明：只是变化太快我们不容易观察到而已！）

这种物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力），大于物体的重力的现象，称为超重现象。

物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力），小于物体的重力的现象，称为失重现象。

（此环节，用自行改装的仪器突破“瞬间即失”的实验难点，用记忆指针将其“定格”。教学的焦点是认识超重与失重的现象。学生对实验中的体验，可能会提出关于下一环节的一些问题，教师也要做出适当评价，并为下面作铺垫。）

过渡语：爱因斯坦说：“全部的科学，不外是日常想法的提炼”。我们认真观察到现象，还要对观察到的现象深入思考，然后提炼出自己的看法！

2、实验验证——感知什么样运动情况下会出现超重（失重）现象?

师：现在我们知道超重和失重现象了，（针对某小组提出的问题）那么，你们在什么样运动情况下观察到超重与失重现象？

（1）回味现象，进行猜想

让学生回忆上面实验现象，大胆猜想，发生超重与失重现象可能哪些运动量有关？（学生可能会提出：速度的方向，速度的大小，加速度的方向，加速度的大小，位移大小方向等）

（2）组内讨论验证

小组内成员针对问题进行交流讨论。

讨论主题：用你们的实验方式观察，在什么样运动情况下出现超重与失重现象？此时物体运动状态到底如何？

完成学案中思考题。

思考题：

①物体的超重和失重是取决于物体运动（速度）的方向吗？

＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

②水平方向存在加速或减速运动会产生超重和失重现象吗？如何验证？

＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

③分析实验情况，得到实验结论是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

（3）组间交流评价

请小组代表（甲）上讲台发表自己的看法，可以一边演示一边讲解。请另一组代表（乙）对代表（甲）的提出问题，做出评价或提出自己的认识。

教师据教学现场，多请几组做相互交流与评价。

（4）教师引导整合

教师在众多的交流问题中，抓住主要问题，在什么样运动情况下出现超重与失重现象？进行引导。

师：据学生交流评价和达成的共识，依次完成板书如下（副板书1）：

（5）师生达成共识：物体处于超重还是失重状态，仅由竖直方向加速度决定，与物体速度方向无关。

（此环节教学焦点是从运动特征上，深入观察实验与讨论分析，通过组内合作，组间交流评价，来突破教学重难点。上环节学生对超重与失重的“心灵”上“感受”，此时带来“量”上的“感知”。当然下一环节应该给学生以“本质”上的“感悟”。）

过渡语：我们从运动学的角度分析了，竖直方向存在加速度物体会产生超重与失重现象。超重与失重现象是不是物体的重力发生了变化呢？（停留片刻）下面我们能否根据掌握的运动规律来探究出现超重与失重现象的本质呢？

3、理论探究——感悟为什么会出现超重和失重现象?

（1）组织探究

针对分组实验，组织小组继续自主探究“物体产生超重与失重的本质”。并完成学案。

教师引导学生用牛顿运动定律的分析方法来分析问题，指导的学生把探究结果写在学案上。投影学生的探究结果，请小组代表上台讲解，针对学生的讲解，规范学生应用牛顿运动定律分析、解决问题的思路：假定运动（向上或向下、加速或减速）→选取研究对象进行受力分析→根据F=ma列出方程得出支持力的表达式→根据牛顿第三定律对压力的变化判断。

教师在小组代表讲解基础上，补充上环节的副板书。

探究结果：产生超重与失重现象的原因是在竖直方向上存在加速度，本质是物体对支持物的压力大小变化，物体的重力始终没有变化。

(2)结果外推

讨论：物体在失重的情况下，加速度等于重力加速度时，将会发生什么现象？

引出概念：如果一个物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）为零，称为完全失重现象。

（3）前后呼应

小组讨论并发言，解释引入课题中的演示1和演示2（学生可能将实验方法做拓展，教师要给以适切的评价）。

（理论探究也是探究学习重要的方式之一。此环节通过学生自主理论探究，既对超重和失重现象的本质有亲身的感悟，也对超重和失重有了从现象到本质成功体验，也突破了难点。小组讨论解释引入的实验现象，既前后呼应，也体验到学习成功感。）

过渡语：我们从生活现象出发，学习的超重和失重现象及本质，回归生活实践，还可以解释那些现象呢？

4、丰富现象回归实践

教师准备三个事例素材，让学生讨论并解释：（据教学时间与条件进行取舍）

实例1：一个同学站在健康秤完成一个下蹲和起立的过程，另外一个同学观察健康秤示数的变化情况。

实例2：谈谈我们平时乘电梯时有何感受，并试着解释。

实例3：观看录像“神州5号的发射、运行、回收过程剪辑录象和电梯内的超重失重录像片”

（教师以此为素材介绍超重和失重现象的利与弊，让学生体会物理与科学的联系，感受科技离我们并不遥远，激发学习的兴趣，培养学生想象力及综合分析问题的能力。）

（此环节，学生可能会举出，过山车下滑、跳楼机或蹦极运动的惊险与刺激，身体的轻飘的感觉，被甩的感觉等等，教师及时捕捉学生的创新思维的火花，并正确引导，指出问题的实质。讨论交流三个事例，使问题从感性到理性的升华。）

5、反馈应用巩固知识

（1）练一练

例题：一个质量为70Kg的人乘电梯下楼。电梯开

始以3m/s2的加速度匀加速向下运动时，求这时他对电

梯地板的压力。快到此人要去的楼层时，电梯以3m/s2

的加速度向下匀减速下降，求这时他对电梯地板的压

力又是多少？（解答过程略）

（2）想一想

①在完全失重情况下，弹簧称还能称出物体的重力吗？天平还能称出物体的质量吗？浸在水中的物体还受到浮力吗？水银气压计还能

测出气压吗？

②一个人想一次携带三个相同质量的铁球过独木

桥，可是独木桥的最大承受力，只有人和一个铁球的重

力之和。他灵机一动，用如图的方法过桥，使任意时刻

手上只有一个铁球，你认为可以吗？

（3）做一做

①用冰淇淋纸杯做失重实验

如图所示，把两个金属螺母（直径10－12毫米）

拴一根橡皮筋的两端，再把橡皮筋的中点用一短绳固定

在冰淇淋纸盒（或铁罐）底部正中，让螺母挂在空盒的

口边上。实验时让空盒从约2米的高处自由下落，你会

发现螺母被橡皮筋拉回盒中，并发生“咔哒”的撞击声。请你试一试，并思考：为什么下落时，螺母会被拉入到盒内？

②用手电筒做超重、失重实验

将手电筒竖直向上放置，打开开关，旋松后盖使小电

珠恰能点亮。实验时手持电筒，保持它在竖直方向，突然

向上运动，你会看到小电珠熄灭。如果使上述电筒的后盖

稍许再旋松一点，直至小电珠刚刚熄灭，然后手持手电筒突然向下运动，小电珠就会点亮。

（通过“练一练”、“做一做”“想一想”进一步巩固了结论，培养学生分析、解决问题的能力、动手能力和创造力，让人真正感受到超重和失重就在我们身边，体验物理知识的生活化。据教学时间情况，不一定在课堂内完成，尤其“做一做”让学生在课外动手体验。）

6、自我评价小结

课堂小结：让学生以“本节课我学到了什么”为话题进行评价性小结。教师引导学生从知识和方法两个角度来小结。

最后以一首自编打油诗结束：

超重失重随处见，

其实并非重力变；

压力拉力增与减，

牛顿定律来实现。

（三）作业：完成学案未完成的问题

六、板书设计及教学流程图

教学流程图

七、教学反思

1．本节课采取“情景——问题——探究——结论”的教学方法，学生在趣味实验的激发中，问题的引领下，“我要学、我想学”的情绪洋溢在整个课堂。通过自主体验、小组互动、组间互评、自我评价改变学生以往的学习方式，体现新课程提倡自主学习的新理念。

2．趣味实验虽简单，但对其的热情高涨出乎教学前的预料；自行改装的“记忆型超重失重演示器”效果非常好。

3．在自主学习超重与失重时物体运动方向、加速度方向关系难点，采用“图式配文字”的形式。实践表明，符合学生的认知习惯，避免给定“表格”而限制学生的思维和带来的繁琐感。

4．学生自主探究时，有的学生不知道从哪里下手，要求教师给以必要的指导，应该提示学生自主探究的三个环节，分别从“观察压力大小变化——分析运动情况——分析受力情况”去探究。如果疏于引导，将会拖延时间，导致教学被动。

5．在教师的引导下学生自主探究的教学，更好地完成引导学生对超重与失重的“感受——感知——感悟”的过程。

八、参考文献

陈峰:《走进课堂——高中物理（必修）新课程案例与评析》，高等教育出版社2006年版，第93页。

张主方：《现代课堂教学启示录》，上海教育出版社2005年版，第58页。

吴惟粤：《高中新课程物理优秀教学设计与案例》，广东高等教育出版社2005年版，第158页。