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2019-2020年高中物理 4.7《超重和失重》教學(xué)設(shè)計二 新人教版必修1 　　物理源于生活高于生活，又歸宿于生活。筆者以《超重與失重》教學(xué)為例，實現(xiàn)在教學(xué)活動中，讓學(xué)生把生活中低層次的原始經(jīng)驗、素材經(jīng)分析、加工，變?yōu)楦邔哟谓M織活動，去獲取新的知識和技能，獲得情感體驗，提升素養(yǎng)和品質(zhì)。通過教學(xué)的生活化，用反思、修正、逐層遞進(jìn)的方式，有效地推動學(xué)生學(xué)習(xí)活動的層層深入，以實現(xiàn)《新課標(biāo)》中“知識來源于生活，服務(wù)于生活”的要求。 　　【設(shè)計思想】 　　“高中物理課程應(yīng)促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，讓學(xué)生積極參與，樂于探索、勇于實驗、勤于思考。”是《新課標(biāo)》的要求。設(shè)計更多的探究性實驗不僅符合課標(biāo)中提出的“通過實驗認(rèn)識超重和失重現(xiàn)象”，也符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律；從生活實際出發(fā)，設(shè)計貼近學(xué)生生活的實驗，以此為基礎(chǔ)，以探究為主線，讓學(xué)生通過實驗操作、觀察來認(rèn)識物理現(xiàn)象，認(rèn)知物理過程，讓學(xué)生用生活化的語言表述觀察到的超、失重現(xiàn)象，探究物理規(guī)律，再引導(dǎo)學(xué)生將生活語言轉(zhuǎn)化成科學(xué)規(guī)范的物理語言闡述物理規(guī)律。通過實驗讓學(xué)生暴露錯誤的前概念，理解并掌握物理概念與規(guī)律。經(jīng)過構(gòu)建從而獲得物理知識，形成技能，同時培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神與實踐能力。為避免學(xué)生對概念的混淆，教學(xué)中不提出“實重”“視重”。 　　【學(xué)情分析】 　　通過前面對“牛頓第二定律”的學(xué)習(xí)，學(xué)生對解決物體做勻變速直線運動的問題已有所了解，但對定律的運用還不是很熟練，很難從理論上自主地得到超重、失重現(xiàn)象的運動學(xué)特征。學(xué)生在學(xué)習(xí)超重和失重現(xiàn)象時會受到一些前概念的影響，容易把生活中說的有些“超重”與物理學(xué)上的超重混為一談，把物理學(xué)上的失重誤認(rèn)為是物體“失去重力”；容易把超重、失重現(xiàn)象的運動學(xué)特征與物體的運動方向相聯(lián)系。 　　【教學(xué)目標(biāo)】 　?。ㄒ唬┲R與技能 　　1．通過實驗認(rèn)識超重和失重現(xiàn)象，理解產(chǎn)生超重失重現(xiàn)象的條件和實質(zhì)。 　　2．能運用牛頓第二、三定律定量分析超重與失重現(xiàn)象。 　?。ǘ┻^程與方法 　　1．經(jīng)過探究實驗發(fā)現(xiàn)超重失重現(xiàn)象，通過引導(dǎo)、小組討淪、再實驗尋找超重失重現(xiàn)象的運動學(xué)特征。 　　2．用科學(xué)方法探究發(fā)生超重失重現(xiàn)象的條件及實質(zhì)。 　?。ㄈ┣楦?、態(tài)度與價值觀 　　1．通過列舉一些身邊的超重失重例子和日常的小實驗，讓學(xué)生學(xué)會觀察生活，知道物理就在身邊。 　　2．培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力，激發(fā)成就感；養(yǎng)成學(xué)科學(xué)、愛科學(xué)、用科學(xué)的習(xí)慣；從探究中體驗科學(xué)之美，體會合作的重要性。 　　【教學(xué)策略與手段】 　　以日常生活中的有關(guān)現(xiàn)象為切入點，讓物理學(xué)習(xí)更貼近生活，以激發(fā)學(xué)生的興趣。開始讓學(xué)生利用彈簧秤和鉤碼自主探究如何測量物體的重力，并讓學(xué)生明白彈簧秤的讀數(shù)直接反映的是物體對彈簧秤的拉力；然后讓學(xué)生“玩一玩”來發(fā)現(xiàn)彈簧秤的讀數(shù)有時不等于物體的重力，鼓勵學(xué)生設(shè)計實驗探究物體超重、失重現(xiàn)象的運動學(xué)特征。在演示自由下落的可樂瓶沒有水柱噴出時，充分挖掘?qū)嶒灥膬?nèi)涵，讓學(xué)生理解水的噴出是由水的壓力引起。 　　通過放在臺秤上的砝碼在水平加速運動時讀數(shù)不變實驗，演示和例舉一些并非超重失重實例，如磁鐵吸引鐵質(zhì)的砝碼彈簧秤讀數(shù)變大實驗，進(jìn)一步從不同角度讓學(xué)生理解，物體超重、失重現(xiàn)象的運動學(xué)特征是物體有豎直方向的加速度。 　　課外通過對“超摩擦”“失摩擦”的研究，幫助學(xué)生理解鞏固研究物理問題的科學(xué)方法。 　　【課前準(zhǔn)備】 　　1．學(xué)生所需器材（四人一組）：彈簧秤、砝碼。 　　2．教師所需器材：彈簧秤、砝碼、物理支架、小臺秤、小車、磁鐵、可樂瓶、超重失重演示儀、多媒體投影儀。 　　【教學(xué)過程】 　　一、復(fù)習(xí)引入 　?。◤?fù)習(xí)牛頓第二定律的應(yīng)用，同時為新課教學(xué)中對超重與失重的解釋做理論儲備。） 　　練習(xí)：電梯以1．0m/s的速度豎直勻速上升，電梯地板對站在電梯里質(zhì)量為60kg的人的支持力為________N；如果電梯以0．5m/s2的加速度加速下降，地板對人的支持力又為_______N；（g取 10m/s2） 　　說明：解題時兩個受力分析圖（圖1）要留在黑板的右上角，為新課教學(xué)服務(wù)。 　　二、新課教學(xué) 　?。▽嶒灒┨骄恐唬? 　?。ㄒ陨钋榫暗膶?dǎo)入，引出物理問題） 　　請用給定器材（彈簧秤、砝碼），設(shè)計一個實驗，得到砝碼的重力大小。 　　教師將各組學(xué)生得到的結(jié)論寫在黑板上。 　　問題：1．你看到的彈簧秤讀數(shù)（直接）表示的是下列哪個力？ 　　A．物體的重力 　　B．彈簧秤對物體的拉力 　　C．物體對彈簧秤的拉力 　　D．手對彈簧秤的拉力 　　2．請學(xué)生討論后回答：彈簧秤測量物體重力的原理（二力平衡）。 　　小結(jié)：當(dāng)物體處于靜止或勻速運動時，物體對支持物的壓力或?qū)覓煳锏睦Φ扔谖矬w的重力。 　?。▽嶒灒┨骄恐? 　　請同學(xué)們用剛才的實驗器材“玩一玩”（教師在講玩一玩時，要用體態(tài)語言提示學(xué)生，手要上下運動），看一看有什么新現(xiàn)象。 　　學(xué)生：讀數(shù)不穩(wěn)定，有時候比剛才的讀數(shù)大，有時候小。 　　問題：1．你看到的彈簧秤讀數(shù)表示的是什么力？2．如果用“老經(jīng)驗”看（教師演示，用書擋住上下振動的砝碼），你認(rèn)為物體的“重力”有變化嗎？如何變化？3．物體的重力實際上會變化嗎？應(yīng)該是多少？ 　　小結(jié)：我們把彈簧秤的讀數(shù)大于物體的重力的現(xiàn)象，叫做物體的超重現(xiàn)象，這時物體所處的狀態(tài)稱為超重狀態(tài)；而把彈簧秤的讀數(shù)小于物體的重力的現(xiàn)象，叫做物體的失重現(xiàn)象，這時物體所處的狀態(tài)稱為失重狀態(tài)。注意，物體超重與失重時其本身的重力不變。 　?。▽嶒灒┨骄恐? 　　請同學(xué)們繼續(xù)剛才的實驗，想辦法使彈簧秤的讀數(shù)小于物體的重力。（明確的要求能使學(xué)生實驗更有目的性，暫時不提失重，可以降低難度，使實驗更生活化。） 　　學(xué)生1：讓物體下降。 　　學(xué)生2：物體勻速下降時，讀數(shù)卻不變化。 　　學(xué)生3：物體下降時，讀數(shù)并不都是變小，有時讀數(shù)也有變大。 　　學(xué)生4：物體上升時，也能看到讀數(shù)變小。 　　大家的觀察很仔細(xì)，請一、二組同學(xué)讓物體下降，三、四組同學(xué)讓物體上升，仔細(xì)實驗，觀察彈簧秤的讀數(shù)小于物體的重力發(fā)生在運動的哪個階段。 　　小結(jié)：（板書）彈簧秤的讀數(shù)小于物體的重力──物體下降的開始階段或物體上升結(jié)束階段 　　（理論）探究之四： 　　上述板書是生活化語言，如何轉(zhuǎn)化為簡潔的物理語言。 　?。▽W(xué)生比較容易將“彈簧秤的讀數(shù)小于物體的重力”，轉(zhuǎn)化為“物體失重”。但后半句語言的轉(zhuǎn)化就有些困難，教師可用下列問題引導(dǎo)學(xué)生探究。） 　　啟發(fā)性問題：1．物體下降、上升是描述哪方面物理問題（運動）2．描述運動可用哪些物理量（時間、位移、速度、加速度）3．用哪個物理量比較容易描述，如何描述 　　小結(jié)：（板書改為）失重──加速下降或減速上升。（圖2） 　?。ɡ碚摚┨骄恐澹? 　　請你們嘗試用牛頓第二定律解釋物體的失重現(xiàn)象 　　一、二組同學(xué)嘗試解釋物體減速上升，三、四組同學(xué)嘗試解釋物體加速下降。對有困難的小組，教師要引導(dǎo)學(xué)生觀察回顧圖1，及如何判斷加速度的方向。（投影點評學(xué)生的練習(xí)：如圖3，mg-F=ma，F(xiàn)=mg-ma 拉力小于重力） 　　探究之六： 　　請你們猜想，物體做怎樣的運動會處于超重狀態(tài)，并用實驗驗證、理論證實。 （實驗時，有部分學(xué)生發(fā)現(xiàn)，擺動物體（圓周運動）時，物體也會處于超重狀態(tài)，教師要給予學(xué)生充分肯定，并告訴學(xué)生在以后的學(xué)習(xí)中會得到解釋；正是由于會出現(xiàn)這種情況，所以在教學(xué)設(shè)計時先研究物體的失重。 　　小結(jié)：（板書）超重──加速上升或減速下降，（F-mg=ma，F(xiàn)=mg+ma拉力大于重力）（圖4）。 　　演示實驗1：（選自《中學(xué)物理》xx．12．33-34） 　　將滾擺沿豎直方向向上旋繞，當(dāng)?shù)竭_(dá)一定高度時，然后讓它做自由轉(zhuǎn)動下落運動。滾擺在加速下降過程中，我們可以看到杠桿左端向下傾斜，說明物體發(fā)生了失重現(xiàn)象。當(dāng)滾擺到達(dá)最低點時，向下猛減速和向上猛地加速過程中，我們可以看到杠桿左端向上傾斜，說明物體發(fā)生了超重現(xiàn)象。當(dāng)滾擺向上減速運動時，杠桿左端又向下傾斜說明物體發(fā)生了失重現(xiàn)象。 　?。?．觀察杠桿的平衡狀況，貼近學(xué)生對超、失重的真實感受，令學(xué)生信服。2．利用不等臂杠桿進(jìn)行放大，使超、失重現(xiàn)象的展示十分明顯和直觀。3．借助滾擺，使觀察現(xiàn)象時的時間較長且超失重過程的轉(zhuǎn)換具有連續(xù)性，學(xué)生可以連續(xù)進(jìn)行觀察。4．利用滾擺，充分展示向下加速、向下減速、向上加速、向上減速四種不同過程所對應(yīng)的超、失重現(xiàn)象，學(xué)生看到了直接的事實，印象深刻，突破教學(xué)難點。） 　　問題：讓學(xué)生觀察板書后問，物體的超、失重是否只決定于物體的速度方向，與速度的變化（加、減速）有無關(guān)系。（要讓學(xué)生充分討論，小組討論的結(jié)果要向全體同學(xué)闡述。） 　　小結(jié)：物體的超、失重，由物體的速度方向及速度的變化共同決定。 　　探究之七： 　　看來物體的超、失重現(xiàn)象，與物體速度的關(guān)系還相當(dāng)復(fù)雜，能否有更合適的物理量（時間、位移、速度、加速度）表征呢。（小組討論后學(xué)生能解決，教師對有困難小組要引導(dǎo)他們觀察黑板上的受力分析圖。） 　　小結(jié)：（板書改為） 　　超重──加速度向上（F-mg=ma，F(xiàn)=mg+ma 拉力大于重力） 　　失重──加速度向下（mg- F =ma，F(xiàn)=mg-ma 拉力小于重力） 　　演示實驗2： 　　物體有加速度，但卻不發(fā)生超、失重現(xiàn)象。（為了強(qiáng)調(diào)加速度的方向） 　　在水平的講臺上放一輛小車，小車上放一小臺秤，臺秤上放有砝碼，讓一位學(xué)生加速推動小車，同時觀察臺秤讀數(shù)的變化，將結(jié)果告訴同學(xué)。（讀數(shù)不變） 　　問題：為什么物體有加速度了，物體怎么還不會超、失重，請認(rèn)真思考。 　　小結(jié)：物體超、失重時，要豎直方向上有加速度。 　　演示實驗3：完全失重現(xiàn)象 　　將底部及瓶蓋戳有小孔的可樂瓶裝滿水，讓它從高處自由下落，演示水的完全失重現(xiàn)象。 　　演示這個實驗時，教師往往只演示了裝滿水的可樂瓶靜止在手中時，水從小孔中噴出，讓它從高處自由下落時水不會流出，從而說明物體處于完全失重狀態(tài)，這時a=g。 　　這樣做的后遺癥是，學(xué)生不能真正理解失重的本質(zhì)，往往還認(rèn)為水不能流出是因為水失去了重力，這樣不僅起不到鞏固知識反而是反作用。 　　演示時要注意以下幾個問題： 　　1．將底部四周戳上小孔，可以讓各個方向的學(xué)生看清楚現(xiàn)象。 　　2．裝滿水的可樂瓶靜止在手中時，反復(fù)幾次用手指封住、放開瓶蓋上的小孔，讓學(xué)生看清楚水的流動情形，理解水不能流出不是由于沒有重力，而是壓力不夠（大氣壓）。 　　3．裝滿水的可樂瓶靜止在手中時，將手指封住瓶蓋上的小孔，用另外一只手?jǐn)D壓瓶身，看到水流出，說明了水的流出是由于水的壓力作用，并不是水的重力作用。 　　4．通過該實驗讓學(xué)生領(lǐng)會：物體的超重（失重）是由于物體對支持面的壓力大于（小于）物體的重力。 　　小結(jié)：（板書改為） 　　超重──加速度向上（F-mg=ma，F(xiàn)=mg+ma 拉力或支持力大于重力） 　　失重──加速度向下（mg-F=ma，F(xiàn)=mg-ma 拉力或支持力小于重力） 　　完全失重──加速度為重力加速度（mg-F=mg，F(xiàn)=0拉力或支持力等于零） 　　練習(xí)： 　　1．某人站在臺秤的底板上，當(dāng)他下蹲的過程中（課后試一試） 　　A．由于臺秤的讀數(shù)等于人的重力，此人下蹲的過程中他的重力不變，所以臺秤的讀數(shù)也不變 　　B．此人下蹲的過程中，臺秤的底板既受到人的重力，又受到人的下蹲力，所以臺秤的讀數(shù)將增大 　　C．臺秤的讀數(shù)先增大后減小 　　D．臺秤的讀數(shù)先減小后增大 　　2．（回到引入新課時練習(xí)）問：電梯以0.5m/s2 的加速度加速下降，電梯中的人處于 狀態(tài)；人在電梯中有時感到電梯地板對人的腳底壓力加大這是 現(xiàn)象，這時電梯是在向上做 運動或者是向下做 運動；乘電梯時，有時因為進(jìn)入的人太多使電梯發(fā)出超載的警報聲，這是超重現(xiàn)象嗎？但有時正常關(guān)上門后，（老式）電梯起步時也會發(fā)出超載的警報聲，這是什么現(xiàn)象，為什么？這種現(xiàn)象還可能發(fā)生在什么時候？ 　　【問題研討】學(xué)生課外要思考的問題 　　引審探究一：將砝碼（鐵質(zhì)）掛在彈簧秤上，保持系統(tǒng)靜止，這時彈簧秤的讀數(shù)等于砝碼的重力，將磁鐵靠近砝碼的底端，會發(fā)現(xiàn)彈簧秤的讀數(shù)大于砝碼的重力，那么物體是處于超重狀態(tài)嗎？（不是） 　　引申探究二：用彈簧秤水平勻速拉動物體時，彈簧秤的讀數(shù)等于物體受到的摩擦力，如果水平拉動物體時，彈簧秤的讀數(shù)大于物體受到的摩擦力，我們假設(shè)稱它為超摩擦現(xiàn)象，那么什么情況下會發(fā)生超摩擦現(xiàn)象，什么情況下會發(fā)生失摩擦現(xiàn)象。請同學(xué)們先進(jìn)行猜測，然后設(shè)計一個實驗驗證。 　　【板書設(shè)計】 　　超重與失重 　　物體： 超重──加速度向上 　?。‵-mg=ma，F(xiàn)=mg+ma拉力或支持力大于重力） 　　失重──加速度向下 　?。╩g- F =ma，F(xiàn)=mg-ma拉力或支持力小于重力） 　　完全失重──加速度為重力加速度 　?。╩g- F =mg，F(xiàn)= 0 拉力或支持力等于零） 　　【作業(yè)設(shè)計】 　　以小組為單位，完成超摩擦、失摩擦實驗，報告實驗結(jié)果，并與超重、失重相比較尋找化們的異同點，寫出心得體會，組與組之間相互交流。