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2019-2020年高中物理《超重與失重》教案1 教科版必修1 一． 教學(xué)內(nèi)容分析 1． 內(nèi)容與地位 《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》共同必修模塊“物理1”中的第二個(gè)二級(jí)主題“相互作用與運(yùn)動(dòng)規(guī)律”中涉及本節(jié)的內(nèi)容有條目4：“……通過(guò)實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)超重和失重現(xiàn)象?！币髮W(xué)生能通過(guò)一些實(shí)驗(yàn)或具體的活動(dòng)來(lái)了解和體驗(yàn)超重和失重。 本節(jié)內(nèi)容是本章知識(shí)應(yīng)用的一個(gè)典型的例子。其典型性表現(xiàn)為，其一，此現(xiàn)象產(chǎn)生原因的分析要用到牛到頓第二定律，這不僅有利于學(xué)生鞏固對(duì)定律的內(nèi)容理解，而且有助于培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題的能力；其二，這是一個(gè)貼近日常生活的實(shí)際問(wèn)題，學(xué)生熟悉，可親身感受，而且充滿驚奇和妙趣，能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探究熱情，這對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)有著極其重要的引導(dǎo)作用。是一個(gè)很好的學(xué)習(xí)資源。其三，超重和失重現(xiàn)象與航空航天技術(shù)緊密相聯(lián)系，對(duì)于開發(fā)空間技術(shù)有著極其重要的戰(zhàn)略意義。讓學(xué)生了解前沿科學(xué)，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的想象能力和創(chuàng)新思想具有重要作用。 2． 教學(xué)目標(biāo) （1） 理解超重和失重現(xiàn)象，并能應(yīng)用牛頓第二定律解釋此現(xiàn)象。 （2） 培養(yǎng)學(xué)生觀察能力、分析推理能力和想象能力。 （3） 體驗(yàn)超重和失重，激發(fā)學(xué)生的求知欲望。了解超重和失重環(huán)境的奇妙性和重要性，培養(yǎng)學(xué)生的探究技能。 3． 重點(diǎn)難點(diǎn) 認(rèn)識(shí)超重、失重概念，理解超重、失重的原因。 二． 案例設(shè)計(jì) （一） 引入新課 視頻展示：翻滾過(guò)山車錄相片斷。 問(wèn)題：從錄相片段中，你們觀察了什么？ 學(xué)生：驚險(xiǎn)、刺激、恐懼、不安……。 問(wèn)題：為什么會(huì)出現(xiàn)這些心理反應(yīng)？ 學(xué)生1：因?yàn)樗俣忍?，因?yàn)樘幱诟呖罩?，因?yàn)楦咚贇饬鲗?duì)人強(qiáng)烈沖擊作用，因?yàn)楦咚賻?lái)的視覺(jué)上強(qiáng)烈刺激作用…… 學(xué)生2：可能不單單是高速、高空帶來(lái)刺激和不安，因?yàn)楦呖罩懈咚亠w行飛機(jī)中的乘客卻沒(méi)有表現(xiàn)出如此不安與恐懼。 …… 老師：其實(shí)，過(guò)山車游客出現(xiàn)上述強(qiáng)烈心理和生理反應(yīng)，除了同學(xué)們分析的原因之外，還有一個(gè)很重要的因素就是與我們這一節(jié)所學(xué)的兩個(gè)物理現(xiàn)象有關(guān)，即超重和失重現(xiàn)象。 （設(shè)計(jì)本環(huán)節(jié)的目的是希望通過(guò)學(xué)生熟悉而又感興趣生活現(xiàn)象激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)又點(diǎn)出本節(jié)課所要學(xué)習(xí)的物理內(nèi)容，體現(xiàn)了從生活走向物理的教學(xué)設(shè)計(jì)理念。） （對(duì)于實(shí)驗(yàn)條件不許可學(xué)校，教師也可改用如圖6—？的實(shí)驗(yàn)引入新課。演示時(shí)，將裝置升到天花板，當(dāng)擺球擺到最高位置時(shí)，將繩子松開，讓整個(gè)裝置自由下落，請(qǐng)同學(xué)們觀察現(xiàn)象，擺仍然保持在偏斜的位置，并不來(lái)回?cái)[動(dòng)。為什么？這就是本節(jié)課要揭示的秘密——失重現(xiàn)象） 為了揭開這個(gè)問(wèn)題的本質(zhì)，請(qǐng)同學(xué)們先看下面的問(wèn)題。 問(wèn)題1：站在地面上的同學(xué)，他對(duì)地面的壓力多大？當(dāng)他突然下蹲瞬間，人對(duì)地面的壓力如何變化？ （問(wèn)題一提出，學(xué)生坐不住了，躍躍欲試，想站起來(lái)找下蹲的感覺(jué)。學(xué)生之間議論紛紛，爭(zhēng)論的焦點(diǎn)集中在后一個(gè)問(wèn)題上，同學(xué)們各抒已見，思維之間相互沖突，歸納起來(lái)有兩種看法） 學(xué)生1：對(duì)地面的壓力變小了。 學(xué)生2：對(duì)地面的壓力增大了，因?yàn)槿讼露讜r(shí)，人有向下沖擊的作用，所以壓力增大了。 （學(xué)生的認(rèn)識(shí)往往依據(jù)自己已有的經(jīng)驗(yàn)，因此課堂上如何引導(dǎo)，這個(gè)問(wèn)題值得思考。應(yīng)按認(rèn)識(shí)規(guī)律，讓學(xué)生在觀察思考的過(guò)程中，引導(dǎo)他們不斷修正自己的觀點(diǎn)，形成正確的認(rèn)識(shí)。） 體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)：請(qǐng)一個(gè)學(xué)生站在臺(tái)式體重計(jì)上，突然下蹲，觀察示數(shù)的變化情況？（有條件的學(xué)校，可用一攝像頭將示數(shù)變化情況投到屏幕上） （選擇這一實(shí)驗(yàn)理由，一是考慮可操作性，二是因?yàn)榇诉^(guò)程既有超重問(wèn)題，又有失重問(wèn)題，合二為一，現(xiàn)象表現(xiàn)的問(wèn)題比較突出） 觀察結(jié)果：示數(shù)先變小，后又變大，即人對(duì)地面的壓力先變小后變大——這就是失重和超重現(xiàn)象 這是為什么呢？如何解釋這個(gè)現(xiàn)象？這是我們這一節(jié)課要研究的中心內(nèi)容。 （如果說(shuō)過(guò)山車錄相所展示的場(chǎng)景，僅僅給學(xué)生對(duì)超重與失重現(xiàn)象認(rèn)識(shí)帶來(lái)“心靈”上感受，那么，這一段的設(shè)計(jì)卻給學(xué)生對(duì)超重和失重帶來(lái)“量”上感受。當(dāng)然后續(xù)教學(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)該給學(xué)生以“質(zhì)”上的認(rèn)識(shí)。） 下面，我們通過(guò)具體實(shí)例從理論上探究上述現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。 （二） 超重與失重現(xiàn)象 問(wèn)題2：如圖6—1所示，一個(gè)人在升降機(jī)內(nèi)做一實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)時(shí)將一彈簧秤掛在升降機(jī)內(nèi)，彈簧秤下掛一質(zhì)量為m=5kg的物體。 問(wèn)題（1）若升降機(jī)以大小a=0.8m/s2加速度向上加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，此人看到的彈簧秤示數(shù)多少？此讀數(shù)比重力大還是??？ 給學(xué)生幾分鐘的思考、分析時(shí)間。在這段時(shí)間內(nèi)教師最重要的工作是捕捉課堂上來(lái)自學(xué)生的有用教學(xué)信息，捕捉的信息不應(yīng)只限制于學(xué)生正確的分析過(guò)程和答案，對(duì)于學(xué)生中出現(xiàn)的各種各樣的不同的想法，同樣是有用的課堂教學(xué)資源。教師選擇幾種有代表性的想法展示出來(lái)（板書在黑板或投影在屏幕上）。 學(xué)生的可能分析過(guò)程有： 學(xué)生1：物體受兩個(gè)力作用，重力和彈簧秤對(duì)物體的拉力。因?yàn)槲矬w的加速度向上，物體所受的合力向上，所以彈簧秤對(duì)物體的拉力大于重力，即彈簧秤的示數(shù)大于重力（定性分析） 學(xué)生2：物體受兩個(gè)力作用，重力和彈簧秤對(duì)物體的拉力。因?yàn)槲矬w的速度向上，物體所受的合力向上，所以彈簧秤對(duì)物體的拉力大于重力，即彈簧秤的示數(shù)大于重力（定性分析） 學(xué)生3：根據(jù)牛頓第二定律得 mg－T=ma 所以 T=mg－ma=（59.8－50.8）N=45.0N 彈簧秤的示數(shù)T′=T=45.0N＜mg=49.0N（定量分析） 學(xué)生4：根據(jù)牛頓第二定律得 T－mg=ma 所以 T=mg＋ma=（59.8＋50.8）N=53.0N 彈簧秤的示數(shù)T′=T=53.0N＞mg=49.0N（定量分析） 對(duì)于上述四個(gè)具有代表性的分析過(guò)程，教師如何點(diǎn)評(píng)，對(duì)學(xué)生最有幫助，收到最好的教學(xué)效果，值得思考。課堂上教師不仿引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行討論，傾聽學(xué)生的不同想法，達(dá)到更大范圍、更深程度曝露學(xué)生認(rèn)知中存在的問(wèn)題。在此基礎(chǔ)上，教師進(jìn)行必要點(diǎn)拔、穿針引線，讓存在于學(xué)生中的問(wèn)題靠學(xué)生自身努力加以解決，這是解決問(wèn)題的最有效辦法。它不僅解決了這個(gè)問(wèn)題，更重要的是培養(yǎng)了學(xué)生分析解決問(wèn)題的能力。 共識(shí)：學(xué)生1和學(xué)生4的分析是正確的。 有了解決（1）問(wèn)題基礎(chǔ)后，教師再拋出以下（2）、（3）、（4）問(wèn)題 問(wèn)題（2）若升降機(jī)以大小a=0.8m/s2加速度向下減速運(yùn)動(dòng)時(shí)，此人看到的彈簧秤示數(shù)多少？此讀數(shù)比重力大還是小？ 問(wèn)題（3）若升降機(jī)以大小a=0.8m/s2加速度向下加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，此人看到的彈簧秤示數(shù)多少？此讀數(shù)比重力大還是小？ 問(wèn)題（4）若升降機(jī)以大小a=0.8m/s2加速度向上減速運(yùn)動(dòng)時(shí)，此人看到的彈簧秤示數(shù)多少？此讀數(shù)比重力大還是??？ 設(shè)計(jì)這三個(gè)問(wèn)題的目的，是讓學(xué)生進(jìn)一步思考，電梯在不同的運(yùn)動(dòng)情況下，彈簧秤示數(shù)還有什么變化，從而讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)如下規(guī)律： 規(guī)律1：掛在彈簧下的物體，彈簧秤顯示的示數(shù)不一定都等于物體的重力大小。 規(guī)律2：當(dāng)電梯加速上升和減速下降的情況下，人觀察到的彈簧秤示數(shù)（即視重）均大于重力。 規(guī)律3：當(dāng)電梯加速下降和減速上升的情況下，人觀察到的彈簧秤示數(shù)（即視重）均小于重力。 由此引出超重和失重概念。并注意強(qiáng)調(diào)超重、失重與物體重力變化的區(qū)別！ 問(wèn)題3：從上述幾個(gè)實(shí)例中，分析產(chǎn)生超重、失重的本質(zhì)原因是什么？ 學(xué)生根據(jù)上述四個(gè)問(wèn)題結(jié)論的比較，不難得出如下規(guī)律： 規(guī)律3：不論物體向上或向下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)物體具有向上加速度時(shí)，物體必然出現(xiàn)超重現(xiàn)象；當(dāng)物體具有向下加速度時(shí)，物體必然出現(xiàn)失重現(xiàn)象。 請(qǐng)同學(xué)們解釋本節(jié)引入新課的問(wèn)題，人下蹲過(guò)程為什么對(duì)地面的壓力先變小后變大。（目的是為了呼應(yīng)本節(jié)開始時(shí)引入的問(wèn)題，有回歸之意，讓本節(jié)的主題進(jìn)一步得到突出。） 問(wèn)題2中的最后一個(gè)問(wèn)題 問(wèn)題（5）：若升降機(jī)以大小a=g加速度加速下降時(shí)，此人觀察到的彈簧秤示數(shù)為多少？ 此問(wèn)題由學(xué)生分析 學(xué)生可能分析預(yù)測(cè)： 定性分析：當(dāng)物體以加速度a=g加速下降時(shí)，物體所受的合力大小等于重力，故彈簧秤對(duì)物體的無(wú)拉力。所以彈簧秤的讀數(shù)為零。 定量分析：根據(jù)牛頓第二定律得 T－mg=ma 所以 T=mg－ma=mg－mg=0 由此引出失重中的一個(gè)特殊現(xiàn)象——完全失重概念，即物體具有向下加速度且大小等于重力加速度時(shí)，彈簧秤拉力等于零的現(xiàn)象。 值得一提的是定性分析和定量分析要靈活應(yīng)用，定性分析往往比較直觀、形象，在教學(xué)中要引起重視。 演示實(shí)驗(yàn)：失重現(xiàn)象 （1） 實(shí)驗(yàn)裝置如圖6—2所示，桿處于水平平衡，若將鐵鏈一端的細(xì)繩燒斷，桿還會(huì)平衡嗎？為什么？ （2） 動(dòng)手分組實(shí)驗(yàn)：如圖6—3，取一可樂(lè)瓶，在瓶底部打一小孔，在瓶中盛一定量的水，水將從小孔中流出。若將可樂(lè)瓶從空中自由落下，水會(huì)從小孔中流出嗎？請(qǐng)解釋為什么？如果可樂(lè)瓶是向上拋出呢？ （三）超重和失重現(xiàn)象的利與弊 1．超重現(xiàn)象與人的生理反應(yīng) （1） 問(wèn)題：飛船發(fā)射時(shí)加速上升，宇航員處于超重狀態(tài)，而且發(fā)射時(shí)由于加速度很大，超重很“嚴(yán)重”，體內(nèi)血液往下肢“墜”，一方面造成血管承受壓力加大，另一方面造成血液循環(huán)困難，腦部會(huì)出現(xiàn)缺血和缺氧現(xiàn)象。為了減少超重對(duì)人的生理影響，飛船發(fā)射時(shí)，宇航員成什么姿勢(shì)較好？ （設(shè)計(jì)本問(wèn)題的目的是希望學(xué)生能夠關(guān)注超重環(huán)境對(duì)生命系統(tǒng)帶來(lái)的影響，把學(xué)科間的知識(shí)聯(lián)系起來(lái)，培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問(wèn)題的能力。） （2） 超重環(huán)境模擬儀：為了訓(xùn)練宇航員適應(yīng)超重環(huán)境，宇航員要在超重環(huán)境中進(jìn)行訓(xùn)練。如圖6—4所示就是超重環(huán)境模擬儀，當(dāng)訓(xùn)練艙旋轉(zhuǎn)時(shí)，艙處于超重狀態(tài)。 （可用照片和視頻圖象展示，對(duì)于其中的原理可不做解釋，但是可以給學(xué)生一個(gè)懸念——這是圓周運(yùn)動(dòng)的知識(shí)，其目的是為了進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生探究新知識(shí)的欲望，是后續(xù)教學(xué)的一個(gè)“伏筆”。） 2． 失重現(xiàn)象 視頻展示：宇宙員在空間站工作和生活畫面，最好含有宇航員喝水畫面。（在失重狀態(tài)下水成球形，也可用一個(gè)模擬實(shí)驗(yàn)展示。取一玻璃瓶，裝入半瓶水，后再往瓶中倒入一勺食用油。最后往瓶中逐漸加入酒精，并搖動(dòng)瓶子直到油成球形。原理：當(dāng)水和酒精混和液的密度等于油的密度時(shí)，油滴受到重力與浮力平衡，此時(shí)油在表面張力作用下成球形） 想象活動(dòng)：根據(jù)你對(duì)失重現(xiàn)象的理解，想象，在地面上的生產(chǎn)、生活或?qū)嶒?yàn)現(xiàn)象在在失重情況可能出現(xiàn)什么現(xiàn)象或產(chǎn)生什么影響，這些現(xiàn)象有什么有利一面和不利另一面，不利的一面如何克服？有利的一面可能有什么應(yīng)用？（例如：太空飲食問(wèn)題，太空中排泄問(wèn)題，太空中睡覺(jué)問(wèn)題。太空中泡沫金屬，太空中的晶體生長(zhǎng)，太空中懸浮冶煉等等。） （本環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)的目的是希望學(xué)生不僅理解失重現(xiàn)象，而且能夠把這種現(xiàn)象與生活、生產(chǎn)聯(lián)系起來(lái)。一方面是為了培養(yǎng)學(xué)生探究新問(wèn)題的能力，另一方面是培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)踐問(wèn)題的能力，再一方面是為了培養(yǎng)學(xué)生的想象能力，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。） 失重環(huán)境是一個(gè)特殊環(huán)境，它對(duì)生物生長(zhǎng)或物理現(xiàn)象、化學(xué)現(xiàn)象等產(chǎn)生影響。為了鼓勵(lì)青少年創(chuàng)新，同時(shí)也為了充分應(yīng)用失重環(huán)境或微重力環(huán)境的寶貴資源，美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）每次發(fā)射航天飛機(jī)之前，在世界各國(guó)中學(xué)生中征集飛船搭載實(shí)驗(yàn)方案，我國(guó)中小學(xué)生設(shè)計(jì)的方案曾被選中，例如，1990年，18歲的俞緯設(shè)計(jì)的“草履蟲生成”實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目從全國(guó)7000多個(gè)太空搭載實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中脫穎而出，被美國(guó)國(guó)家航空航天局選中，搭乘“發(fā)現(xiàn)號(hào)”航天飛機(jī)進(jìn)行了太空實(shí)驗(yàn)。xx年，中國(guó)女生李桃桃提出的“蠶在太空吐絲結(jié)繭”搭載實(shí)驗(yàn)，由美國(guó)“哥倫比亞”號(hào)航天飛機(jī)送入太空，遺憾的是“哥倫比亞”號(hào)返回時(shí)墜毀，失去了寶貴觀察記錄。我國(guó)從87年開始開展太空搭載實(shí)驗(yàn)，取得了不少實(shí)驗(yàn)成果，從xx年開始，利用返回式衛(wèi)星開展有償征集太空搭載實(shí)驗(yàn)，云南省金實(shí)小學(xué)的學(xué)生申請(qǐng)的“跳舞草種子”搭載實(shí)驗(yàn)方案獲得通過(guò)，并由我國(guó)第18個(gè)返回式衛(wèi)星送上太空。以上有關(guān)方面的具體情況可上網(wǎng)查閱相關(guān)資料。 課外實(shí)踐：（1）到賓館乘坐電梯，體驗(yàn)賓館電梯起動(dòng)或停止時(shí)間人的感受。或到游樂(lè)場(chǎng)感受過(guò)山車或極速升降機(jī)（2）上網(wǎng)查看超重和失重相關(guān)資料 三． 案例評(píng)析 本教學(xué)案例設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)思路上突出了生活性、問(wèn)題性、主體性、時(shí)代性和創(chuàng)新性。 本節(jié)開始，引入話題是一個(gè)人人都能體驗(yàn)的很生活化現(xiàn)象——人的下蹲過(guò)程，但是從中引出的問(wèn)題——人對(duì)地面的壓力如何變化？卻不是一個(gè)人人都能回答正確的問(wèn)題，而且這個(gè)問(wèn)題緊緊扣住了本節(jié)的中心內(nèi)容。這個(gè)問(wèn)題的答案先從實(shí)驗(yàn)給出，然后尋求理論上解釋。這種“先果后因”處理手法，其目的是為了讓學(xué)生的預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果可能形成更多思維上沖突，有助于激發(fā)學(xué)生進(jìn)一步探究的欲望。 解決問(wèn)題過(guò)程始終體現(xiàn)學(xué)生主體參與的設(shè)計(jì)理念。本節(jié)內(nèi)容是應(yīng)用牛頓定律解決實(shí)際問(wèn)題的課題，課堂中設(shè)計(jì)許多系列小問(wèn)題，目的是把學(xué)生推到問(wèn)題之中，并且由學(xué)生自行解決，一方面讓學(xué)生在解決問(wèn)題過(guò)程中暴露新問(wèn)題，從而捕捉課堂有用信息，共享信息資源，解決了學(xué)生中最有針對(duì)性的問(wèn)題；另一方面培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力 ，這種從“問(wèn)題到問(wèn)題”，從“學(xué)生到學(xué)生”的設(shè)計(jì)，體現(xiàn)了課堂教學(xué)“以生為本”的設(shè)計(jì)思想。 教學(xué)中設(shè)計(jì)幾個(gè)小環(huán)節(jié)——視頻展示、想象活動(dòng)、相關(guān)鏈接等內(nèi)容具有很濃的時(shí)代氣息，不僅抓住了當(dāng)代中學(xué)生學(xué)習(xí)的心理特點(diǎn)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)有助于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維能力，這是目前中學(xué)教學(xué)中要特別關(guān)注的問(wèn)題。