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本課曾在湖南省長沙市參加由中國物理學會舉辦的《全國第六屆青年物理教師教學大賽》中榮獲高中組一等獎 2019-2020年高中物理必修1《超重和失重》word獲獎教案 一、設計思想 新課程注重過程與方法，期待學生的自主探究。本節(jié)課將圍繞以下三個問題展開教學： 1．由生活經(jīng)驗和實驗概括出超重和失重的概念； 2．探究產(chǎn)生超重和失重的條件； 3．從牛頓第二定律出發(fā)推導發(fā)生超重現(xiàn)象和失重現(xiàn)象的原因。 為此，教師先通過生活中的事例幫助學生從現(xiàn)象中提取本質(zhì)，總結(jié)出超重和失重的概念；在探索超重、失重條件時，教師提供清晰真實的電梯內(nèi)超重、失重實驗錄像，引導學生根據(jù)實驗設計表格，記錄數(shù)據(jù)，通過實驗數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn)規(guī)律。在分析、解釋為什么會產(chǎn)生超重、失重現(xiàn)象時，教師先引導學生用已學的牛頓運動定律進行理論分析，在復習運用已有知識的基礎上再用傳感器等器材，通過實驗得到拉力（或壓力）F與加速度a的函數(shù)圖像，然后引導學生分析圖像物理意義及其實驗驗證。體會數(shù)學工具在研究物理問題上的應用。 二、教學目標 1．知識與技能 （1）了解超重和失重的概念，知道發(fā)生超重或失重現(xiàn)象時，物體的自身重力不變，只是對支持物的壓力（或?qū)覓煳锏睦Γ┌l(fā)生變化。 （2）掌握發(fā)生超重與失重現(xiàn)象的條件，理解其原因。 （3）能運用相關(guān)規(guī)律解釋生活中的超重與失重現(xiàn)象。 2．過程與方法 （1）讓學生經(jīng)歷收集證據(jù)、提出猜想、發(fā)現(xiàn)超重與失重規(guī)律的過程，學習科學探究方法。 （2）通過超重與失重概念及規(guī)律的學習，認識實驗及數(shù)學工具在研究物理問題中的作用。 3．情感、態(tài)度、價值觀 根據(jù)理論分析得到拉力（壓力）與加速度的圖象，再通過實驗進行驗證，使學生領(lǐng)略理論分析與實驗驗證的和諧統(tǒng)一。培養(yǎng)學生尊重客觀事實，事實求是的科學態(tài)度，使學生獲得成功的喜悅。 三、教學重點與難點 1．探索超重與失重的規(guī)律。 2．理解超重與失重現(xiàn)象中，拉力（或壓力）F與加速度a的函數(shù)圖像、物理意義及其實驗驗證。 四、教學過程 1．感知超重現(xiàn)象和失重現(xiàn)象 教師引導：觀看錄像《中央電視臺對楊利偉的專訪》引出超重和失重的問題。 錄象中包含超重和失重的對話 白巖松：楊利偉你好，我是白巖松。 楊利偉：白巖松你好。 …… 白巖松：在整個飛行的二十多的小時過程中，哪一段是你感覺最難受最具有挑戰(zhàn)性的？ 楊利偉：應該是剛?cè)胲壞莻€階段，在剛?cè)胲壍臅r候，人在失重情況下，怎樣去克服失重對身體的影響，應該是這一段。 白巖松：當時的難受程度是什么樣的？ 楊利偉：當時我有一個錯覺，自己感覺是頭朝下的位置，經(jīng)過自己一段時間的調(diào)整，和平時訓練的方法，進行克服的?！? 學生體驗: 教師演示彈簧秤和體重計所顯示的超、失重現(xiàn)象，指導學生觀察。 建 構(gòu)：在充分感受“超重和失重”現(xiàn)象的基礎上總結(jié)出“什么是超重現(xiàn)象和失重現(xiàn)象？” mg F拉 mg F壓 有時F拉大于mg 有時F壓大于mg 有時F壓小于mg 有時F拉小于mg 2．什么情況下發(fā)生超重或失重現(xiàn)象？（既：產(chǎn)生超重或失重現(xiàn)象的條件） 創(chuàng)建情景：播放電梯中的超重與失重錄象。（從一樓到六樓的超重和失重現(xiàn)象） 教師引導： （1）分析電梯在上升和下降過程中各階段的運動狀態(tài)； （2）指導學生進行觀察； （3）對學生提出探索的具體要求。 探索：發(fā)生超重和失重的條件 ① 觀察并記錄失重或超重現(xiàn)象都發(fā)生在電梯運行過程中的哪些階段? ② 猜測電梯內(nèi)的超重或失重現(xiàn)象與哪些運動物理量有關(guān),記錄該物理量在六個階段的情況，從表格尋找規(guī)律，并與同桌交流。 學生活動: （1）設計記錄實驗現(xiàn)象的表格； （2）觀察并記錄電梯中彈簧秤（或托盤秤）所顯示的超、失重現(xiàn)象都出現(xiàn)在哪些階段； （3）猜想發(fā)生超、失重現(xiàn)象與什么物理量有關(guān)？ （4）根據(jù)觀察記錄，分析猜想的合理性； （5）表達、交流、討論各自的分析結(jié)果。 學生設計的表格： 電梯運動 情況 現(xiàn)象記錄 （超重或失重） 電梯加速下降 電梯勻速下降 電梯減速下降 電梯加速上升 電梯勻速上升 電梯減速上升 失重 超重 超重 失重 不超重不失重 不超重不失重 相關(guān)物理量的情況 物理量1 物理量2 、、、、 師生互動：得到結(jié)論： 當加速度a方向向上時，發(fā)生超重現(xiàn)象。 當加速度a方向向下時，發(fā)生失重現(xiàn)象 3．為什么會發(fā)生超重和失重現(xiàn)象？ 一、 教師引導：以彈簧秤下的砝碼為研究對象， 設：豎直向上為正方向，根據(jù)牛頓第二定律，得：F＝mg+ma 當加速度方向向上時，F(xiàn)＝mg+ma > mg 產(chǎn)生超重現(xiàn)象， 當加速度方向向下時，F(xiàn)＝mg－ma < mg 產(chǎn)生失重現(xiàn)象。 教師引導：在物理學中，不但可以用數(shù)學公式表達物理規(guī)律，還可以借助數(shù)學圖象表達物理規(guī)律。如果以加速度a為橫坐標，以拉力（或壓力）F為縱坐標，那么，F(xiàn)＝mg+ma所對應的函數(shù)圖象如圖1所示。其中直線與橫坐標、縱坐標的交點分別是B和A。那么，A點、B點、AC段、AB段、BD段分別表示什么含義呢？ D 0 A B a F C 圖2 圖1 學生活動：討論A點、B點、AC段、AB段、BD段的物理意義，并發(fā)言。 教師引導：那么，事實上是否如此呢？讓我們用實驗進行驗證。介紹實驗器材及實驗原理。 演示實驗：得到如圖2的實驗圖象。 學生活動：證明實驗得到的直線（圖2）就是理論分析中的直線（圖1）。 教師引導：其中B點的物理意義是：當加速度a等于重力加速度時，拉力為零，這種失重稱為完全失重。演示完全失重現(xiàn)象。 圖3 4．解釋身邊的超重和失重現(xiàn)象 問 題1： 老師在下蹲過程中的超失重情況是怎樣的？ 學生活動：分析老師在下蹲過程中的超重、失重情況。 實驗驗證：再用傳感裝置驗證同學們的分析是否正確，得到實驗圖象3分析圖象含義。 問 題2：（演示）礦泉水瓶的側(cè)面和底部都開有小孔，當裝滿水的礦泉水瓶在自由下落過程中，為什么小水柱會消失？ 板 書：四、解釋身邊的超重或失重現(xiàn)象 五、拓展 楊利偉隨火箭升空的過程中，他的身體姿勢應該是怎樣的？為什么？ 六、教學反思 1．經(jīng)過探究活動之后，通過分析實驗結(jié)果學生大致可以得到如下結(jié)論： （1）不論物體運動方向向上還是向下，也不論物體的速度是變大還是變小，都有超重現(xiàn)象或者失重現(xiàn)象發(fā)生。 （2）當物體具有向上加速度時，產(chǎn)生超重現(xiàn)象，當物體具有向下加速度時，產(chǎn)生失重現(xiàn)象。這就是產(chǎn)生超重和失重現(xiàn)象的條件。第二點不太明顯，這就要求學生對記錄表格進行嚴格細致的理性分析，對學生來說是個難點，教學中教師要注意點拔。 2．基礎較好的學生可能會想到加速度方向是否影響超重現(xiàn)象還是失重現(xiàn)象的原因這個問題，教師正好可以抓住學生這種猜測，引出第三個要研究的問題。而在用牛頓運動定律理論分析得到產(chǎn)生超重、失重現(xiàn)象的原因即超重：F＝mg+ma > mg ，失重：F＝mg－ma < mg 后，學生自然會發(fā)現(xiàn)加速度的大小其實是影響超重、失重現(xiàn)象的嚴重程度的因素。 3．對基礎較好的學生而言，用牛頓運動定律分析得到產(chǎn)生超重、失重現(xiàn)象的原因這一環(huán)節(jié)，可以由學生自行分析推導。 4．完全失重的概念教材是直接給出，本節(jié)課時間不夠充分討論這個問題。但對于基礎好的學生而言，教師可以通過分析加速度和力的圖像中的B點（如圖4）引入這個概念以留給學生作為課后思考。 D 0 A B a F C 圖4 圖5 紙帶 5．關(guān)于用數(shù)據(jù)采集其中“力的傳感器”進行實驗得到的力隨時間變化的圖像，要求學生討論圖像中各段的物理意義，這個對學生來說有一定難度，要求學生具有一定的想象能力，能將圖像與砝碼的實際運行過程聯(lián)系起來。對普通學生老師可以進行適當?shù)囊龑А? 6．對于礦泉水瓶的完全失重實驗，我在參加第三屆全國青年物理教師教學大賽上看到一種更精彩的實驗方法，即將一張紙卷成一個比礦泉水瓶稍大的圓圈，讓裝滿了帶顏色水的側(cè)面開了孔的礦泉水瓶從紙圈中間豎直落下，如果紙圈沒有染上顏色，說明水沒有從側(cè)面的小孔射出來。 七、教學流程圖 開始 1、什么是超重現(xiàn)象和失重現(xiàn)象 2、什么情況下發(fā)生超重和失重現(xiàn)象 3、為什么會發(fā)生超重和失重現(xiàn)象 4、解釋身邊的超重和失重現(xiàn)象 觀看錄像《中央電視臺對楊利偉的專訪》引出問題 總結(jié)出超重、失重現(xiàn)象概念 播放電梯中的超重與失重錄象,教師提出具體探索要求 歸納出產(chǎn)生超重、失重條件 教師提出問題 結(jié)束 討論交流得出結(jié)論 充分感受“超重和失重”現(xiàn)象 教師演示彈簧秤和體重計所顯示的超、失重現(xiàn)象，指導學生觀察。 學生設計表格，觀察并記錄實驗現(xiàn)象 理論分析產(chǎn)生超重、失重原因 學生分析圖像反映的物理意義 學生利用傳感器進行實驗驗證 教師介紹并演示失重狀態(tài) 學生從表格中尋找規(guī)律，交流并討論 學生分析問題中的超重和失重情況 學生利用傳感器進行實驗驗證