【核心素养】4.6 超重与失重 教学设计

超重与失重
教材分析：
超重与失重既是牛顿运动定律的应用，又是日常生活中常见的物理现象，它还是当今宇宙开发中面临的重要问题。所以，通过对超失重的分析，既能进一步巩固学生学习过的受力分析、牛顿运动定律等知识，又能增强物理知识与日常生活、宇宙开发的联系。
教学目标与核心素养：
【物理观念】能理解牛顿运动定律的内涵，能分析超重和失重现象，知道单位制的意义及国际单位制中的力学单位；能利用牛顿运动定律解释生产生活中的相关现象、解决一些实际问题。
【科学思维】能用牛顿运动定律相关的证据表达自己的观点；能从不同的角度解决动力学问题，具有质疑和创新的意识。
【科学探究】经历实验探究的过程，观察并体验超重和失重现象；学习科学探究的方法，进一步学会运用牛顿运动定律解决实际问题的方法。
【科学态度与责任】将物理知识与生活现象紧密联系，让学生学会观察生活，知道物理就在身边。
教学重难点：
【教学重点】理解超重和失重的含义以及产生超重和失重现象的条件
【教学难点】运用牛顿第二定律和牛顿第三定律对生产生活中的超失重现象进行分析推理，并解决相关现象。
教学过程：
【课前回顾】
情景：人的质量m为50kg,g=10m/,站在电梯中用体重计测量体重：
1.当电梯静止时，求人对体重计的压力。
2.当电梯以5m/的加速度加速上升时，求人对体重计的压力。
3.当物体以5m/的加速度减速上升时，求人对体重计的压力。
【导入新课】
小实验：学生在体重计上下蹲、起立，观察现象，激发学生的学习兴趣，引出超重与失重现象。
【新课讲授】
环节一：重力的测量方法有哪些？
自主思考：如图人在用体重计（单位N）称量体重：
被测人受哪几个力的作用？
如果人静止在体重计上，这几个力的大小关系是怎样的？
体重计的示数反映的是哪个力的大小？
体重计的示数什么情况下等于人的重力
弹簧秤（台秤）的示数表示的是物体对
弹簧秤的拉力大小（物体对台秤压力大小）
得出“视重”的概念：物体对竖直悬挂物的拉力或者对水平支持物的压力视为物体的重力——视重。
被测物体静止时，根据二力平衡，弹簧秤（台秤）
对物体的拉力（支持力）等于重力
“实重”：物体静止时，弹簧秤（台秤）的示数即为物体的实际重力。
（3）
电梯中的怪现象：观察电梯从静止开始上升的过程中，台秤示数如何变化？
【视频分析】
电梯状态 台秤示数 视重 实重
电梯静止 3.8kg=38N =
加速上升 4.4kg=44N >
匀速上升 3.8kg=38N =
减速上升 3.4kg=34N
【现象总结】（得出超失重定义）
1.超重：物体对悬挂物的拉力（或对支持物的压力）大于物体所受重力的现象。
2.失重：物体对悬挂物的拉力（或对支持物的压力）小于物体所受重力的现象。
思考：为什么会发生超重、视重现象？
二、用力学传感器探究超重与失重的条件
【探究步骤】
1.握住传感器的手柄，使其测钩竖直向下，点击“调零”；
2.将钩码悬挂在力传感器测钩上；
3.手持悬挂有重物的力传感器，沿垂直于地面的方向先突然下降至停止，后突然上升至停止，观察波形变化。
【分析图像】
分析表格，得出结论。
【实质】与速度方向无关，由加速度方向决定。超重：加速度方向向上。实重：加速度方向向下。
【理论分析】升降过程中钩码的受力情况
向下运动：
加速下降 a向下，合力向下；G-T=ma ；T=G-ma减速下降 a向上，合力向上；T-G=ma ；T=G+ma>G 超重
向上运动：
加速上升 a向上，合力向上; T-G=ma ; T=G+ma>G 超重
减速上升 a向下，合力向下；G-T=ma ； T=G-ma【超失重实质】
超重实质：物体处于超重状态时，物体的重力并没有发生变化，只是因为竖直方向上有向上的加速度，物体对水平支持物的压力（或对悬挂物的拉力）相对平衡状态时增大了，出现了 “视重”大于“实重” 的现象。
失重实质：物体处于失重状态时，物体的重力并没有发生变化，只是因为竖直方向上有向下的加速度，物体对水平支持物的压力（或对悬挂物的拉力）相对平衡状态时减小了，出现了“视重”小于“实重”的现象。
（从例题出发引出完全失重概念）
思考：若人站在升降机里和升降机一起以重力加速度g下降，测力计的示数是多少？为什么？
【完全失重】当物体对支持物（或对悬挂物的拉力）等于零时，我们称物体处于完全失重状态。
原因：物体竖直向下的加速度等于重力加速度。
体验完全失重实验：侧面有一个洞的水瓶里面装满水，让水瓶做自由落体运动，水会不会从洞中射出来？为什么？
当杯子自由下落时，杯中的水处于完全失重状态，水的内部没有压力，故水不会喷出。但杯子中水的重力仍然存在，其作用效果是用来产生重力加速度。
【课堂小结】
现象 概念 产生条件 实质
超重 a向上
失重 a向下 G不变
完全失重 视重等于0 a=g 向下