4.7 超重与失重 课时教案（表格式）2025--2026年教科版高中物理必修第一册

4.7《超重与失重》课时教案
学科 物理 年级册别 高一上册 共1课时
教材 教科版高中物理必修第一册 授课类型 新授课 第1课时
教材分析
教材分析
本节内容位于牛顿运动定律的应用部分，是力学知识在非平衡状态下的重要拓展。教材通过电梯中人的体重变化这一生活现象引入超重与失重概念，引导学生从加速度方向分析受力情况，深化对牛顿第二定律的理解。内容承前启后，既是对前面受力分析和运动规律的综合应用，也为后续学习航天科技、圆周运动等提供基础支撑。
学情分析
高一学生已掌握重力、弹力、摩擦力等基本概念，并能进行简单的受力分析，具备运用牛顿第二定律解决直线运动问题的能力。但对“视重”与“实重”的区别理解模糊，容易将超重误解为重力增大。学生具有强烈的好奇心，生活中乘坐电梯的经历丰富，但缺乏科学观察与理性分析的习惯。教学需借助实验和情境引导，帮助学生突破思维定式，建立正确的物理观念。
课时教学目标
物理观念
1. 理解超重与失重的本质是物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力大于或小于物体重力的现象，明确其并非重力发生变化。
2. 掌握判断超重与失重的方法：当物体具有向上的加速度时发生超重，具有向下的加速度时发生失重，能结合牛顿第二定律进行定量分析。
科学思维
1. 能通过理想化模型构建（如电梯中的台秤）抽象出物理情景，运用受力分析和牛顿第二定律推导出支持力表达式，提升逻辑推理能力。
2. 能区分“视重”与“实重”，辨析日常经验与科学概念之间的差异，发展批判性思维。
科学探究
1. 能设计并参与“电梯中的体重变化”模拟实验，使用弹簧测力计和钩码观察加速上升与下降过程中的读数变化，收集证据验证理论预测。
2. 能根据实验现象提出问题、形成假设、分析数据并得出结论，体验完整的科学探究过程。
科学态度与责任
1. 感受物理学解释生活现象的力量，增强探索自然规律的兴趣和信心。
2. 认识超重与失重在航天飞行、过山车设计等实际场景中的应用价值，体会物理与技术、社会的紧密联系。
教学重点、难点
重点
1. 超重与失重的概念及其产生条件（加速度方向）。
2. 运用牛顿第二定律分析竖直方向加速运动中的受力关系。
难点
1. 理解“视重”与“实重”的区别，破除“超重就是重力变大”的错误前概念。
2. 在复杂情境中准确判断加速度方向并正确应用规律。
教学方法与准备
教学方法
情境探究法、实验探究法、讲授法、合作学习
教具准备
弹簧测力计、钩码、手机加速度传感器APP、PPT课件、视频素材
教学环节 教师活动 学生活动
情境导入，激发兴趣
【5分钟】 一、创设真实情境，引发认知冲突 （一）、播放电梯启动与制动视频，设置悬念。
教师播放一段精心剪辑的电梯上下行全过程视频，重点突出电梯刚启动上升和即将停止下降时乘客身体轻微下陷或上浮的现象。随即提问：“你有没有注意到，在电梯刚启动向上时，感觉脚下特别‘踏实’，甚至像被压住了一样？而在快到顶层要停下来的时候，又好像轻飘飘的？这是为什么？” 此时并不急于给出答案，而是让学生自由发言分享自己的体验。有学生可能会说“是因为速度快了”，也有会说“是心理作用”。教师微笑着回应：“这些想法都很有意思，但我们今天要用物理学的眼睛来看待这个熟悉又陌生的现象。”
（二）、引入“视重”概念，建立探究起点。
教师继续引导：“其实，这种‘踏实感’或‘漂浮感’，反映的是我们对地面压力的变化。如果我们在电梯里站上一台电子秤，你会发现——当电梯加速上升时，秤的示数会比静止时大；而当电梯减速下降时，示数也会变大。相反，当电梯加速下降或减速上升时，示数反而会变小，甚至接近于零！这个秤显示的数值，我们称之为‘视重’，也就是物体表现出的重量。而物体本身由于地球吸引产生的力，叫做‘实重’或‘重力’，它是不变的。那么，是什么导致了‘视重’的变化呢？让我们一起走进今天的课题——《超重与失重》。” 教师边讲解边板书课题，同时在PPT上同步展示关键词：“视重 vs 实重”、“加速度”、“牛顿第二定律”。 1. 观看视频，回忆自身经历。
2. 分享乘坐电梯时的身体感受。
3. 思考教师提出的问题，尝试解释现象。
4. 明确本节课的学习主题。
评价任务 现象描述：☆☆☆
问题提出：☆☆☆
兴趣激发：☆☆☆
设计意图 以学生熟悉的电梯体验为切入点，制造认知冲突，激发求知欲。通过对比“视重”与“实重”，揭示日常经验背后的物理本质，为后续深入探究奠定概念基础。
实验探究，建构概念
【15分钟】 一、动手实验，观察现象 （一）、演示“弹簧测力计吊钩码”实验，直观感知。
教师手持一个弹簧测力计，下面挂一个质量为200g的钩码，首先让其静止悬挂在空中，邀请一名学生读出示数（约为1.96N）。然后缓慢匀速上下移动测力计，示数基本不变。接着，教师突然快速向上提起测力计，学生可以清晰地看到指针瞬间跳动到更高的位置（如2.4N），再缓缓放下至静止。随后，教师将测力计快速向下放，指针则明显低于静止时的位置（如1.5N）。整个过程中，教师提醒全班同学集中注意力观察指针变化，并强调：“注意！钩码的质量没有变，重力也没有变，但测力计的读数变了！这个读数代表的是测力计对钩码的拉力，也等于钩码对测力计的拉力——这就是它的‘视重’。”
（二）、分组实验，记录数据。
将学生分成四人小组，每组发放一套器材：一个精度较高的弹簧测力计、两个不同质量的钩码（100g和200g）、一张实验记录表。要求各小组按照以下步骤操作：① 将钩码挂在测力计下，静止时记录示数F ；② 快速向上加速拉动测力计，观察并记录最大示数F ；③ 匀速向上运动，记录示数F ；④ 快速向下加速释放，记录最小示数F ；⑤ 匀速向下运动，记录示数F 。教师巡视指导，提醒学生动作要迅速且安全，避免钩码脱落伤人。同时鼓励学生讨论：“什么时候拉力最大？什么时候最小？这和运动状态有什么关系？”
二、数据分析，归纳规律 （一）、组织汇报，整理现象。
邀请三组代表上台展示他们的实验数据，教师将其汇总在黑板表格中。例如：
组别m(g)F (N) F ↑(N)F ↑(N) F ↓(N) F ↓(N)1200 1.962.35 1.96 1.501.962 1000.98 1.20 0.98 0.70 0.98
通过对比发现，无论质量如何，只要向上加速，拉力就大于重力；向下加速，拉力就小于重力。教师追问：“大家看看，是不是所有组都出现了‘向上加速→拉力变大’‘向下加速→拉力变小’的情况？” 学生齐声回答“是”。
（二）、提炼定义，形成概念。
教师总结：“非常好！我们把物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）大于物体所受重力的现象，叫做‘超重’；反之，小于重力的现象，叫做‘失重’。请注意，这里的‘重’指的是重力G，而不是视重。而且，最关键的是——产生超重或失重的条件，不是速度的方向，而是加速度的方向！只要有向上的加速度，就会超重；只要有向下的加速度，就会失重。” 教师一边讲解，一边在黑板上画出箭头图示，标注“a↑ → 超重”、“a↓ → 失重”。 1. 观察教师演示实验，记录现象。
2. 小组合作完成实验操作与数据记录。
3. 分析实验数据，寻找规律。
4. 参与班级交流，汇报实验结果。
评价任务 实验操作：☆☆☆
数据记录：☆☆☆
规律归纳：☆☆☆
设计意图 通过演示与分组实验相结合的方式，让学生亲历“现象—数据—规律”的科学探究过程。在动手实践中获得感性认识，再通过集体研讨上升为理性认知，有效突破“加速度决定超失重”的核心要点。
理论推导，深化理解
【12分钟】 一、构建模型，受力分析 （一）、建立电梯内台秤模型，引入理想情境。
教师在PPT上展示一幅清晰的插图：一个人站在电梯内的台秤上，台秤显示当前体重。教师说：“现在，我们把这个复杂的系统简化成一个物理模型。设想一个人质量为m，站在电梯里的台秤上。台秤的示数就是人对台秤的压力N'，根据牛顿第三定律，它等于台秤对人的支持力N。人的重力为mg，方向竖直向下。当电梯以加速度a运动时，我们来分析人的受力情况。”
（二）、应用牛顿第二定律，列出方程。
教师引导学生进行受力分析：“人在竖直方向只受到两个力：重力mg向下，支持力N向上。根据牛顿第二定律F_net = ma，合力等于质量乘以加速度。那么，合力怎么表示？取决于加速度的方向。”
先分析电梯加速上升的情况：此时加速度a方向向上，取向上为正方向，则有 N - mg = ma，解得 N = m(g + a) > mg。因此，支持力大于重力，处于超重状态。
再分析电梯加速下降的情况：加速度a方向向下，仍取向上为正方向，则有 mg - N = ma，即 N = m(g - a) < mg。因此，支持力小于重力，处于失重状态。
最后补充：若a = g，则N = 0，完全失重；若向下减速（即加速度向上），同样满足N > mg，也是超重。
二、辨析误区，澄清概念 （一）、强调重力不变，破除迷思。
教师郑重指出：“同学们，请务必记住：在整个过程中，地球对物体的引力——也就是重力mg——始终没有改变！改变的只是物体与接触面之间的作用力大小。超重不是重力变大，失重也不是重力消失。就像刚才实验中，钩码的质量没变，g也没变，所以G=mg恒定。”
（二）、举例说明，强化记忆。
教师举出多个例子帮助学生巩固：
“宇航员在火箭发射升空阶段，承受巨大的向上加速度，处于严重超重状态，需要特制座椅保护；而进入轨道后绕地球飞行，虽然离地很远，但仍有约90%的地面重力，之所以漂浮，是因为飞船和宇航员都在做自由落体运动，加速度等于g，处于完全失重状态。再比如，蹦极跳者在绳子绷紧前自由下落时，也是完全失重。” 教师配合播放一段宇航员在空间站漂浮的短视频，加深印象。 1. 构建物理模型，明确研究对象。
2. 进行受力分析，列出牛顿第二定律方程。
3. 解方程得出支持力表达式。
4. 理解重力不变的本质，消除错误观念。
评价任务 模型构建：☆☆☆
公式推导：☆☆☆
概念辨析：☆☆☆
设计意图 通过严谨的理论推导，将实验现象上升为数学表达，使学生从“知道是什么”迈向“明白为什么”。结合典型实例，进一步澄清常见误解，深化对超重与失重本质的理解。
迁移应用，拓展提升
【8分钟】 一、解决实际问题，活用规律 （一）、分析电梯全程运动，判断各阶段状态。
教师在PPT上展示一张电梯运行的速度-时间图像：从静止开始匀加速上升→匀速上升→匀减速上升至停止；接着反向，匀加速下降→匀速下降→匀减速下降至停止。要求学生分组讨论，依据图像判断每个阶段的加速度方向，并判断是否发生超重或失重。
经过讨论后，师生共同完成如下分析：
① 加速上升：a↑ → 超重；
② 匀速上升：a=0 → 正常；
③ 减速上升：a↓（因速度向上，减速故加速度向下）→ 失重；
④ 加速下降：a↓ → 失重；
⑤ 匀速下降：a=0 → 正常；
⑥ 减速下降：a↑（速度向下，减速故加速度向上）→ 超重。
教师总结：“可见，判断的关键永远是加速度方向，而不是速度方向！”
二、联系科技前沿，拓展视野 （一）、介绍航天中的超失重应用。
教师讲述：“我国神舟系列飞船发射时，航天员要承受高达4~5倍自身体重的超重压力；而在返回舱再入大气层前点火制动时，也会经历短暂的超重。而在轨飞行期间，由于飞船持续做自由落体运动（向心加速度等于当地重力加速度），舱内一切物体都处于完全失重状态，水滴呈球形，人可以‘飞’着行走。这种环境对生命维持系统、材料燃烧特性等研究提出了特殊要求。”
（二）、延伸思考：称体重的最佳时机？
教师抛出趣味问题：“既然电梯会影响体重读数，那我们应该在什么时候称体重最准呢？当然是电梯静止或匀速运动时！这也提醒我们，科学测量必须控制变量，排除干扰因素。” 1. 分析v-t图像，判断加速度方向。
2. 应用规律判断超失重状态。
3. 了解航天中的超失重现象。
4. 思考生活中的科学测量问题。
评价任务 图像分析：☆☆☆
规律应用：☆☆☆
视野拓展：☆☆☆
设计意图 通过典型图像分析，训练学生综合运用知识解决实际问题的能力。联系国家航天成就，增强民族自豪感，体现物理的社会价值。以生活化问题收尾，体现“从生活走向物理，从物理走向社会”的课程理念。
课堂总结，升华情感
【5分钟】 一、结构化回顾，梳理主线 （一）、凝练核心知识，形成框架。
教师带领学生共同回顾整节课的知识脉络：“今天我们从一个常见的生活现象出发——电梯中的‘沉浮感’，通过实验观察发现了‘视重’的变化，进而通过理论推导揭示了背后的规律：只要物体具有向上的加速度，就会出现超重现象；具有向下的加速度，就会出现失重现象。而重力本身始终不变。这一规律不仅适用于电梯，也适用于火箭升空、过山车俯冲、跳伞下落等各种竖直方向变速运动的情境。”
二、升华主题，激励成长 （一）、引用名言，启迪思维。
教师深情地说：“伽利略曾说过：‘自然之书是用数学语言写成的。’今天，我们正是用牛顿第二定律这支笔，读懂了电梯中那微妙的‘重量变化’。物理学的魅力，就在于它能穿透表象，揭示万物运行的深层逻辑。”
（二）、寄语未来，承担责任。
“当我们仰望星空，看到神舟飞船划破苍穹，那背后是多少科学家对超重与失重规律的精准把握？希望同学们不仅能掌握这些知识，更能传承这份求真务实的科学精神。愿你们在未来的人生旅途中，无论面对怎样的‘加速’与‘减速’，都能保持清醒的头脑，用理性的光芒照亮前行的道路——因为真正的力量，从来不是来自外界的压力，而是源于内心的定力与智慧。” 1. 回顾本节课主要知识点。
2. 理解物理规律的普适性。
3. 感受科学精神的力量。
4. 树立学以致用的责任意识。
评价任务 知识梳理：☆☆☆
情感共鸣：☆☆☆
价值认同：☆☆☆
设计意图 采用“结构化+升华式”双重总结，既帮助学生构建清晰的知识体系，又通过名言与航天案例激发科学情怀，实现知识、能力与价值观的有机统一。
作业设计
一、基础巩固
1. 判断下列情况是否处于超重或失重状态，并说明理由：
（1）电梯刚启动向上运动时；
（2）电梯匀速上升过程中；
（3）电梯即将停靠在高层时（减速上升）；
（4）电梯刚启动向下运动时；
（5）电梯匀速下降过程中；
（6）电梯即将停靠在底层时（减速下降）。
2. 一个质量为60kg的人站在电梯内的台秤上，当电梯以2m/s 的加速度加速上升时，台秤的示数是多少？（取g=10m/s ）
二、能力提升
3. 如图所示为某次电梯运行的v-t图像，请在图中标出各个阶段的加速度方向，并判断是否发生超重或失重。
（图像描述：0-4s匀加速上升，4-42s匀速上升，42-46s匀减速上升至静止）
4. 宇航员在空间站中处于完全失重状态，有人说“此时宇航员不受重力作用”，这种说法正确吗？请用所学知识解释。
三、实践探究
5. 利用手机下载一款加速度传感器APP（如Physics Toolbox Sensor Suite），在乘坐电梯时打开软件记录竖直方向的加速度变化。结合你的体重数据，估算电梯启动和制动时的“视重”变化范围，并撰写一份简短的实验报告。
【答案解析】
一、基础巩固
1. （1）超重（a↑）；（2）正常（a=0）；（3）失重（a↓）；（4）失重（a↓）；（5）正常（a=0）；（6）超重（a↑）。
2. 解：由N - mg = ma 得 N = m(g + a) = 60×(10 + 2) = 720N。故台秤示数为72kg。
二、能力提升
3. 0-4s：a↑ → 超重；4-42s：a=0 → 正常；42-46s：a↓ → 失重。
4. 不正确。宇航员仍受地球引力作用，重力约为地面的90%。完全失重是因为飞船和宇航员以相同的加速度自由下落，彼此之间无挤压，表现为视重为零。
板书设计
第四章 第7节 超重与失重
现象：电梯中“沉”与“浮” → 视重变化
定义：
超重：N' > G （压力/拉力 > 重力）
失重：N' < G （压力/拉力 < 重力）
条件：
a↑ → 超重
a↓ → 失重
本质：
重力G = mg 不变！
变化的是相互作用力
应用：
电梯、火箭、航天、过山车……
教学反思
成功之处
1. 以电梯体验为切入点，贴近生活，有效激发了学生的学习兴趣和探究欲望。
2. 实验设计简洁高效，既有教师演示又有学生分组操作，实现了“做中学”，增强了感性认识。
3. 理论推导逻辑严密，结合图像分析和航天案例，层层递进，帮助学生建立了清晰的物理图景。
不足之处
1. 部分学生在判断减速运动的加速度方向时仍存在困惑，需加强矢量方向的教学训练。
2. 手机传感器实验作为拓展作业，受限于设备普及率，并非所有学生都能完成。
3. 对“完全失重”与“微重力”概念的区分可进一步深化，避免学生产生“太空无重力”的误解。