物理：6.4《超重与失重》教案（鲁科版必修1）

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第四节 超重与失重
教学课题 《超重与失重》［物理1（必修）司南版（山东科技出版社）第6章第4节］
学习任务分析 本课题是在学完牛顿运动定律的基础上,来探索和研究超重和失重的问题，不仅有利于学生对牛顿运动定律等前面知识的综合和深化理解，而且有助于培养学生分析问题和解决问题的能力。对超重和失重理解可以从运动学和动力学两个角度理解：从运动学角度来看，当物体加速上升或减速下降时，物体处于超重状态；当物体加速下降或减速上升时，物体处于失重状态。从动力学角度来看，当物体受到的合外力向上（具有向上的加速度）时，物体处于超重状态；当物体受到的合外力向下（具有向下的加速度）时，物体处于失重状态。前者为表象，后者为本质，两者为递进关系。 超重和失重是学生生活中中比较熟悉的现象，因此教学时尽量贴近生活，从生活中来，到生活中去，教学过程中多安排学生的动手实验机会，让学生有切身的体会，同时也应安排些思考和探讨的话题，引发学生的思考和讨论，加深学生对超失重的理解。
重点难点分析 重点：什么是超重和失重以及产生超重和失重现象的条件。难点：1．产生超重和失重现象的条件；2．运用牛顿运动定律对超重和失重现象的分析。
学情分析 1．学生已经学完牛顿运动定律的理论知识，但缺乏实际的应用，对概念的理解上还很抽象，通过本节课的学习，帮助学生建立一个生动活泼的场景，利于学生的理解消化，同时也立足于学以致用。列举大量的实际例子，供学生分析解决，提高学生的能力。2．本节课的理论知识来源于生活中的大量事例，但学生对新事物新情况了解较为片面，不能很好地由感性认识提升为理性认识，应通过本节的学习让学生掌握分析现象的一般方法，成为终身学习的基础。
教学目标 知 识与技能 1．知道超重和失重现象；2．理解产生超重、失重现象的条件3．能够运用牛顿运动定律分析超重和失重现象。4．理解生活中的超重与失重现象，并能利用所学知识分析解决相关问题。
过 程与方法 1．使学生掌握正确观察超重和失重现象以及对该实验现象进行分析和归纳的方法； 2．使学生体验通过实验和理论分析探究超重和失重现象的过程。
情感态度与价值观 激发学生对科学的兴趣和热情，使他们了解一些我国航天技术的成就。在自主实验和逐步探究的学习过程中，培养细心观察、勤于思考和相互交流的学习习惯和合作精神。
教学媒体运用 1．体重计、纸带、重锤、底部侧面开有小孔的塑料瓶（大号可乐瓶）、红墨水、水桶、水、白报纸。2．计算机、数字展台、投影仪。3．视频录像剪接。
PPT教学演示课件
教 学 程 序 设 计
教学程序 教 师 活 动 学生活动 教学资源
创设情境引入新课 【引导学生做实验1】用纸带挂上重锤，然后迅速上提。【引导学生思考】纸带既然能够承受重锤的重力，怎么会断呢？ 学生实验1：用纸带挂上重锤，然后迅速上提。观察现象：纸带断了。学生思考：纸带为什么会断？ 每位学生一组：重锤、纸带。
【引导学生做实验2】某位学生称体重，在秤上蹲下和站起。用数字展台摄像头对准体重秤的读数面板投影到大屏幕。【引导学生思考】难道该学生的体重发生了改变？ 学生实验2：某位学生称体重，在秤上蹲下和站起。观察现象：发生变化。学生思考：秤的示数为什么会变化？ 体重秤、数字展台。用数字展台摄像头对准体重秤的读数面板投影到大屏幕。
由以上两个学生实验引出课题“超重和失重”【板书】超重和失重
新课教学新课教学新课教学新课教学新课教学新课教学新课教学 问题提出
从实验出发，围绕着超重和失重，引导学生讨论并提出问题。师生共同归纳整理提出的问题：1．什么是超重（失重）现象？2．什么情况下会出现超重（失重）现象？3．为什么会出现超重（失重）现象？ 学生讨论并提出问题。
解决问题1：什么是超重（失重）现象？
引导学生一起分析实验1和实验2的现象。教师归纳：纸带的拉力大于重锤的重力以及人对秤的压力大于人的体重，这些都是超重现象。【板书】超重 F拉（或F压）> G要求学生阅读课本关于什么是超重和失重现象的文字描述。要求学生分析实验2中的失重现象。【板书】失重 F拉（或F压）< G 师生共同分析实验现象：1．纸带断了说明重锤对纸带的拉力增大了，大于重锤的重力。2．体重计的示数表示的是人对秤的压力，秤的示数增大表示人对秤的压力大于人的体重。学生阅读课本关于什么是超重和失重现象的文字描述。学生指出实验中的失重现象：秤的示数减小表示人对秤的压力小于人的体重。
解决问题2：什么情况下会出现超重（失重）现象？ 体重秤、数字展台。用数字展台摄像头对准体重秤的读数面板投影到大屏幕。
实验探究：什么情况下会出现超重（失重）现象？向上的运动就一定产生超重，向下的运动就一定产生失重吗？【引导学生做实验3】站在体重秤上，仔细观察，体重秤的示数如何变化，并描述观察到的实验现象。用数字展台摄像头对准体重秤的读数面板投影到大屏幕，引导学生注意观察：①静止时秤的示数；②下蹲过程中秤的示数的变化；③站起过程中秤的示数的变化。师生共同分析，上述实验现象说明：出现超重还是失重现象并不是取决于速度的方向。 学生实验3：站在健康秤上，仔细观察下蹲过程和站起过程中，体重秤的示数如何变化。描述观察到的实验现象：上升过程中有超重和失重，下降过程中也有超重和失重。
【引导学生讨论】出现超重还是失重现象究竟取决于什么因素呢？【提示1】上升过程可以分为哪两个阶段？（初速为零，末速为零，中间速度不为零）【提示2】比较超重现象所对应的两种运动情况在本质上有什么共同点？综合学生分析，做出示意图如下。【板书】超重 a向上 失重 a向下 结合称体重实验时的体验和感受，学生进一步分析物体在上升过程中运动情况是怎样发生变化的？小组代表交流分析结果：①物体上升过程可分为两个阶段：加速上升、减速上升；物体下降过程也可分为两个阶段：加速下降、减速下降。②当物体加速上升和减速下降时，加速度方向竖直向上；当物体加速下降和减速上升时加速度方向竖直向下。出现超重现象时加速度方向向上，出现失重现象时加速度方向向下。
解决问题3：为什么会出现超重和失重现象？
理论分析：为什么会出现超重和失重现象？引导学生运用牛顿第二定律和牛顿第三定律对超重现象和失重现象中的物体进行分析。【分析】在超重和失重现象当中物体实际重力是否发生改变，为什么？【板书】超重状态：F-mg=ma F=mg+ma F>mg失重状态：mg- F =ma F=mg-ma Fmg出现超重现象。2．当物体加速度向下时，受力如下图所示。mg- F =maF=mg-maF实践应用 底部开有小孔的装满水的大号可乐瓶（向水中滴几滴红墨水，便于看得更清楚）、水桶。
1．演示实验：喷水失射现象用底部侧面开有小孔的装满水的塑料瓶（如可乐瓶）作为演示器材（向水中滴几滴红墨水，便于看得更清楚），演示前先用手堵住小孔。【演示1】移开手指，水从小孔喷出。再用手指堵住小孔，水不再喷出。（下方放一水桶）【提出问题】如果不堵住小孔，有什么办法可以让瓶中的水不会喷出来？【演示2】教师站在凳子上高举起瓶子，提醒学生仔细观察，让瓶自由落下的同时移开手指，水会不会喷出？因瓶子下落时间较短，不易观察，实验时请一名学生配合，拿一张大的白报纸，在靠瓶子开孔一侧展开报纸（但不遮挡全班学生视线），如果瓶子下落时水会喷出，报纸上将有红墨水迹。【提出问题】如果将瓶子向上抛出，会出现什么情况？ 【演示3】让瓶子竖直上抛（尽可能不让瓶子翻转，这样有利于学生观察），在瓶子上升和下落的整个过程中，小孔中都没有水射出。上述实验现象如何解释？（让瓶子竖直上抛来演示，一方面较大地延长了可观察的时间，因为瓶子做竖直上抛运动时，在空中的运动时间是同样高度的自由落体运动时间的二倍；另一方面，实验现象充分说明超重和失重现象只与物体运动的加速度方向有关，而与速度方向无关，这恰恰是学生易犯的错误。） 学生观察演示。学生思考，议论，提出方案。学生观察发现：瓶自由落下时，水不会流出。白报纸上没有红墨水迹。让学生猜想，充分讨论，发表看法。学生观察，分析、讨论。当瓶子自由落体或竖直上抛时，瓶中的水处于完全失重状态，就不会流出。超重和失重现象只与物体运动的加速度方向有关，而与速度方向无关。
2．动手做，拉出夹在书中的纸条。现在请大家动手做：裁出5-10根2cm左右宽的纸条，分夹在一本放在桌面上的书中间，并在书上再压一些书或其它重物，把夹在书中的纸条拉出来。大家发现这样拉不出来，下面请在不翻开书的情况下，用至少两种方法，来完成拉出纸条的实验操作，并说明实验原理。 学生自己动手裁纸条，做实验：发现要把这些纸条拉出来非常困难。学生设计方案，想办法拉出纸条。互相交流、讨论、实验，说明原理。（在竖直上抛、自由落体等抛体运动中都能轻松完成实验。） 学生自己动手裁出5-10根2cm左右的纸条，利用书本做实验。
3．游戏：比一比看谁能让自己在测力计上的示数最小？（以小组为单位，选派代表参加比赛）比赛的规则：双脚不能离开测力计，手不能撑扶其它物体，没记录完数据不要离开秤。由游戏中认识完全失重现象【板书】完全失重 a = g（向下） F压 = 0 学生游戏。请获胜同学谈感受，并分析比赛取胜的关键因素是什么？（测力计示数的大小不仅取决于参赛者的质量，更取决于他的加速度。）
4．播放宇航员超重失重的视频录象。视频包含下列片断（总时长3min左右）：片断1：神舟五号发射升空，杨利伟采用平趟的姿势；（升空时，航天员身体要承受相当他们自身重力 4 倍的重量）片断2：神舟六号在轨运行，宇航员费俊龙即兴翻两个跟头；片断3：记者采访杨利伟时的对话：宇航员训练时承受的压力要求达8G。（杨利伟训练时承受的压力达8G，他的质量为63kg，这时他对座椅的压力为多大？）片断4：国际空间站上宇航员生活和实验工作时场景片断。在播放过程中，教师进行必要讲解。 学生观看，思考。 视频由下列片断剪接而成（时长3min左右）：片断1：神舟五号发射升空，杨利伟采用平趟的姿势；片断2：神舟六号在轨运行，宇航员费俊龙即兴翻两个跟头；片断3：记者采访杨利伟时的对话：宇航员训练时承受的压力要求达8G。片断4：国际空间站上宇航员生活和实验工作时场景片断。
小结并布置作业 学生小结：在超重和失重现象中，物体实际重力并没有发生改变。超重状态：物体加速度向上（加速上升或减速下降），F=mg+ma失重状态：物体加速度向下（加速下降或减速上升），F=mg-ma完全失重状态： a = g（向下） F压 = 0作业：1．课本P130作业；2．以组为单位，根据课后阅读材料或利用网络资源查阅相关资料，了解超重和失重（完全失重）现象的实际应用，并与其它小组交流学习成果。
教学流程 说明：1． 激疑1——什么是超重和失重现象？激疑2——什么情况下会出现超重和失重现象？激疑3 ——为什么会产生超重和失重现象？2．“实践应用”要求学生运用所学超重、失重的知识解决一些相关实际问题，并通过自主活动和交流体验猜测和验证的科学方法。
教学设计点评 1．本节课突出学生主体特征，在学生原有知识结构的基础上，通过情景、问题、实验、体验、合作、自主、交流等教学元素，注重探究式学习过程，让学生构建关于超重和失重的新知识并注意知识目标的落实，紧扣课程标准要求，达成预定的三维教学目标。2．注重创设问题情境，激发疑问，有效导学。课题引入阶段，通过简单器材设计的两个实验，在很短的时间里，有效地激发出贯穿本节课的三个问题，这三个问题的分析和解决便构成了整节课的逻辑主线，从而得以有效实施学习。3．精心设计实验教学，注重全体学生动手、动脑。比如，用可乐瓶做喷水失射实验，为了解决瓶子下落时间较短，不易观察的问题，设计时采取教师站在凳子上高举起瓶子、向瓶子中的水滴红墨水、请一名学生配合在靠瓶子开孔一侧展开白报纸等方法，有效地解决了问题，而且更加直观形象。再比如，关于超重和失重的判断，是以加速度方向还是以速度方向为依据，是学生学习中的一个疑难点，为了突破这个教学难点，设计了两个实验，一个是利用可乐瓶的喷水实验，精妙之处在于做了自由落体时喷水失射演示后，教师做了一个停顿，提出问题：如果将瓶子向上抛出，会出现什么情况？让学生猜想、讨论，有不少学生认为将瓶子向上抛出，孔中一定会喷水。演示的结果和分析使学生对此有了清晰的认识。另一个是学生动手实验抽分夹在书中的纸条，要求学生至少用两种方法，来完成拉出纸条的实验操作，并说明实验原理。这样的学生小实验对引导学生解决学习上的疑难点，感受和体会到抽象的概念、难以理解的问题是有办法去克服的，这对学生战胜困难，树立学好物理的信心是极为有益的。本课中所设计的学生小实验，主要是针对学生学习上的疑难点，设计让学生自己动手动脑，通过自己的努力解决疑难问题，由学生自己来完成小实验比教师演示教学效果会更好。
w.w.w.k.s.5.u.c.o.m
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减速上升 失重
加速上升 超重
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站起过程
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加速下降 失重
减速下降 超重
下蹬过程
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mg
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a
mg
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抽象
归纳
超重和失重现象的运动学特征
超重和
失重现象
超重和失重现象的动力学原因
理论探究
推理 计算
实验探究
学生实验3
实践应用
实验、猜测
验证、交流
情境
学生实验1
学生实验2
问题
激疑2
问题
激疑3
问题
激疑1
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