超重与失重 教学设计 粤教必修3

物理源于生活高于生活，又归宿于生活。笔者以《超重与失重》教学为例，实现在教学活动中，让学生把生活中低层次的原始经验、素材经分析、加工，变为高层次组织活动，去获取新的知识和技能，获得情感体验，提升素养和品质。通过教学的生活化，用反思、修正、逐层递进的方式，有效地推动学生学习活动的层层深入，以实现《新课标》中“知识来源于生活，服务于生活”的要求。

【设计思想】

“高中物理课程应促进学生自主学习，让学生积极参与，乐于探索、勇于实验、勤于思考。”是《新课标》的要求。设计更多的探究性实验不仅符合课标中提出的“通过实验认识超重和失重现象”，也符合学生的认知规律；从生活实际出发，设计贴近学生生活的实验，以此为基础，以探究为主线，让学生通过实验操作、观察来认识物理现象，认知物理过程，让学生用生活化的语言表述观察到的超、失重现象，探究物理规律，再引导学生将生活语言转化成科学规范的物理语言阐述物理规律。通过实验让学生暴露错误的前概念，理解并掌握物理概念与规律。经过构建从而获得物理知识，形成技能，同时培养学生创新精神与实践能力。为避免学生对概念的混淆，教学中不提出“实重”“视重”。

【学情分析】

通过前面对“牛顿第二定律”的学习，学生对解决物体做匀变速直线运动的问题已有所了解，但对定律的运用还不是很熟练，很难从理论上自主地得到超重、失重现象的运动学特征。学生在学习超重和失重现象时会受到一些前概念的影响，容易把生活中说的有些“超重”与物理学上的超重混为一谈，把物理学上的失重误认为是物体“失去重力”；容易把超重、失重现象的运动学特征与物体的运动方向相联系。

【教学目标】

（一）知识与技能

1．通过实验认识超重和失重现象，理解产生超重失重现象的条件和实质。

2．能运用牛顿第二、三定律定量分析超重与失重现象。

（二）过程与方法

1．经过探究实验发现超重失重现象，通过引导、小组讨沦、再实验寻找超重失重现象的运动学特征。

2．用科学方法探究发生超重失重现象的条件及实质。

（三）情感、态度与价值观

1．通过列举一些身边的超重失重例子和日常的小实验，让学生学会观察生活，知道物理就在身边。

2．培养学生科学探究能力，激发成就感；养成学科学、爱科学、用科学的习惯；从探究中体验科学之美，体会合作的重要性。

【教学策略与手段】

以日常生活中的有关现象为切入点，让物理学习更贴近生活，以激发学生的兴趣。开始让学生利用弹簧秤和钩码自主探究如何测量物体的重力，并让学生明白弹簧秤的读数直接反映的是物体对弹簧秤的拉力；然后让学生“玩一玩”来发现弹簧秤的读数有时不等于物体的重力，鼓励学生设计实验探究物体超重、失重现象的运动学特征。在演示自由下落的可乐瓶没有水柱喷出时，充分挖掘实验的内涵，让学生理解水的喷出是由水的压力引起。

通过放在台秤上的砝码在水平加速运动时读数不变实验，演示和例举一些并非超重失重实例，如磁铁吸引铁质的砝码弹簧秤读数变大实验，进一步从不同角度让学生理解，物体超重、失重现象的运动学特征是物体有竖直方向的加速度。

课外通过对“超摩擦”“失摩擦”的研究，帮助学生理解巩固研究物理问题的科学方法。

【课前准备】

1．学生所需器材（四人一组）：弹簧秤、砝码。

2．教师所需器材：弹簧秤、砝码、物理支架、小台秤、小车、磁铁、可乐瓶、超重失重演示仪、多媒体投影仪。

【教学过程】

一、复习引入

（复习牛顿第二定律的应用，同时为新课教学中对超重与失重的解释做理论储备。）

练习：电梯以1．0m/s的速度竖直匀速上升，电梯地板对站在电梯里质量为60kg的人的支持力为________N；如果电梯以0．5m/s²的加速度加速下降，地板对人的支持力又为_______N；（g取 10m/s²）

说明：解题时两个受力分析图（图1）要留在黑板的右上角，为新课教学服务。

二、新课教学

（实验）探究之一：

（以生活情景的导入，引出物理问题）

请用给定器材（弹簧秤、砝码），设计一个实验，得到砝码的重力大小。

教师将各组学生得到的结论写在黑板上。

问题：1．你看到的弹簧秤读数（直接）表示的是下列哪个力？

A．物体的重力

B．弹簧秤对物体的拉力

C．物体对弹簧秤的拉力

D．手对弹簧秤的拉力

2．请学生讨论后回答：弹簧秤测量物体重力的原理（二力平衡）。

小结：当物体处于静止或匀速运动时，物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力等于物体的重力。

（实验）探究之二：

请同学们用刚才的实验器材“玩一玩”（教师在讲玩一玩时，要用体态语言提示学生，手要上下运动），看一看有什么新现象。

学生：读数不稳定，有时候比刚才的读数大，有时候小。

问题：1．你看到的弹簧秤读数表示的是什么力？2．如果用“老经验”看（教师演示，用书挡住上下振动的砝码），你认为物体的“重力”有变化吗？如何变化？3．物体的重力实际上会变化吗？应该是多少？

小结：我们把弹簧秤的读数大于物体的重力的现象，叫做物体的超重现象，这时物体所处的状态称为超重状态；而把弹簧秤的读数小于物体的重力的现象，叫做物体的失重现象，这时物体所处的状态称为失重状态。注意，物体超重与失重时其本身的重力不变。

（实验）探究之三：

请同学们继续刚才的实验，想办法使弹簧秤的读数小于物体的重力。（明确的要求能使学生实验更有目的性，暂时不提失重，可以降低难度，使实验更生活化。）

学生1：让物体下降。

学生2：物体匀速下降时，读数却不变化。

学生3：物体下降时，读数并不都是变小，有时读数也有变大。

学生4：物体上升时，也能看到读数变小。

大家的观察很仔细，请一、二组同学让物体下降，三、四组同学让物体上升，仔细实验，观察弹簧秤的读数小于物体的重力发生在运动的哪个阶段。

小结：（板书）弹簧秤的读数小于物体的重力──物体下降的开始阶段或物体上升结束阶段

（理论）探究之四：

上述板书是生活化语言，如何转化为简洁的物理语言。

（学生比较容易将“弹簧秤的读数小于物体的重力”，转化为“物体失重”。但后半句语言的转化就有些困难，教师可用下列问题引导学生探究。）

启发性问题：1．物体下降、上升是描述哪方面物理问题（运动）2．描述运动可用哪些物理量（时间、位移、速度、加速度）3．用哪个物理量比较容易描述，如何描述

小结：（板书改为）失重──加速下降或减速上升。（图2）

（理论）探究之五：

请你们尝试用牛顿第二定律解释物体的失重现象

一、二组同学尝试解释物体减速上升，三、四组同学尝试解释物体加速下降。对有困难的小组，教师要引导学生观察回顾图1，及如何判断加速度的方向。（投影点评学生的练习：如图3，mg-F=ma，F=mg-ma拉力小于重力）

探究之六：

请你们猜想，物体做怎样的运动会处于超重状态，并用实验验证、理论证实。

（实验时，有部分学生发现，摆动物体（圆周运动）时，物体也会处于超重状态，教师要给予学生充分肯定，并告诉学生在以后的学习中会得到解释；正是由于会出现这种情况，所以在教学设计时先研究物体的失重。

小结：（板书）超重──加速上升或减速下降，（F-mg=ma，F=mg＋ma拉力大于重力）（图4）。

演示实验1：（选自《中学物理》2006．12．33-34）

将滚摆沿竖直方向向上旋绕，当到达一定高度时，然后让它做自由转动下落运动。滚摆在加速下降过程中，我们可以看到杠杆左端向下倾斜，说明物体发生了失重现象。当滚摆到达最低点时，向下猛减速和向上猛地加速过程中，我们可以看到杠杆左端向上倾斜，说明物体发生了超重现象。当滚摆向上减速运动时，杠杆左端又向下倾斜说明物体发生了失重现象。

（1．观察杠杆的平衡状况，贴近学生对超、失重的真实感受，令学生信服。2．利用不等臂杠杆进行放大，使超、失重现象的展示十分明显和直观。3．借助滚摆，使观察现象时的时间较长且超失重过程的转换具有连续性，学生可以连续进行观察。4．利用滚摆，充分展示向下加速、向下减速、向上加速、向上减速四种不同过程所对应的超、失重现象，学生看到了直接的事实，印象深刻，突破教学难点。）

问题：让学生观察板书后问，物体的超、失重是否只决定于物体的速度方向，与速度的变化（加、减速）有无关系。（要让学生充分讨论，小组讨论的结果要向全体同学阐述。）

小结：物体的超、失重，由物体的速度方向及速度的变化共同决定。

探究之七：

看来物体的超、失重现象，与物体速度的关系还相当复杂，能否有更合适的物理量（时间、位移、速度、加速度）表征呢。（小组讨论后学生能解决，教师对有困难小组要引导他们观察黑板上的受力分析图。）

小结：（板书改为）

超重──加速度向上（F-mg=ma，F=mg＋ma拉力大于重力）

失重──加速度向下（mg- F =ma，F=mg-ma拉力小于重力）

演示实验2：

物体有加速度，但却不发生超、失重现象。（为了强调加速度的方向）

在水平的讲台上放一辆小车，小车上放一小台秤，台秤上放有砝码，让一位学生加速推动小车，同时观察台秤读数的变化，将结果告诉同学。（读数不变）

问题：为什么物体有加速度了，物体怎么还不会超、失重，请认真思考。

小结：物体超、失重时，要竖直方向上有加速度。

演示实验3：完全失重现象

将底部及瓶盖戳有小孔的可乐瓶装满水，让它从高处自由下落，演示水的完全失重现象。

演示这个实验时，教师往往只演示了装满水的可乐瓶静止在手中时，水从小孔中喷出，让它从高处自由下落时水不会流出，从而说明物体处于完全失重状态，这时a=g。

这样做的后遗症是，学生不能真正理解失重的本质，往往还认为水不能流出是因为水失去了重力，这样不仅起不到巩固知识反而是反作用。

演示时要注意以下几个问题：

1．将底部四周戳上小孔，可以让各个方向的学生看清楚现象。

2．装满水的可乐瓶静止在手中时，反复几次用手指封住、放开瓶盖上的小孔，让学生看清楚水的流动情形，理解水不能流出不是由于没有重力，而是压力不够（大气压）。

3．装满水的可乐瓶静止在手中时，将手指封住瓶盖上的小孔，用另外一只手挤压瓶身，看到水流出，说明了水的流出是由于水的压力作用，并不是水的重力作用。

4．通过该实验让学生领会：物体的超重（失重）是由于物体对支持面的压力大于（小于）物体的重力。

小结：（板书改为）

超重──加速度向上（F-mg=ma，F=mg＋ma拉力或支持力大于重力）

失重──加速度向下（mg-F=ma，F=mg-ma拉力或支持力小于重力）

完全失重──加速度为重力加速度（mg-F=mg，F=0拉力或支持力等于零）

练习：

1．某人站在台秤的底板上，当他下蹲的过程中（课后试一试）

A．由于台秤的读数等于人的重力，此人下蹲的过程中他的重力不变，所以台秤的读数也不变

B．此人下蹲的过程中，台秤的底板既受到人的重力，又受到人的下蹲力，所以台秤的读数将增大

C．台秤的读数先增大后减小

D．台秤的读数先减小后增大

2．（回到引入新课时练习）问：电梯以0.5m/s²的加速度加速下降，电梯中的人处于状态；人在电梯中有时感到电梯地板对人的脚底压力加大这是现象，这时电梯是在向上做运动或者是向下做运动；乘电梯时，有时因为进入的人太多使电梯发出超载的警报声，这是超重现象吗？但有时正常关上门后，（老式）电梯起步时也会发出超载的警报声，这是什么现象，为什么？这种现象还可能发生在什么时候？

【问题研讨】学生课外要思考的问题

引审探究一：将砝码（铁质）挂在弹簧秤上，保持系统静止，这时弹簧秤的读数等于砝码的重力，将磁铁靠近砝码的底端，会发现弹簧秤的读数大于砝码的重力，那么物体是处于超重状态吗？（不是）

引申探究二：用弹簧秤水平匀速拉动物体时，弹簧秤的读数等于物体受到的摩擦力，如果水平拉动物体时，弹簧秤的读数大于物体受到的摩擦力，我们假设称它为超摩擦现象，那么什么情况下会发生超摩擦现象，什么情况下会发生失摩擦现象。请同学们先进行猜测，然后设计一个实验验证。

【板书设计】

超重与失重

物体：超重──加速度向上

（F-mg=ma，F=mg＋ma拉力或支持力大于重力）

失重──加速度向下

（mg- F =ma，F=mg-ma拉力或支持力小于重力）

完全失重──加速度为重力加速度

（mg- F =mg，F= 0拉力或支持力等于零）

【作业设计】

以小组为单位，完成超摩擦、失摩擦实验，报告实验结果，并与超重、失重相比较寻找化们的异同点，写出心得体会，组与组之间相互交流。