2019-2020年高中物理 4.7超重和失重教學設計二 新人教版必修1物理源于生活高于生活，又歸宿于生活。筆者以超重與失重教學為例，實現(xiàn)在教學活動中，讓學生把生活中低層次的原始經(jīng)驗、素材經(jīng)分析、加工，變?yōu)楦邔哟谓M織活動，去獲取新的知識和技能，獲得情感體驗，提升素養(yǎng)和品質(zhì)。通過教學的生活化，用反思、修正、逐層遞進的方式，有效地推動學生學習活動的層層深入，以實現(xiàn)新課標中“知識來源于生活，服務于生活”的要求?！驹O計思想】“高中物理課程應促進學生自主學習，讓學生積極參與，樂于探索、勇于實驗、勤于思考?！笔切抡n標的要求。設計更多的探究性實驗不僅符合課標中提出的“通過實驗認識超重和失重現(xiàn)象”，也符合學生的認知規(guī)律；從生活實際出發(fā)，設計貼近學生生活的實驗，以此為基礎，以探究為主線，讓學生通過實驗操作、觀察來認識物理現(xiàn)象，認知物理過程，讓學生用生活化的語言表述觀察到的超、失重現(xiàn)象，探究物理規(guī)律，再引導學生將生活語言轉化成科學規(guī)范的物理語言闡述物理規(guī)律。通過實驗讓學生暴露錯誤的前概念，理解并掌握物理概念與規(guī)律。經(jīng)過構建從而獲得物理知識，形成技能，同時培養(yǎng)學生創(chuàng)新精神與實踐能力。為避免學生對概念的混淆，教學中不提出“實重”“視重”?！緦W情分析】通過前面對“牛頓第二定律”的學習，學生對解決物體做勻變速直線運動的問題已有所了解，但對定律的運用還不是很熟練，很難從理論上自主地得到超重、失重現(xiàn)象的運動學特征。學生在學習超重和失重現(xiàn)象時會受到一些前概念的影響，容易把生活中說的有些“超重”與物理學上的超重混為一談，把物理學上的失重誤認為是物體“失去重力”；容易把超重、失重現(xiàn)象的運動學特征與物體的運動方向相聯(lián)系?！窘虒W目標】（一）知識與技能1通過實驗認識超重和失重現(xiàn)象，理解產(chǎn)生超重失重現(xiàn)象的條件和實質(zhì)。2能運用牛頓第二、三定律定量分析超重與失重現(xiàn)象。（二）過程與方法1經(jīng)過探究實驗發(fā)現(xiàn)超重失重現(xiàn)象，通過引導、小組討淪、再實驗尋找超重失重現(xiàn)象的運動學特征。2用科學方法探究發(fā)生超重失重現(xiàn)象的條件及實質(zhì)。（三）情感、態(tài)度與價值觀1通過列舉一些身邊的超重失重例子和日常的小實驗，讓學生學會觀察生活，知道物理就在身邊。2培養(yǎng)學生科學探究能力，激發(fā)成就感；養(yǎng)成學科學、愛科學、用科學的習慣；從探究中體驗科學之美，體會合作的重要性?！窘虒W策略與手段】以日常生活中的有關現(xiàn)象為切入點，讓物理學習更貼近生活，以激發(fā)學生的興趣。開始讓學生利用彈簧秤和鉤碼自主探究如何測量物體的重力，并讓學生明白彈簧秤的讀數(shù)直接反映的是物體對彈簧秤的拉力；然后讓學生“玩一玩”來發(fā)現(xiàn)彈簧秤的讀數(shù)有時不等于物體的重力，鼓勵學生設計實驗探究物體超重、失重現(xiàn)象的運動學特征。在演示自由下落的可樂瓶沒有水柱噴出時，充分挖掘實驗的內(nèi)涵，讓學生理解水的噴出是由水的壓力引起。通過放在臺秤上的砝碼在水平加速運動時讀數(shù)不變實驗，演示和例舉一些并非超重失重實例，如磁鐵吸引鐵質(zhì)的砝碼彈簧秤讀數(shù)變大實驗，進一步從不同角度讓學生理解，物體超重、失重現(xiàn)象的運動學特征是物體有豎直方向的加速度。課外通過對“超摩擦”“失摩擦”的研究，幫助學生理解鞏固研究物理問題的科學方法?！菊n前準備】1學生所需器材（四人一組）：彈簧秤、砝碼。2教師所需器材：彈簧秤、砝碼、物理支架、小臺秤、小車、磁鐵、可樂瓶、超重失重演示儀、多媒體投影儀?！窘虒W過程】一、復習引入（復習牛頓第二定律的應用，同時為新課教學中對超重與失重的解釋做理論儲備。）練習：電梯以10m/s的速度豎直勻速上升，電梯地板對站在電梯里質(zhì)量為60kg的人的支持力為_N；如果電梯以05m/s2的加速度加速下降，地板對人的支持力又為_N；（g取 10m/s2）說明：解題時兩個受力分析圖（圖1）要留在黑板的右上角，為新課教學服務。二、新課教學（實驗）探究之一：（以生活情景的導入，引出物理問題）請用給定器材（彈簧秤、砝碼），設計一個實驗，得到砝碼的重力大小。教師將各組學生得到的結論寫在黑板上。問題：1你看到的彈簧秤讀數(shù)（直接）表示的是下列哪個力？A物體的重力B彈簧秤對物體的拉力C物體對彈簧秤的拉力D手對彈簧秤的拉力 2請學生討論后回答：彈簧秤測量物體重力的原理（二力平衡）。小結：當物體處于靜止或勻速運動時，物體對支持物的壓力或對懸掛物的拉力等于物體的重力。（實驗）探究之二：請同學們用剛才的實驗器材“玩一玩”（教師在講玩一玩時，要用體態(tài)語言提示學生，手要上下運動），看一看有什么新現(xiàn)象。學生：讀數(shù)不穩(wěn)定，有時候比剛才的讀數(shù)大，有時候小。問題：1你看到的彈簧秤讀數(shù)表示的是什么力？2如果用“老經(jīng)驗”看（教師演示，用書擋住上下振動的砝碼），你認為物體的“重力”有變化嗎？如何變化？3物體的重力實際上會變化嗎？應該是多少？小結：我們把彈簧秤的讀數(shù)大于物體的重力的現(xiàn)象，叫做物體的超重現(xiàn)象，這時物體所處的狀態(tài)稱為超重狀態(tài)；而把彈簧秤的讀數(shù)小于物體的重力的現(xiàn)象，叫做物體的失重現(xiàn)象，這時物體所處的狀態(tài)稱為失重狀態(tài)。注意，物體超重與失重時其本身的重力不變。（實驗）探究之三：請同學們繼續(xù)剛才的實驗，想辦法使彈簧秤的讀數(shù)小于物體的重力。（明確的要求能使學生實驗更有目的性，暫時不提失重，可以降低難度，使實驗更生活化。）學生1：讓物體下降。學生2：物體勻速下降時，讀數(shù)卻不變化。學生3：物體下降時，讀數(shù)并不都是變小，有時讀數(shù)也有變大。學生4：物體上升時，也能看到讀數(shù)變小。大家的觀察很仔細，請一、二組同學讓物體下降，三、四組同學讓物體上升，仔細實驗，觀察彈簧秤的讀數(shù)小于物體的重力發(fā)生在運動的哪個階段。小結：（板書）彈簧秤的讀數(shù)小于物體的重力物體下降的開始階段或物體上升結束階段（理論）探究之四：上述板書是生活化語言，如何轉化為簡潔的物理語言。（學生比較容易將“彈簧秤的讀數(shù)小于物體的重力”，轉化為“物體失重”。但后半句語言的轉化就有些困難，教師可用下列問題引導學生探究。）啟發(fā)性問題：1物體下降、上升是描述哪方面物理問題（運動）2描述運動可用哪些物理量（時間、位移、速度、加速度）3用哪個物理量比較容易描述，如何描述小結：（板書改為）失重加速下降或減速上升。（圖2）（理論）探究之五：請你們嘗試用牛頓第二定律解釋物體的失重現(xiàn)象一、二組同學嘗試解釋物體減速上升，三、四組同學嘗試解釋物體加速下降。對有困難的小組，教師要引導學生觀察回顧圖1，及如何判斷加速度的方向。（投影點評學生的練習：如圖3，mg-F=ma，F(xiàn)=mg-ma 拉力小于重力）探究之六：請你們猜想，物體做怎樣的運動會處于超重狀態(tài)，并用實驗驗證、理論證實。（實驗時，有部分學生發(fā)現(xiàn)，擺動物體（圓周運動）時，物體也會處于超重狀態(tài)，教師要給予學生充分肯定，并告訴學生在以后的學習中會得到解釋；正是由于會出現(xiàn)這種情況，所以在教學設計時先研究物體的失重。小結：（板書）超重加速上升或減速下降，（F-mg=ma，F(xiàn)=mg+ma拉力大于重力）（圖4）。演示實驗1：（選自中學物理xx1233-34）將滾擺沿豎直方向向上旋繞，當?shù)竭_一定高度時，然后讓它做自由轉動下落運動。滾擺在加速下降過程中，我們可以看到杠桿左端向下傾斜，說明物體發(fā)生了失重現(xiàn)象。當滾擺到達最低點時，向下猛減速和向上猛地加速過程中，我們可以看到杠桿左端向上傾斜，說明物體發(fā)生了超重現(xiàn)象。當滾擺向上減速運動時，杠桿左端又向下傾斜說明物體發(fā)生了失重現(xiàn)象。（1觀察杠桿的平衡狀況，貼近學生對超、失重的真實感受，令學生信服。2利用不等臂杠桿進行放大，使超、失重現(xiàn)象的展示十分明顯和直觀。3借助滾擺，使觀察現(xiàn)象時的時間較長且超失重過程的轉換具有連續(xù)性，學生可以連續(xù)進行觀察。4利用滾擺，充分展示向下加速、向下減速、向上加速、向上減速四種不同過程所對應的超、失重現(xiàn)象，學生看到了直接的事實，印象深刻，突破教學難點。）問題：讓學生觀察板書后問，物體的超、失重是否只決定于物體的速度方向，與速度的變化（加、減速）有無關系。（要讓學生充分討論，小組討論的結果要向全體同學闡述。）小結：物體的超、失重，由物體的速度方向及速度的變化共同決定。探究之七：看來物體的超、失重現(xiàn)象，與物體速度的關系還相當復雜，能否有更合適的物理量（時間、位移、速度、加速度）表征呢。（小組討論后學生能解決，教師對有困難小組要引導他們觀察黑板上的受力分析圖。）小結：（板書改為）超重加速度向上（F-mg=ma，F(xiàn)=mg+ma 拉力大于重力）失重加速度向下（mg- F =ma，F(xiàn)=mg-ma 拉力小于重力）演示實驗2：物體有加速度，但卻不發(fā)生超、失重現(xiàn)象。（為了強調(diào)加速度的方向）在水平的講臺上放一輛小車，小車上放一小臺秤，臺秤上放有砝碼，讓一位學生加速推動小車，同時觀察臺秤讀數(shù)的變化，將結果告訴同學。（讀數(shù)不變）問題：為什么物體有加速度了，物體怎么還不會超、失重，請認真思考。小結：物體超、失重時，要豎直方向上有加速度。演示實驗3：完全失重現(xiàn)象將底部及瓶蓋戳有小孔的可樂瓶裝滿水，讓它從高處自由下落，演示水的完全失重現(xiàn)象。演示這個實驗時，教師往往只演示了裝滿水的可樂瓶靜止在手中時，水從小孔中噴出，讓它從高處自由下落時水不會流出，從而說明物體處于完全失重狀態(tài)，這時a=g。這樣做的后遺癥是，學生不能真正理解失重的本質(zhì)，往往還認為水不能流出是因為水失去了重力，這樣不僅起不到鞏固知識反而是反作用。演示時要注意以下幾個問題：1將底部四周戳上小孔，可以讓各個方向的學生看清楚現(xiàn)象。2裝滿水的可樂瓶靜止在手中時，反復幾次用手指封住、放開瓶蓋上的小孔，讓學生看清楚水的流動情形，理解水不能流出不是由于沒有重力，而是壓力不夠（大氣壓）。3裝滿水的可樂瓶靜止在手中時，將手指封住瓶蓋上的小孔，用另外一只手擠壓瓶身，看到水流出，說明了水的流出是由于水的壓力作用，并不是水的重力作用。4通過該實驗讓學生領會：物體的超重（失重）是由于物體對支持面的壓力大于（小于）物體的重力。小結：（板書改為）超重加速度向上（F-mg=ma，F(xiàn)=mg+ma 拉力或支持力大于重力）失重加速度向下（mg-F=ma，F(xiàn)=mg-ma 拉力或支持力小于重力）完全失重加速度為重力加速度（mg-F=mg，F(xiàn)=0拉力或支持力等于零）練習：1某人站在臺秤的底板上，當他下蹲的過程中（課后試一試）A由于臺秤的讀數(shù)等于人的重力，此人下蹲的過程中他的重力不變，所以臺秤的讀數(shù)也不變B此人下蹲的過程中，臺秤的底板既受到人的重力，又受到人的下蹲力，所以臺秤的讀數(shù)將增大C臺秤的讀數(shù)先增大后減小D臺秤的讀數(shù)先減小后增大2（回到引入新課時練習）問：電梯以0.5m/s2 的加速度加速下降，電梯中的人處于 狀態(tài)；人在電梯中有時感到電梯地板對人的腳底壓力加大這是 現(xiàn)象，這時電梯是在向上做 運動或者是向下做 運動；乘電梯時，有時因為進入的人太多使電梯發(fā)出超載的警報聲，這是超重現(xiàn)象嗎？但有時正常關上門后，（老式）電梯起步時也會發(fā)出超載的警報聲，這是什么現(xiàn)象，為什么？這種現(xiàn)象還可能發(fā)生在什么時候？【問題研討】學生課外要思考的問題引審探究一：將砝碼（鐵質(zhì)）掛在彈簧秤上，保持系統(tǒng)靜止，這時彈簧秤的讀數(shù)等于砝碼的重力，將磁鐵靠近砝碼的底端，會發(fā)現(xiàn)彈簧秤的讀數(shù)大于砝碼的重力，那么物體是處于超重狀態(tài)嗎？（不是）引申探究二：用彈簧秤水平勻速拉動物體時，彈簧秤的讀數(shù)等于物體受到的摩擦力，如果水平拉動物體時，彈簧秤的讀數(shù)大于物體受到的摩擦力，我們假設稱它為超摩擦現(xiàn)象，那么什么情況下會發(fā)生超摩擦現(xiàn)象，什么情況下會發(fā)生失摩擦現(xiàn)象。請同學們先進行猜測，然后設計一個實驗驗證。【板書設計】超重與失重物體： 超重加速度向上（F-mg=ma，F(xiàn)=mg+ma拉力或支持力大于重力）失重加速度向下（mg- F =ma，F(xiàn)=mg-ma拉力或支持力小于重力）完全失重加速度為重力加速度（mg- F =mg，F(xiàn)= 0 拉力或支持力等于零）【作業(yè)設計】以小組為單位，完成超摩擦、失摩擦實驗，報告實驗結果，并與超重、失重相比較尋找化們的異同點，寫出心得體會，組與組之間相互交流。