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1、超重和失重 【教材分析】超重失重是高中物理力学的基础内容和重要内容，掌握好超重失重可以为后续知识的学习奠定良好的基础，同时通过系列的实验探究过程，让学生经历知识的建构过程，培养学生的探究能力，深化对牛顿第二定律，牛顿第三定律的理解，形成正确的物理思想方法，提升物理学科的关键能力。【学情分析】：1.学生的知识基础：学生在前面已经学过根据二力平衡测量物体的重力，学过牛顿第二定律、牛顿第三定律，虽然有一定的基础，但理性思维还未达到一定的层次，要理解超重失重这一抽象概念还有一定的困难。2.学生的认知特点:学生在理解概念时常用头脑中的已有物理表象来理解，或迷茫于概念的字面含义进行想当然的理解，但是之前生
2、活中形成的物理表象有的是片面或错误的，比如有的学生就认为超重就是重力变大，失重就是重力变小。教学过程中通过实验探究帮助学生就这错误的物理表象，看到现象的实质，培养科学思维能力。3.学生的能力特点：高一学生已经具备了一定的实验探究能力，了解实验探究的基本方法， 【设计思路】：2015 年教育部下发的普通高中物理课程标准修订稿内部征求意见稿中提出，物理学科核心素养是学生在接受物理教育的过程中形成的适应个人发展和社会发展需要的必备品格和关键能力，这些品格和能力带有物理学科的特性。其主要包含了四个方面的要素：物理观念、科学思维、实验探究、科学态度与责任。这四个要素之间不是割裂的，物质观念是科学思维、实
3、验探究、科学态度与责任实现的载体和前提, 科学态度与责任是达成另外三个维度的动力系统，科学思维是另外三个维度的保障，实验探究是连接另外三个素养的纽带, 另外三个素养都能在实验探究中得以培养，可见，实验探究能力肯定是物理学科关键能力之一。本节课试图以超重失重的概念教学为载体，以“实验探究”这个关键能力的培养为突破口，带动高中物理学科四个维度核心素养的融通共进。【课前准备】：1.手机联网，设成静音，或消息免打扰。2.实名进班级qq群。3.老师事先出一份当堂检测卷，一份矫正训练卷，一份能力提升卷放在问卷星平台上。一、情境引入1.演示实验：一学生演示“磁铁落吸”实验。将两块环形磁铁(取自老式喇叭尾部)
4、穿在一根圆柱形木棒上。本来吸在一起，实验前，把他们分开，并让两铁N、S极相对且相距15cm左右。双手持木棒的左右两末端并使整个装置水平静止，整个装置在双手突然释放，到再次被接住的短暂过程中,磁铁会突然吸引在一起。2童话故事（ppt展示情景画面）：泰山与鸿毛竟然让天平保持平衡！这可能吗？过渡：带着这些疑问，我们一起来学习超重失重。二、新课教学探究一:什么是超重和失重现象? 1.重力测量的原理用牛顿第三定律与二力平衡讲清视重与实际重力在物体静止时的关系，以后求视重可以转化为求拉力或支持力。2.什么叫超重、失重？分组实验：用一根手指吊起弹簧，让弹簧下的钩码上下震动起来，感受弹簧拉力的大小变化吗？有的
5、同学把弹簧换成纸带，换成老师亲手绕制的小弹簧，下挂钩码（300g左右的重锤），向上迅速一提，观察纸袋与晓弹簧的变化，说明什么？（纸带断了，小弹簧超过弹性限度了，说明迅速向上提的某个时刻，拉力一定大于重力，纸带、小弹簧承受不了了。有的同学换成弹簧秤，向上加速然后减速停下，弹簧的视重一直比重力大吗？（学生观察后回答;弹簧测力计视数先变大后变小）（可能太快，看不清楚，咱把过程拉长，随着电梯上6楼）视频播放：人站在体重计上，随电梯向上最后停在6楼，通过按下暂停键，观察视重变化。学生总结超重失重概念。3.本质：重力不变提出问题：真正的重力变化了吗？学生讨论后回答：重力不变（用“减肥”的概念帮助学生理解）
6、探究二：超重和失重的条件让学生猜想。超重失重是看速度的方向，大小？（学生评判）还是看加速度的方向？这个拉力和支持力还可以通过更精密的手段来测量。1. DIS分组实验探究： 用力传感器模拟电梯中对悬挂物的拉力,观察其力大小随时间变化关系用力传感器代替弹簧秤，模拟电梯中运动,使力传感器将重锤加速上升减速停止，略停顿！然后快速下降-停止，实时描绘F-t图像。（两个同学到前面用老师的实验装置来做）带领学生分析图像，让学生填写学案上的表格（一）后分组讨论。得出结论：超重失重与运动方向无关，只看加速度的方向。教师展示学生填写的表格与结论，对照ppt上老师的标准答案，让学生订正。点出规律就隐藏在表格中，要求
7、学生能对数据进行分类、归纳、总结出规律。2.理论探究：用牛顿第二定律来推导引入：前面学过的哪个方程有力和加速度的关系？用牛顿第二定律来推导。学生自行完成表格（二），最后用柱形图画出支持力F，并讨论交流教师展示学生填写的表格与结论：加速度向上是超重，F=m(g+a),；加速度向下是失重，F=m(g-a)。物体超重还是失重和物体速度无关，仅由物体加速度方向决定。画柱形图表示支持力的大小。教师提出问题串，引导学生做深度的思考：超重时，支持力都画得比重力高，但是，同学们也画的高矮不一样啊！为什么？重力与支持力的差值代表什么？学生分析得出结论：因为加速度的大小不同。探究三:超重超多少失重多少？追问：加速
8、度的方向决定了是否超重和失重。超重多少，失重多少又是由什么决定的?学生:由加速度的大小决定。(教师加以分析,PPT给出结论) 引问：刚才实验得到视重F-t图像，时时刻刻在变化，你猜想：对应的a-t图像应该是什么样的?伸出右手在空中比划一下a-t图像?是这样吗？实验探究：用加速度传感器研究超重失重与加速度的关系：手机自带许多传感器，打开手机上测竖直方向加速度的APP，用手托住手机，使其模拟电梯的运动，（也以向上为正方向，暂停时间要略长一些），把中间的那个加速度图像截屏，讨论。把组内公认的a-t图像上传到群里共享。（这加速度图像和你的猜想相一致吗？）老师随机点开各组的实验图像，与F-t图像进行比较
9、，两个图像的走势相似吗？ F与a成正比吗?学生站起来分析。（如果分析不出来，就问F是合力吗？）得出结论：加速度的方向决定了是超重还是失重。加速度的大小决定超重多少,失重多少。探究四：完全失重的物理特征 引入：我们曾经学过一个特殊的加速度，是？（重力加速度），这时候会有什么特殊的现象吗？理论推导完全失重：带入表格（二）中的方程，视重等于零。一点都没有了！叫完全失重。支持力怎么画？观看视频（太空公开课）：太空中完全失重时视重为零的慢放视频。最后揭秘：小组讨论，解释磁铁为什么吸在一起?泰山羽毛何时能让天平平衡？演示实验：拿掉瓶盖子！一个盛满红色水的瓶子侧部有一小孔,静止在手中时,墨水会喷射而出;如果
10、突然松手,让瓶子自由下落并穿过其下方内贴有白纸做成的圆筒。你猜白纸上会不会有无红色墨水? 教师取下白纸,上面仍是洁白一片,充分说明在自由落体运动过程,红墨水并没有喷射出。看视频慢放：偶有一滴，这是释放前的残留！下落过程水不再流出。（中间过程按下暂停键）与哪儿开口有关吗？如果在瓶子下端开口，自由落体时，谁会流出吗？要使水不喷出，水瓶还可以有哪样的运动？还可以让瓶子平抛、斜上抛、斜下抛,等等,随便抛！一切抛体运动！课后试试。为什么？（与速度方向无关！）三、小 结：物理学思想总结：今天我们透过现象，看到超重失重的本质，重力不变！通过种种探究，找到超重失重的条件;只看加速度的方向！知识总结：加速度向上
11、是超重，加速度向下是失重，速度向哪无所谓，实际重力真不变。探究方法总结:这些知识是经历哪些过程获得的？基于对现象的观察提出问题逻辑推理理论分析实验验证合力外推得出结论。伽利略早就用类似的方法获得了自由落体运动的性质！刚刚过去的2017 年有个热词“引力波”，听说过吗？为此获得诺贝尔物理学奖。就是因为 “引力波所有的观测数据均与100年前爱因斯坦提出的广义相对论的预测完全吻合”。理论探究、实验探究是我们解决问题的两把利刃，希望你们在以后的学习中有意识的应用！四、例题：若你的组长站在一电梯中的台秤上，台秤示数为55kg，（g取10 m/s2）（1）这是他(她）的真实体重吗？ （2）请判断此时电梯的
12、运动状态。 （3）请计算此时你和电梯一起运动的加速度？组长报出自己的真是体重，各组学生自行解答组内讨论交流，找到公认的答案组内派代表展示讲解，老师点评。加速度方向有不同的吗？展示交流另一种情况。老师的体重就正好是55千克，我和电梯做怎样的运动？强调规范解题，规范作答，加速度是矢量，要答方向！台秤的视重虽然相同，但不代表有一样的真实重力，不代表有一样的运动，具体情况，具体分析！五、当堂检测：习题推送到群里（用问卷星推送），点开链接，完成当堂检测！4道选择题，每题5分，满分20分，看谁做的又快又对。交卷后点评：查看成绩排行榜，表扬满分，15分的同学，鼓励其它同学下次拿出好成绩呢！查看用时统计，有些
13、同学做的又对又快。查看正确率统计，了解学生掌握情况，评析错误率较高的习题。学生讨论订正，也可以到问卷星平台上看每道题的详细解答，自己订正。接着定制化推送相应难度的矫正训练习题。推送能力提升训练题六、作业布置1.掌握情况不太理想的同学，建议做矫正训练题，如果有时间，再做能力提升。2.掌握情况较好的同学可以只做能力提升。七、拓展研究1.实验设计:太空中如何测质量呢？请运用本章所学原理设计一个测质量的实验 2.超重失重在科技、生活中有许多应用，请在推送的资源包中继续学习，也请同学们完善这节课的资源包，传到群里，资源共享！ （推送资源包,学生可以课后查看) 【教学反思】：教学是一门遗憾的艺术，教学是无解的，没有最好，只有更好！有些地方我处理的粗糙了，有时给学生讨论的时间偏短，没有展开。 我还想利用上节课作业中人随电梯斜向上加速进行二次探究，只要有向上的加速度分量就会超重。以“实验探究能力的培养”为突破口，带动高中物理学科四个维度核心素养的融通共进。本节课只是做了粗浅的尝试，高中物理学科关键能力培养的路径还有很多有待探索，对于关键能力的培养，我们一直在努力，永远在路上！
