“超重和失重”教學(xué)設(shè)計(jì)江蘇省常州高級中學(xué)洪冠芳一、學(xué)情分析超重、失重學(xué)生有一定感性和模糊的體會，但理解超、失重概念，對學(xué)生而言有一定的困難。我覺得主要來自兩方面，首先是物理語言的誤導(dǎo)，使學(xué)生認(rèn)為超重（或失重）就是物體重量的增加（或減少）；其次學(xué)生往往認(rèn)為向上運(yùn)動時就超重，向下運(yùn)動時就失重，沒有真正理解超重與失重的原因。因此在本節(jié)課教學(xué)中利用了理論和實(shí)驗(yàn)探究的方法，自主學(xué)習(xí)與小組合作學(xué)習(xí)的方式，讓學(xué)生自己體驗(yàn)、分析、歸納、討論、評價(jià)等得出結(jié)論。激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，養(yǎng)成動手與合作能力，生成學(xué)生透過現(xiàn)象看本質(zhì)的物理意識。學(xué)生有牛頓運(yùn)動定律的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，完全可以通過自主體驗(yàn)與自主學(xué)習(xí)來完成本節(jié)課的內(nèi)容。學(xué)生可能將超重、失重現(xiàn)象與牛頓運(yùn)動定律知識割裂，教學(xué)中要注意引導(dǎo)學(xué)生，將新知識納入舊知識結(jié)構(gòu)，讓學(xué)生體會到超重、失重只是牛頓運(yùn)動定律知識的遷移與應(yīng)用而已，并且能自己推導(dǎo)得出超重失重的真正原因。二、教學(xué)目標(biāo)l、知識與技能：(1)認(rèn)識超重和失重現(xiàn)象；(2)知道產(chǎn)生超重、失重現(xiàn)象的條件；(3)能夠運(yùn)用牛頓第二定律和牛頓第三定律分析超重和失重現(xiàn)象。2、過程與方法：(1)經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)、實(shí)例探究討論交流的過程，體驗(yàn)超重和失重現(xiàn)象。(2)經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)和理論探究過程，體會科學(xué)探究的方法，領(lǐng)略運(yùn)用牛頓運(yùn)動定律解決實(shí)際問題的方法。3、情感、態(tài)度與價(jià)值觀：（1）體會生活中的超重和失重現(xiàn)象，生成“學(xué)以致用”的思想，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。（2）了解一些航天員在太空中的生活情景，激發(fā)學(xué)生對科學(xué)的興趣和熱情。（3）體驗(yàn)自主學(xué)習(xí)過程，養(yǎng)成樂于細(xì)心觀察、勤于思考和相互交流的學(xué)習(xí)習(xí)慣和合作精神。三、重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)：什么是超重、失重及產(chǎn)生超重、失重現(xiàn)象的條件、實(shí)質(zhì)。難點(diǎn)：(1)產(chǎn)生超重和失重現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)；(2)運(yùn)用牛頓第二定律和牛頓第三定律對超重和失重現(xiàn)象的實(shí)例分析。四、教學(xué)策略與手段“情景體驗(yàn)——理論探究——DIS實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證——得出結(jié)論”的學(xué)生理論與實(shí)驗(yàn)探究相結(jié)合的教學(xué)模式。五、課前準(zhǔn)備分組實(shí)驗(yàn)：每組200g和50g鉤碼各一個，橡皮條一根，折好的紙筒一個，兩根條形磁鐵，木板一塊。演示實(shí)驗(yàn)：電腦，白板，投影儀，攝像頭，DIS實(shí)驗(yàn)裝置，鉤碼組，升降機(jī)模型，紙帶，鉤碼，電子臺秤，宇航員在太空中生活情境錄象剪輯。六、教學(xué)過程（一）生活情境，引入課題（1）將兩本物理書交疊在一起，讓兩位男同學(xué)來試圖將書拉開，發(fā)現(xiàn)很難拉開。讓另外一名女同學(xué)來，教她方法，她就可以較輕易拉開了。這是什么原因呢？和下面的一段視頻所涉及的物理知識有關(guān)。（2）這是常州聞名的恐龍園的游戲項(xiàng)目——通天塔，讓學(xué)生說說自己的感受，并觀看視頻，引起學(xué)生的共鳴。教師：這其實(shí)蘊(yùn)含了我們今天要講的物理知識——超重和失重。（二）新課教學(xué)1、分組實(shí)驗(yàn)——感受什么是超重(失重)現(xiàn)象?(1)學(xué)生用手托住200g的鉤碼，模擬通天塔的情境，談?wù)勛约旱母杏X。學(xué)生：有時候變重了，有時候變輕了。教師追問：什么情況下變重了？什么情況下變輕了？學(xué)生：好像向上輕了，向下重了。教師：好像？那我們再來感受一下吧(2)學(xué)生用橡皮條一端掛住鉤碼（50g），手提橡皮條另一端，使鉤碼上下運(yùn)動，說說自己的感受。學(xué)生：鉤碼向下運(yùn)動時變重了，向上運(yùn)動時變輕了。教師：這下肯定了，那事實(shí)是怎樣的呢？我們能否用理論來分析一下，看看到底怎么樣？2、理論分析，得出結(jié)論讓學(xué)生自己分析，教師可提示用牛頓運(yùn)動定律來分析這些過程。學(xué)生分析完后，讓一位同學(xué)上來板演。教師從中提煉，并加以肯定。結(jié)論：向上運(yùn)動時分兩種情況：向上加速，此時手上感覺變重了；向上減速時，手上感覺變輕了。向下運(yùn)動也分兩種情況：向下加速，手上感覺變輕了；向下減速時，手上感覺變重了。教師：這個好像和我們的感覺不太一樣，到底是不是像理論分析的這樣呢？我們通過DIS實(shí)驗(yàn)來看一看。3、DIS實(shí)驗(yàn)，測量物體受力利用力傳感器，測出物體所受支持力和拉力的大小隨物體運(yùn)動狀態(tài)不同而變化的圖線。（注意：力傳感器受到拉力時表現(xiàn)為正值，受到壓力時表現(xiàn)為負(fù)值。這是傳感器自身的設(shè)定，在做傳感器實(shí)驗(yàn)前要提前演示給學(xué)生看拉力和壓力的不同之處。）由于如果用手提或托住力傳感器向上向下運(yùn)動，圖線受到干擾較大，所以借助下述實(shí)驗(yàn)器材。圖1、“升降機(jī)”模型，力傳感器反映的是其所受壓力大小，即第一個實(shí)驗(yàn)中人手的感覺。圖2、壓力傳感器裝置所處位置，圖3、力傳感器反映的是其所受拉力大小，即第二個實(shí)驗(yàn)中人手的感覺。圖1圖2圖3開始實(shí)驗(yàn)，電腦記錄數(shù)據(jù)。圖4為傳感器下方懸掛一重物時的傳感器所受拉力FT隨時間t變化的圖線。圖5為傳感器上方放一重物時的傳感器所受壓力FN隨時間t變化的圖線。圖4圖5從圖線中我們明顯可以看到傳感器所受拉力和壓力的變化，將兩張圖保存，打開電子白板，將兩張圖導(dǎo)入，在電子白板上板演，分析傳感器受力的變化。不難發(fā)現(xiàn)，兩種情況下上升過程力先變大后變小，下降過程力先變小后變大。即人的感覺，上升時先變重后變輕，下降時，先變輕后邊重。實(shí)驗(yàn)證明：DIS實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論分析完全一致。4、知識要點(diǎn)一、定義概念1、超重（overweight）：物體對支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?大于物體所受重力的現(xiàn)象。即視重>實(shí)重。2、失重（weightlessness）：物體對支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?小于物體所受重力的現(xiàn)象。即視重<實(shí)重。3、實(shí)重——物體實(shí)際受到的重力大小稱為實(shí)重。(即物體真實(shí)重量)4、視重——測量儀器的顯示數(shù)值稱為視重。(即測量過程中表現(xiàn)出來的重力大小)二、分析超重和失重過程總結(jié)學(xué)生理論分析和DIS實(shí)驗(yàn)過程填寫下述表格：鉤碼的運(yùn)動情況上升過程下降過程加速上升減速上升加速下降減速下降運(yùn)動學(xué)特征速度的方向

向上

向下加速度的方向

向上向下

向下向上超失重情況

超重

失重失重超重

問：決定物體超重還是失重的物理量是什么？速度還是加速度？學(xué)生：加速度1、當(dāng)加速度a向上時，N>G(或T>G),超重。（向上加速、向下減速）2、當(dāng)加速度a向下時，N<G(或T<G),失重。（向上減速、向下加速）3、物體超重還是失重和物體速度無關(guān)，僅由物體加速度決定！問：在超重和失重過程中，物體的重力變化了嗎？答：物體的重力不變，變化的是視重。在初步了解超重和失重后，就能解釋最初為什么女生一人就能將兩本書拉開了。原因是因?yàn)橄蛳录铀贂r，每頁紙之間的壓力減小了，所以它們之間的摩擦力之和也變小了，所以不需要太大的力就可以將兩本書拉開了。接下來我們來做兩個小游戲：游戲1、如何使懸掛著重物的紙帶被拉斷？學(xué)生：向上加速游戲2、人站在電子臺秤上，比示數(shù)最??？如何做？（四人小組討論）讓同學(xué)推薦幾位學(xué)生來演示一下過程，有下蹲的，有站起的。問：為什么這樣做？什么過程可以使示數(shù)變??？學(xué)生：加速下降時和減速上升時都是失重，所以這兩個過程都可以實(shí)現(xiàn)實(shí)屬變小。再問獲勝的同學(xué)：為什么你能獲勝？學(xué)生：我質(zhì)量小，盡可能使加速度大。教師總結(jié)：即因?yàn)閙g-FN=ma，所以FN=m(g-a)，即要FN小，則質(zhì)量小，加速度大即可。教師追問：可以小到零嗎？什么情況下是零？學(xué)生：由FN=m(g-a)可知當(dāng)a=g時，F(xiàn)N=0。教師：對的，就是使向下的加速度a=g時，即出現(xiàn)FN=0。這時就出現(xiàn)了完全失重。用DIS實(shí)驗(yàn)?zāi)M完全失重過程，實(shí)驗(yàn)圖像如下：三、完全失重1、定義：當(dāng)物體向下的加速度a=g時，物體對支持物的壓力（或?qū)覓煳锏睦Γ┑扔诹悖@種現(xiàn)象稱為完全失重。問：完全失重時物體的重力還存在嗎？學(xué)生：還存在。問：你知道什么環(huán)境下是完全失重嗎？答：太空中。播放太空中宇航員在飛船內(nèi)生活時的情景，讓學(xué)生了解自己幾乎沒有接觸過的微重力環(huán)境，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，和愛國熱情。學(xué)生舉例：生活中的超重和失重現(xiàn)象。學(xué)生：坐電梯時、過山車、瘋狂火龍轉(zhuǎn)、蹦極，上下坡等等。實(shí)驗(yàn)室也可以利用手邊的器材，設(shè)計(jì)出有超重失重現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)，再次感受一下超重和失重現(xiàn)象。并通過小組討論嘗試解釋這些現(xiàn)象。5、知識應(yīng)用，小實(shí)驗(yàn)說明大道理對于左邊這個器材，用兩根手指捏住紙筒上端，將紙筒提起，發(fā)現(xiàn)它的側(cè)視圖是一個橢圓，向上加速瞬間，變得更加橢圓（超重），向下加速瞬間，變得和圓比較接近。若讓其自由下落，則發(fā)現(xiàn)側(cè)視圖是接近圓的，也就是說，兩邊夾子的重力帶來的影響幾乎不存在了，即夾子處于近似完全失重狀態(tài)。其實(shí)做拋體運(yùn)動也會看到這樣的現(xiàn)象，因?yàn)閽伋龊蠖贾皇苤亓ψ饔?，都是完全失重狀態(tài)。對于右邊的器材，將條形磁鐵N、S極相對且比較靠近（在其相互作用的磁場的作用范圍），向下加速過程和向上減速過程都能使磁鐵相互吸引。原因：向下加速過程和向上減速過程是失重狀態(tài)，即磁鐵受到的支持力小于重力，且加速度越大，則支持力越小。而水平方向原本磁場力和靜摩擦力相平衡，但在失重時，支持力變小導(dǎo)致最大靜摩擦力變小，所以當(dāng)最大靜摩擦力小于磁鐵受到的磁場力作用時，磁鐵便會吸引到一起。5、總結(jié)：用一首打油詩結(jié)束今天的這節(jié)課超重失重兩紛紛，拉力壓力定乾坤；重力長存無變故，超失還看加速度。七、板書設(shè)計(jì)超重和失重超重和失重1、超重：視重>實(shí)重（加速度a向上，加速上升、減速下降）2、失重：視重<實(shí)重（加速度a向下，減速上升、加速下降）3、完全失重：當(dāng)物體向下的加速度a=g時，物體對支持物的壓力（或?qū)覓煳锏睦Γ┑扔诹?，這種現(xiàn)象稱為完全失重。，八、教學(xué)反思1．本節(jié)課采取“情景——問題——探究（理論、實(shí)驗(yàn)）——結(jié)論”的教學(xué)方法，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)情境的激發(fā)中，問題的引領(lǐng)下，通過理論分析、小組實(shí)驗(yàn)、應(yīng)用小游戲使學(xué)生能積極主動地學(xué)習(xí)，體現(xiàn)新課程提倡自主學(xué)習(xí)的新理念。2．小游戲?qū)嶒?yàn)雖簡單，但卻能一下子抓住了學(xué)生，課堂氣氛非?；钴S，自行改裝的升降機(jī)模型效果非常好；DIS實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生體會到科技的力量。3．在自主學(xué)習(xí)超重與失重時物體運(yùn)動方向、加速度