人教版高中物理《超重和失重》教学案例设计

超重和失重教学案例设计【教材分析】：这堂课是在讲完牛顿三个定律后的应用课。随着我国航天技术的发展，载人飞船的上天，学生会更关心超重、失重现象；再加上在实际生活中他们也会遇到许多超重和失重现象。因此学了牛顿定律后有必要对这一现象进行解释，让学生理解其中的道理。另外，在教材安排上这一节也是对牛顿运动定律应用那节的进一步巩固。所以这节课既是对牛顿定律的复习，也是理论联系实际，学以致用的纽带。【学生分析】：学前，学生对于牛顿运动学的基本规律已经有了一个较为完整的理论框架。但是对于怎样应用还存在一定的困难。另外学生脑子里存在“压力总等于重力”的观点已根深地固，有的对超重理解停在字面上，认为超重就是物体变重了。学习中，学生对于教材中只用“升降机”中的情况为例来说明感到无味，由于没亲身体验而感到陌生。总感到看看似乎懂，实际上学生对“物体处于超重和失重状态时，只是物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力发生变化。”这一超重、失重的本质不理解。甚至会使有的学生认为“当物体向上运动时超重，当物体向下运动时失重”的假象。容易造成学生学得是懂非懂！另外，学生在用牛顿定律解释超、失重（尤其失重）原因时，不注重列牛顿第二定律的矢量性，造成列式错误。也增加了对失重本质的理解困难。【教学目标】：1、知识目标：（1）知道什么是超重和失重，理解其本质。（2）知道产生超重和失重的条件2、能力目标：（1）培养学生的洞察能力，能透过现象看本质的能力。（2）培养学生应用牛顿第二定律分析、解决实际问题的能力。（3）培养学生在处理实际问题时提炼出“具体模型”的能力3、情感目标：使理论与生活实践相结合；调动学生学习积极性，提高学生学习兴趣，并加深对物理规律的理解。通过“神五”的例子培养爱国情怀。【重点难点】：教学重点是：理解超重和失重的实质。即“超重和失重现象并不是物体的重力发生变化,而是物体所受的支持力或拉力发生了变化”。它也是本堂课的难点。而且学生对“完全失重”的理解更是难点。【设计思想】：首先，用课堂小实验（弹簧秤称重量）提问学生“弹簧秤实际称的是哪个力？”，让学生对称量问题有个反思，进而通过讨论、分析认清重物对弹簧秤的拉力，弹簧秤对重物的拉力，以及物体的重力，这三个力的关系。引发学生思考“弹簧秤（台秤）的读数一定等于物重吗？”。为弄清超重、失重现象的本质创造条件。 然后，引导学生用牛顿定律分析升降机中的超、失重现象，培养学生用所学知识（牛顿定律），解决具体问题（超重、失重现象）的能力，寻找出超重、失重现象的本质。 其次，通过演示实验、验证实验、多媒体录象等技术手段，引导学生讨论、师生共同分析、不断创设问题情景等，让师生互动。使学生明白什么情况下会产生超（失）重现象？完全失重的原因是什么？深化对超、失重现象的认识。【教学过程】：1、体会超重和失重现象：（课前给每位同学发放放一只钩码，一只弹黄簧秤）教师：边演示用弹簧秤称钩码的重量，边问弹簧秤直接称出的是哪个力的大小？学生：一时回答不出来，经老师引导得出弹簧秤称的是钩码对弹簧的拉力教师：我们知道当弹簧秤勾着钩码静止不动，或匀速运动时，弹簧秤的读数会等于重力，你知道为什么吗？当弹簧秤加速向上拉钩码，或拉着钩码加速下降时，弹簧秤的读数会有什么变化？你自己做一下，想想为什么？学生：做、讨论。（主要让学生明白三个力的关系及弹簧秤称出的力不一定等于物重）教师：等学生做了后，请一位同学回答上面问题。此后再问，人手提弹簧秤，弹簧秤下挂钩码，站在加速向上的电梯内，手相对电梯静止不动，问人看到弹簧秤的读数有何感觉？若电梯内放上台秤，在台秤上秤物重，当电梯加速或减速上升时，你看到台秤的读数后会有什么样的感觉？学生：想象教师：播放多媒体课件（电梯内的台秤上放了3.8kg的物体，当电梯加速上升时，台秤的读数变为4.4kg，当电梯匀速时读数还是3.8kg，当电梯减速时，电梯读数为3.4kg。）教师：提出课题，并指出什么是失重？什么是超重？超重现象：物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）大于物体所受重力的情况失重现象：物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）小于物体所受重力的情况教师：提示刚才用弹簧秤加速向上拉钩码，弹簧秤读数变大，这就是超重现象！当弹簧秤刚要停止向上运动时，读数变小，这就是失重现象！2、寻超重和失重现象的本质教师问：为什么会出现超重或失重现象呢？（我们用以下例子来说明）例1升降机以0.5m/s2的加速度匀加速上升，站在升降机里的人质量是50kg，人对升降机地板的压力是多大？学生分析：研究对象？-人 人的受力情况和运动情况 用什么规律解决？ -牛顿第二定律 具体列式：FGma 得：FGmam（g+a）50（9.8+0.5）N=515N 人对地板的压力用什么规律求？-牛顿第三定律 得：人对升降机地板的压力是515N教师小结：可见人对地板的压力变大了（比重力大），若压在镑秤上，人就感觉自己变重了。因为人总以为磅秤上读出的是自己的体重，这样就认为自己“超重”了。例2升降机以0.5m/s2的加速度匀加速下降，站在升降机里的人质量是50kg，人对升降机地板的压力是多大？同理分析：（让一个学生列牛顿第二定律式子） GF=ma所以：F=Gma=465N，根据牛顿第三定律，人对升降机地板的压力是465N让学生小结：“人感觉自己变轻了”，即产生失重现象。教师：让学生思考上题中，升降机减速下降时人处于超重还是失重？上题中，升降机减速上升时人处于超重还是失重？学生回答：略教师再问：怎样来判断升降机里的人（物）处于超重还是失重 ？（看物体的运动方向吗？）学生：总结出是看物体运动的加速度方向，即加速度方向向上时，人受合力要向上，就造成人受的支持力要大于重力，人对板的压力就大了。反之加速度方向向下时，人受合力要向下，就造成人受的支持力要小于重力，人对板的压力就轻了。教师问：若吊升降机的绳索突然断了，人对地板的压力会怎样？启发学生推导：绳断了，升降机和人整体做什么运动？加速度多大？对人分析，用牛顿定律解得人受支持力多大？人对板的压力呢？学生：得出人对板的压力为零教师：是否压力为零我们用实验验证（装置见图）。让挂着重物的测力计沿竖直光滑轨道自由滑下，看测力计的读数为多大？学生：看到读数变小并指零。教师小结：什么是完全失重？ 学生回答：物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）等于零的情况。教师问：物体处于失重或完全失重是否物体受到的重力变了（或没有了）吗？学生讨论后小结：超重和失重现象并不是物体的重力发生变化,而是物体所受的支持力或拉力发生了变化（教师特别提醒这是失重或超重的本质）。3、超重和失重现象分析（理论指导实际）生活中的超重和失重教师做课本小实验：将可乐瓶底侧开一小孔让水流出，将可乐瓶上抛、自由下落等看可乐瓶底侧小孔有水流出吗？请解释？学生分析：（适当时教师引导：可乐瓶静止或匀速运动时为什么会流出水？可乐瓶上抛、自由下落上层的水对下层的水还有压力吗？）学生讨论后回答：可乐瓶抛出后，各水层都受到重力的作用，并且在重力的作用下都作相同的向下加速度g运动，各水层处于完全失重状态，所以水层之间没有相互的挤压。而水中的压强是由上面的水的压力所产生，既然水层之间的相互压力消失，那么水中的压强也就在自由下落过程中消失。所以瓶口的水自然不会流出来。再看杨利伟上天如图，火箭发射时，杨利伟处于失重还是超重？飞船返回时呢？学生回答：略问：飞船在太空中绕地球飞行中呢？（提一下即可，原因以后解决）4、超重和失重的意义 超重和失重对宇航员有什么危害？让知道的学生简单介绍一点即可，提示：课后同学们可查资料去了解更多！ 失重和宇宙开发让学生观看宇宙飞船中失重状态下人和物,及宇宙开发的多媒体资料片，介绍相关内容。5、本堂课小结。什么是超重和失重（完全失重）？ 怎样判断物体处于超重还是失重？ 超重与失重的原因是什么？【教学后记】：（一）、新课引入的随堂实验每人发一个弹簧秤，测量钩码的重量，分析弹簧秤的读数反映的是哪个力，通过复习得到弹簧秤显示的是钩码向下拉弹簧的力。然后让学生突然上拉和下放弹簧秤，让学生仔细观察弹簧秤读数的变化情况，提出本节课的课题。和常规的新课引入相比，有以下几个优点：1、一般在讲超重失重时往往在引课过程中用电梯升降的实例，然后提问为什么在升降过程中有不一样的感觉，学生往往只会习惯性地回答是超重失重引起。与之相比如上的课堂实验处理的时候，学生虽然同样能感觉到这一点意思，但总是感觉回答不出来，这样很容易激发学生的兴趣，而且这样的课堂设计更加直观，现象也是很明显的。由于学生知道了弹簧秤测什么力，对后面讲“视重”起了一个铺垫作用。使学生深刻理解超、失重的本质创造了条件。（二）、对于失重现象的实验演示及其解释1实验演示：让底部开有小孔的盛水可乐瓶作自由下落，竖制直上抛，平抛，水不会从底部流出来，演示完全失重现象。这个实验由于物体运动快，下落时水没有流出来，可见度不是很大。应在教室不同位置多做几次。2实验解释：学生在分析了升降机上的人完全失重现象后，可引导学生作如下的定性解释：把水看成一层一层。最下面的一层水就相当于升降机地板，它上面一层水相当于人。整体作自由落体后，上层水对下层水就没有因重力而产生压力，不难得到每一层水都没有因为重力而对下一层水产生压力，都只在重力作用下，与瓶壳一块作加速度为g的自由落体运动（这个解释是比较难的，最好作成幻灯片分部展示）。3实验处理：先演示自由落体，对这一现象解释后，再演示竖直上抛与平抛，作为激发学生兴趣，让学生课后研究。可消除学生对失重的片面理解。（三）验证实验的重要意义学生虽从理论上推导出了升降机上的人完全失重现象后可能将信将疑，做了这个实验后能消除学生思想上的顾虑。也从中指导了他们理论需实验证明的思想，引导了他们科学研究的方法。这个实验的成功也为解释课本小实验起到了暗示作用。（四）用“神五”为例讲，使学生感到亲切，活跃了课堂气氛，激发了他们的科学热情和爱国主义情怀。宇航员由于要面临超重和失重的考验对他们有什么影响？宇宙开发有什么意义？在这里虽然是简单介绍，但为课后提供了好的研究性学习的素材，有了好课题就为学生的科学研究播下了种子。（五）本堂课是牛顿定律的重要应用，教学中应贯彻这一思想。在分析例题和解释实验现象时应让学生根据牛顿定律解决问题的方法自己分析，教师只起到引领（如例1）、启发（如解释升降机上的人完全失重现象）、暗示（如课本小实验）作用。这样就培养了学生怎样取研究对象进行受力分析的方法，巩固了牛顿定律解决问题的方法和思路，培养了具体分析问题提出“具体模型”思想。激发了学生学习的乐趣和信心！