超重和失重教学设计.doc

超重和失重牛顿定律的应用 教学设计 刚被物理教学探讨录用，即将发表 超重和失重牛顿定律的应用教学设计朱卫娟 徐州市第一中学 徐州市 221000摘要：本文基于高级中学物理课程标准和新课程理念，对超重和失重牛顿定律的应用进行了教学设计。从教学目标，教学过程，课后反思等方面进行了叙述。关键词：目标；过程；反思中图分类号：G633.7 文献标识码：A 1 教学目标分析1.1 知识与技能通过实验认识超重和失重现象。知道超重和失重的概念及其产生条件知道用牛顿定律对超重和失重现象进行定量分析，并能分析和说明一些简单的相关问题。了解生活中的超重和失重现象1.2过程与方法学生通过动手实验观察超重和失重现象，通过现象给出超重和失重的定义。进一步利用实验现象自主探究总结超重失重的条件。再利用牛顿定律分析超重和失重，知道超重和失重的条件具有普适性。再从习题引出完全失重。使学生在学习中体会生活中随处可见超重和失重现象。1.3情感态度和价值观学生体会物理实验对于研究物理规律的重要作用学生在学习过程中体会科学知识在生产、生活和科学技术中的作用培养学生勤于思考、相互交流的学习习惯和合作精神2 学情分析学生通过前面的学习已经基本知道根据牛顿定律由受力确定物体的运动和由运动情况确定受力的基本方法和步骤。本节课是对由运动情况确定受力的进一步深化用牛顿运动定律解决生活实例，使学生对超重和失重的物理内涵有更清晰的认识。超重和失重在学生头脑中存在前概念，认为超重和失重就是物体的重力变大和变小了。为摒弃错误的前概念，课程将采用引导学生观察实验现象、学生参与实验过程自主探究、学生讨论合作等方法，让学生逐步理解超重和失重现象的本质。3 教学过程设计3.1演示实验、激趣设疑教师活动1： 手持一个矿泉水瓶，预先已经在靠近底部的侧面打了两个小孔。移开手指，水就从小孔中射出来，释放水瓶，水还会溅出来吗？教师活动2： 如何让小球从两根铜丝构成的圆弧轨道的最低点掉下去？学生活动1： 两名学生参与实验，站在水瓶两侧。其他同学猜结果。看到水并没有溅到同学身上，同学们很吃惊也很好奇3.2趣味游戏、引出课题学生活动2： 学生站在称上动一下利用投影设备让其他同学观察称的示数是否会发生改变。教师： 动一下，示数发生变化，这个现象和今天所要研究的超重和失重有关。示数变大就是超重，示数变小就是失重。请同学们猜想产生超重和失重现象的原因？学生活动3： 学生站在秤上站起、蹲下，其他同学观察称的示数是否会发生变化？教师： 猜一猜，示数变化与哪些因素有关呢？学生： 与重力加速度有关、与速度有关、加速度方向有关、与合外力方向有关等等教师： 同学们提出很多猜想，很好（适时表扬），下面用手头的弹簧秤和钩码来探究一下超重和失重与什么因素有关。3.3分组实验、探索研究学生活动4： 根据大屏幕给出的实验提示分组实验并完成如下表格运动情况 加速度方向 F和G的关系 现象 向上 向下向上运动实验提示：（1）、钩码由静止开始向上运动至最后停止，运动情况可以分为哪两段？（2）、这两段的加速度分别是什么方向？（3）、在这两段运动过程中，分别观察弹簧秤的示数，弹簧秤对钩码的拉力F,和钩码的重力G之间的大小关系是什么？（4）、钩码对弹簧秤的拉力F和钩码的重力G之间的大小关系又是什么呢？学生四个人一组动手做实验进行研究，互相探讨，然后将弹簧秤带动钩码向上运动的结论填入表格中。4人为一探究小组，教师走下讲台听取学生的讨论意见，针对学生存在的问题及时指导，并回答学生在实验过程中的问题。学生： 实验过程中，弹簧称示数变化太快，不利于观察教师： 老师事先已经猜到这个问题，将实验过程拍成视屏，同学们可根据慢动作回放结合手头实验探究。实验结束，教师请小组代表通过投影展示弹簧秤和钩码向上和向下运动过程小组的研究结果。运动情况 加速度方向 F和G的关系 现象 向上 加速 向上 FG 减速 向下 FG 向下 加速 向下 FG教师： 其中有2组数据,顾名思义叫超重，那什么叫超重？用物理语言如何描述呢？学生： 拉力或压力大于物体的重力。教师： 反之，当,就叫失重。(完成表格中的现象一栏)，即失重就是拉力或压力小于物体的重力。接下来讨论几个问题(投影展示)（1）、发生超重或失重现象时物体的重力如何变化？（2）、分析讨论上述四种情况，物体处于超重或失重状态是取决于速度还是加速度？学生活动5： 学生分组讨论，发表见解，互相讨论，互相质疑，互相讲解学生1： 重力不变，因为在地球上g不变，质量是物体的固有属性不变。学生2： 我认为重力变了，因为人站在称上示数是变化的。教师：质量变吗？学生3： 质量不变，因为台秤的示数表示的是压力，不是质量。和弹簧秤一样，测的是拉力。教师:同学们把手头的弹簧秤拿出来看一下，弹簧秤示数分两排，右边kg，左边N。现在同学们继续讨论弹簧秤测的是什么，质量到底变不变？学生4： 质量不变，是物体的固有属性。台秤秤的是人给台秤的压力。人在蹲下和站起的过程中发生了超重和失重现象，对台秤的压力变化了，有时比重力大，有时比重力小。教师： 带领学生鼓掌表扬。第二个问题还是请小组代表回答。学生5： 根据表格，现象是超重的时候加速度都是竖直向上的，而速度有向上也有向下。同样，失重的时候加速度都是竖直向下的，速度有向上也有向下。所以我敢肯定超重或失重状态是取决于加速度方向而不是速度。3.4构建模型，理论分析，透视本质教师总结： 超重时向上，失重时向下，与速度方向无关。这个结论是从实验得到的，是否具有普适性，能否从理论上验证？下面请根据牛顿定律分析物体超重和失重的物理原理，左边两组分析超重，右边两组分析失重。学生活动5： 动笔推导学生6： 展示推导过程并讲解：超重时，加速度方向向上，受力分析如图1教师：你们同意吗？什么地方不同意呢？分析过程很好啊（教师故弄玄虚）。（学生有同意的，有不同意的）学生7： 超重指的是物体对弹簧的拉力大于重力。不是物体对弹簧的拉力，是弹簧对物体的拉力。还少一步根据牛顿第三定律物体对弹簧的拉力。学生8： 展示推导过程并讲解：失重时，加速度方向向上，受力分析如图2根据牛顿第三定律：物体物体对弹簧的拉力，所以是失重3.5题目迁移，完全失重学生活动6： 练习1、质量是50kg的人站在升降机内的体重计上，当升降机做下列各种运动时，体重计的示数是多少？ (g=10m/s2)（1）升降机匀速上升；（2）升降机以0.5m/s2的加速度加速上升； （3）升降机以0.5m/s2的加速度加速下降； （4）升降机以重力加速度g加速下降；学生9： 展示解题过程并讲解:（解题过程略）教师： 第四问人对称的压力为零，除了这种情况还有那些情况人对称的压力为零学生： 太空中教师： 这种现象大家作为常识了解，叫完全失重。给完全失重下个定义学生10： 当向下的加速度等g，物体对支持物的压力和对悬挂物的拉力等于0时叫完全失重。3.6 科技展示，激趣励志教师播放视屏观看太空失重现象：宇航员在太空中喝水；杨利伟在神五中吃月饼；书本和笔在太空中飘；水滴在太空中曾球形。教师： 近年来我国的航天事业迅猛发展，取得了卓越的成绩。你们都有哪些了解？学生： 神五，神六，神七，嫦娥，天宫一号教师归纳展示：近年中国航天事业发展大事记，1999年11月2003年1月 无人飞船 神舟一号、神州二号、神州三号、神州四号发射成功 2003年10月15日，中国第一位航天员杨利伟乘坐神舟五号飞船进入太空，实现了中华民族千年飞天梦想。2005年10月12日，航天员费俊龙、聂海胜乘坐神舟六号飞船再次飞上太空，并在遨游太空5天，完成一系列太空实验后安全返回地面。2008年9月25日，中国载人航天工程神舟七号发射。 中国载人航天工程神州七号发射成功 实现了我国航天员太空行走。嫦娥一号 2007年10月24日发射成功嫦娥二号 2010年10月1日发射成功天宫一号 2011年9月25日发射成功教师： 考考大家的知识面，神州系列，嫦娥系列，天宫系列的发射目的是什么？学生： 神州系列的目的是载人，嫦娥系列的目的是探月，天空系列是要建立自己国家的空间站教师鼓励： 希望大家能为我们国家的航天事业尽绵薄之力。3.7 互助协作，知识应用，加深理解学生活动7：（1）纸带拎钩码，要让纸带断，不准用手撕，不准用剪刀剪；（2）如图3，互助合作，使托盘和钩码都向下运动时不让纸带断。图3反复多次试验后，实验取得圆满成功。教师： 生活中的超重失重有哪些？学生11： 坐电梯学生12： 坐飞机，飞机起飞和降落的时候学生13： 荡秋千学生14： 蹦极学生15：在游乐场玩过山车3.8首尾呼应，学以致用教师： 刚上课时的实验，水平下落时为什么两侧学生会安然无恙？学生16： 水平下落时是完全失重，水对瓶壁无压力，所以水不会喷出来。教师： 小球为什么会从两根铜丝构成的圆弧轨道的最低点掉下去？学生17： 应该是因为到最低点时小球对轨道的压力大于重力，但是我还是不大理解为什么到最低点时会有小球对轨道的压力大于重力。教师： 这一点通过后继课程的学习同学们会进一步理解。3.9课后作业，增强兴趣，培养能力（1）、医院里的医用电梯的加速度比普通电梯的加速度要小。你能用简单的实验证实一下吗 ?（2）、以小组为单位根据课后材料或利用网络资源，了解太空中失重都有哪些应用。4.教学设计评析4.1本教学设计的主体思路本堂课主要包含了六个活动单元，分别是课题引出单元、探究超重和失重的规律单元、知识应用单元。学生在活动单的引导下，小组内合作学习，教师在学生小组交流的基础上总结归纳。4.2本教学设计的优点（1）充分体现了一堂好课的4个要件。贴近生活的物理情境；简单有趣，课操作性强的探究实验；充分深入的探究活动；潜移默化的思维提升（2）学生参与度高。趣味实验，探究实验共有6个，学生合作讨论次数5次。注重了知识生成的过程。充分体现了学生是课堂活动的主体。学生拥有了自主学习的时间和空间，课堂上学生有了交流合作，促进了学生的合作能力，归纳总结能力。（3）充分体现了教师的主导作用。教师带领学生进入物理情境，体验好奇、猜想假设、实验探究和思辨归纳的过程。（4）将现代信息技术与课堂教学有效整合。充分考虑了信息技术在课堂上该什么时候用，用什么。如在实验探究的过程中，弹簧示数变化过快，不利于观察。利用多媒体的慢动作可有效解决这一困难。再有利用投影设备，课展示学生的探究结论和解题过程，使学生之间能更好地相互学习和交流。4.3对本教学设计的几点想法（1）在学生之间的能力差异暴露的时候，如学生在回答“发生超重或失重现象时物体的重力如何变化？”这个问题时，学生之间明显有不同的想法。让已经理解的学生解释正确答案是否有效转变学生头脑中已有的前概念值得思考。通过学生之间的辩论，不断碰撞出思维的火花或许才是解决的有效途径。不同学生的起点不同，虽然整堂课的各个环节关注了学生的动手，动脑，但是学生之间能力的差异要求教师课后话费较多的时间个别辅导。（2）虽然课堂在引入、猜想、探究、总结和应用环节注重了对学生思维能力的培养，但是思维层次上有待进一步提高，以满足不同层次学生的需求。如通过对超重和失重的分析，可以进一步画出物体对支持物的压力和对悬挂物的拉力与加速度的函数图象，如图4（3）可进一步发挥现代信息技术的作用。如在探究实验部分，可将弹簧秤的上端挂在力传感器上，同时力传感器与电脑相连，可得到拉力随时间的函数，很容易就能看出哪些阶段是超重，哪些阶段是失重。还可以搭建一个平台让同学们展现生活中超重和失重的瞬间。