《超重与失重》教学设计

2016-03-16 10:50阅读：

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课题：超重与失重
江绪华（重庆市求精中学校 400015）
一、教材分析
本节课根据人教版高一物理必修1教材第四章《牛顿运动定律》第7节《用牛顿运动定律解决问题（二）》设计。
本部分内容讲述超重和失重现象及其产生原因，并且将其应用在具体问题中：如电梯中的超失重和体重秤上的超失重等。
对超重和失重理解可以从运动学和动力学两个角度理解。运动学角度：当物体加速上升或减速下降时，物体处于超重状态；当物体加速下降或减速上升时，物体处于失重状态。动力学角度：当物体具有向上的加速度时，物体处于超重状态；当物体具有向下的加速度时，物体处于失重状态。前者为表象，后者为本质，两者为递进关系。
超重和失重是生活中的常见现象，因此讲解本部分内容时应尽量贴近生活，从生活中来，到生活中去，过程应多安排些学生的动手实验机会，让学生有切身的体会，同时也应安排些思考和探讨的话题，引发学生的思考和讨论，加深学生对超失重的理解。
由于现行教材没有将超重和失重作为单独一节内容呈现出来，只是作为牛顿运动定律应用的一个方面，通过例题提及，只有对超重、失重简单的描述，为学生进一步理

解超重、失重提供了一个自主探究的空间，但囿于实验器材的局限，影响了学生的课外自主探究。因此本节课根据教材的编写意图，创造条件请学生经历科学探究的过程，在达到理解超重(失重)现象的产生条件和产生的原因的同时，增强应用牛顿运动定律解决实际问题的能力。
本节课将采用实验探究和理论论证相结合的方法，并通过“学案”引导学生经历探究超重和失重现象的过程，最后通过应用进行巩固和深化。
二、学情分析
1．学生状况：学生为高一年级一个普通班，学生的学习基础处于年级中等水平，但班级中有一部分学生思维较活跃；
2．知识基础：前面学生已经学习并较好掌握了运动学和牛顿运动定律知识，这为超重和失重学习打下一个比较好的基础，会利用牛顿定律解决一些简单问题；
3．技能基础：本节课要进行DIS实验，学生在前面已经多次使用过DIS实验系统，尤其对力传感器已经比较熟悉，一些基本的研究方法也已掌握到位，具备了探究学习《超重和失重》的知识和能力，所以授课过程中实验操作对课堂基本上不会产生影响。
三、教学目标
知识与技能
1、知道超重和失重现象和产生的原因。
2、理解产生超重和失重的条件，能够根据加速度的方向，判别物体的超重或失重。
3、知道完全失重状态的特征和条件。
4、初步学会解释超重和失重现象。
过程与方法
1、通过观察超重与失重现象，认识对实验现象进行分析和归纳的方法。
2、通过DIS实验和理论分析经历探究超重和失重现象的过程。
情感态度价值观
1、通过探究学习活动，激发合作意识，懂得严谨科学态度的重要性，增强理论联系实际的自觉性。
2、通过运用超重与失重知识解释身边物理现象，激发学习的兴趣，感悟生活中处处有物理。
四、教学重点和难点
教学重点：超重与失重现象产生的条件和原因
教学难点：探究超重与失重现象产生的条件
五、教学资源
1、实验器材
演示实验器：
（1）DIS实验装置：数据采集器、力传感器、改装的力的传感器，位移传感器
（2）钩码，力学导轨搭建演示平台
（3）塑料瓶
学生分组实验器材（每两人一套）
（1）塑料环，砝码、纸带；
（2）DIS实验器材：计算机、数据采集器、力传感器、钩码
2、媒体资源
（1）多媒体网络教室软件
（2）多媒体网络教室
（2）自制power point课件
（3）录像片段：电梯在运行过程中重物的称量
六、教学设计思路：
本节课是人教版高一物理必修1教材第四章《牛顿运动定律》第7节《用牛顿运动定律解决问题（二）》的内容之一，按照课程标准和教材的编写意图，以“情景问题→实验探究→理论分析→应用巩固”的思路设计本课。由情景引入，提出问题，然后通过实验探究超重和失重现象产生的条件，在探究过程中同时也提高学生运用牛顿运动定律的分析和解决简单实际问题的能力。
本节课需突出的教学重点是超重与失重现象产生的条件和原因，方法是：以超重与失重现象为主线，为学生提供亲身体验，使他们带着疑问进行探究活动。通过体验性实验和录像呈现的情景提出问题；通过DIS学生实验和教师的DIS演示实验，探究产生超重和失重现象条件；通过牛顿第二定律推导，明确为什么会产生超重与失重现象，从而加深理解超重失重的概念。
本节课需突破的教学难点是探究超重与失重现象产生的条件，方法是：在初步得出条件的基础上，教师利用DIS和自制的教具，通过力的传感器和位移传感器，同时获得弹力F和位移s随时间t变化的数据组（F - t数据组和s - t数据组），运用DIS的数据处理、图像和图像转换功能，获得物体的F - t图像和v - t的图像，为学生小组讨论、归纳出超重和失重产生条件的判断提供半定量的依据。
本设计坚持以“学生发展为本”，把探究作为本节课的重点，重视学生知识形成的过程，使学生在有控开放的时空中，通过学习探究，体验知识形成和获取的过程、完成对知识的建构，体现理论联系实际，使同学的学习有兴趣、有成就感！
本设计的特色是分阶段、有层次地开展探究活动，为了提高探究活动的有效性，设计了“学案”进行指导。另一个特色是充分整合信息技术，不仅组织学生进行DIS实验探究超重与失重现象，还通过计算机网络在课堂上进行交流对话。
七、教学流程
（1）教学流程图
《超重与失重》教学设计

《超重与失重》教学设计

（2）教学流程说明
情景I：体验性实验，提拉纸带
情景II：录像片段：电梯在运行过程中重物的称量
通过录像呈现情景，知道超重与失重现象，回顾原有的牛顿运动定律知识明确称量过程中视重的概念。
活动I：学生做DIS实验，填写学案（1）
通过DIS实验获取超重与失重过程中，弹力随时间的变化图像，完成课堂学案（1）的前四列，由弹力随时间的变化图像猜想出超重（失重）对应的运动过程。
演示I：教师DIS演示实验
解决疑问，验证学生的猜想，学生归纳得出的结论
活动II：学生填写学案（2）
从理论上进一步探究为什么会出现超重与失重现象。通过理论推导，增强学生理论联系实际的自觉性，感知牛顿运动定律分析问题的方法，为归纳出的结论找到理论依据。
演示II：教师DIS演示实验（验证完全失重时N=0）
验证完全失重时N = 0
活动III：解释现象，设计小实验
解释实际的超重与失重的现象，设计小实验观察实验现象，解释实验现象，巩固对概念的认识。
（3）教学主要环节本设计内容可分为四个主要的教学环节。
第一环节情景问题：通过创设情景和学生的体验性活动，感受超重、失重现象，知道超重与失重实际只是“视重”在变化。
第二环节实验探究：通过DIS学生实验和演示实验，获取超重与失重过程中，根据弹力随时间的变化图像，探究产生超重或失重的条件。
第三环节理论分析：通过应用牛顿第二定律进行分析，揭示超重、失重现象的本质原因。
第四环节应用巩固：通过观察、讨论分析一些超重、失重和完全失重小实验，巩固所学内容。
八、教学简案：
（一）、情景引入，提出问题
情景一：呈现纸带通过细线悬挂了两个钩码（每个钩码的质量为200g），而纸带没有断的情景，请学生尝试，不用剪刀等工具，只用一只手能否使纸带只悬挂一个钩码的纸带断裂（学生利用课桌上的纸带和钩码动手实验，体验超重现象）。
提出问题：纸带可以承受两个钩码的重力，为什么提拉一个钩码时就断了呢？
情景二：观看录像片段，发现在电梯升降运动过程中测力计示数变化：
通过对测力计示数变化的简单分析，明确视重的概念，知道什么是超重现象、什么是失重现象。
提出问题：什么情况下发生超重现象，什么情况下发生失重现象。
（二）、实验探究，理论推导
学生感受超重与失重现象
（1）学生实验在学生应用计算机、数据采集器、力传感器、钩码完成DIS实验，获得运动过程中，钩码对力传感器的弹力与时间变化图线，感受超重与失重现象。请学生根据实验结果完成课堂学习“学案(1) ”的前四列。在此过程中教师通过巡视和网络了解学生实验和填表的情况，并调取一组学生所填写的表格进行交流、分析，共同完成“学案(1) ”的最后一列（结论）。
学生猜想与DIS实验探究
（2）提出问题：同学们得出物体加速上升时发生超重现象，加速下降时发生失重现象的依据是什么？
学生通过讨论并提出猜想。
学生可能仅从弹力随时间变化的图像直接猜想：“物体在上升过程中其速度从零到零，中间过程速度不为零，存在加速和减速两个过程，因此，加速时发生超重现象、减速时发生失重现象”。
教师在肯定学生的猜想有一定的合理性，同时进一步追问：“为什么超重发生在加速上升阶段，失重发生在减速上升阶段呢？”促使学生对自己原来的想法产生疑问。
再一次引导学生讨论，使学生明白，要确切的知道超重和失重现象所对应的运动过程，除了知晓F - t图像外，还需知道v - t图像（速度与时间图像）。
教师DIS演示：为解决同时获得F - t图像和v - t图像这个问题，教师利用DIS和自制的教具，做进一步的深入的探究：通过力的传感器和位移传感器同时获得弹力和位移随时间变化的数据组（F - t数据组和s - t数据组），运用DIS的数据处理、图像和图像转换功能，获得物体的F - t图像和v - t的图像，从而为上述判断提供了依据。请学生通过小组讨论归纳出超重和失重的产生的条件。
理论推导
（3）学生理论推导在知道了产生超重和失重要的条件后，提出问题：“为什么加速度向上时超重，加速度向下时失重呢？”
学生活动：根据已学过的牛顿第二定律，通过理论的推导寻求答案，并填写课堂学习“学案（2）”。
（4）进一步探究——完全失重通过理论分析和DIS实验验证失重的一个特例——完全失重现象。
小实验：做“抛书”活动，请学生分析两本间是否有弹力存在。
（三）、巩固应用，解释现象
（1）呼应上课伊始的“提拉纸带”的实验，利用学生刚学过的超重失重的相关知识来加以判断和分析。
（2）请学生利用提供的器材设计一个能显现完全失重现象的实验，学生展示实验相互交流，并解释现象。
（四）、小结
简单回顾本节课学过的主要重点内容。
（五）、作业布置
1、将底部开有小孔的塑料瓶灌满水，打开瓶盖自由下落过程中，水从底部小孔中流出吗？并加以解释（演示给学生看）
2、设计一个与超重（失重）现象有关的小实验。
九、板书设计
超重与失重
现象 N > G（超重） N < G（失重）
条件 a ↑ a ↓
原因 N = mg + ma N = mg - ma
a = g N = 0 （完全失重）
十、教学反思
1．物理学是以实验为基础的学科，很多概念和规律的建立都需要有一个实验操作的过程，所以做好实验是学好物理知识的前提。本节课中设计应用教育技术DIS探究实验帮助学生形象直观超掌握超重失重知识。
2．物理知识来源于生活，学习物理知识的终极目标是为日常生活生产实践、科学技术等服务，这就是新课程的核心理念，要求我们的物理课堂要富有感染力，从而激发产生不竭的内在学习动力。
附件1：课堂学习学案（一）
根据实验图像填写下列表格
《超重与失重》教学设计

《超重与失重》教学设计

部分	视重与重力的关系（填“>”或“<</font>”）	运动方向	速度变化情况（填“增加”或“减小”）	加速度方向	结论
1	N G
2	N G
3	N G
4	N G

附件2：课堂学习学案（二）
根据牛顿运动定律推导视重与重力的关系：

超重		失重

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