超重与失重-王鑫

第四章牛顿运动定律第七节超重与失重教学设计【教学设计思路】利用普通的实验器材（弹簧秤、钩码）及学生随处可见的饮料瓶、易拉罐设计一堂能够引导学生科学探究的新授课。本节课在设计时，并未采取动画演示超、失重现象，而是尽量让学生亲自做实验，获得真实的体验。一方面可以培养学生求真求实的科学态度，提高自主学习的能力；另一方面，激发学生学习物理的兴趣，体验物理的研究方法。本节课从生活实际出发，设计贴近学生生活的实验，以此为基础，以探究为主线，让学生通过实验操作、观察来认识物理现象，认知物理过程，让学生用生活化的语言表述观察到的超、失重现象，探究物理规律，再引导学生将生活语言转化成科学规范的物理语言阐述物理规律。通过实验让学生理解并掌握物理概念与规律。【教材分析】《普通高中物理课程标准》共同必修模块“物理1”中的第二个二级主题“相互作用与运动规律”中涉及本节的内容有条目4：“……通过实验认识超重和失重现象。”要求学生能通过一些实验或具体的活动来了解和体验超重和失重。本节内容是本章知识应用的一个典型的例子。其典型性表现为，其一，此现象产生原因的分析要用到牛顿第二定律，这不仅有利于学生巩固对定律的内容理解，而且有助于培养学生分析问题的能力；【学情分析】本节课的授课对象是高一学生，学生已经学了牛顿三大定律，为本节课深入学习超重与失重打下知识基础。他们对生活中超重、失重现象已有所了解，但可能存在超重就是超过重力、失重就是失去重力的错误前概念。【教学目标】知识与技能1、知道什么是超重和失重，理解产生超重失重现象的条件和实质；2、能运用牛顿第二、三定律定量分析超重与失重现象。过程与方法1、经历实验探究的过程，观察并体验超重和失重现象；2、经历探究产生超重和失重现象原因的过程，学习科学探究的方法，进一步学会运用牛顿运动定律解决实际问题的方法。3、尝试利用传感技术采集数据，使学生掌握处理DIS数据信息的方法。情感态度与价值观1、利用实验和视频激发学生学习的兴趣，拓宽学生视野，提高对科学知识的兴趣。2、通过搜集航天器中的超、失重现象，了解我们航天科技的成就，培养学生的民族自豪感，感受物理与生活、社会与科学技术的相关性。3、通过让学生实验探究产生超重与失重的条件，让学生体会学习的成就感以及合作的重要性，培养实事求是的科学态度。【教学方法】用“创设情境——提出问题——实验探究——引导发现——分析归总结”的问题探究式教学方法。采用“创设情境——提出问题——实验探究——引导发现——分析归总结”的问题探究式教学方法。除了运用常规教学手段外，采用多媒体辅助教学。【实验器材及媒体】教师演示实验：0.5kg的砝码若干、纸条；侧面打孔的装有水的可乐瓶一个；DIS实验系统、媒体网络教室，ppt。重点难点:引导学生运用牛顿运动定律探究产生超重与失重现象的条件。教学难点：理解超重与失重的实质。【教学流程】新课引入：创设情景，激发悬念物理学是一门以实验为基础的自然科学，它的应用领域十分广泛。通过介绍杨利伟实现中国飞天梦的传奇故事激发同学的爱国热情及学习兴趣。采访内容：记者：当你乘坐飞船升空时，你有什么感觉？杨利伟：感觉有载荷，就是感到胸部受到压力。记者：什么时候感觉到失重？时感觉怎么样？杨利伟：在船箭分离时，突然感觉身体被抛了一下，就飘了起来。提出疑问，采访重所提到的“有负荷”、“有压力”、“失重”到底是什么意思呢？引出本次课程的探究问题超重与失重。新课讲解趣味实验演示1：用纸带穿过挂锁并把挂锁提起来，第一次纸带一端牵挂上重力比较大的钩码，纸带断裂；第二次在纸带一端牵挂上较轻的钩码，向上或向下匀速运动，纸带没有断；然后向上加速运动，纸带断裂。学生活动：当突然上升时，纸带断裂。静止或者匀速运动，纸袋没有断裂。设置问题：①纸带为什么断裂？②砝码的自身的重力发生变化了吗？[分析实验]引导学生对重物进行受力分析。①静止物体平衡状态拉力T=重力G②匀速上提物体平衡状态拉力T=重力G③加速上提物体非平衡状态拉力T重力G引导学生初步得出结论：超重状态：物体对悬挂物的拉力大于物体受到的重力。失重状态：物体对悬挂物的拉力小于物体受到的重力。实验分析：物理学是一门以实验为基础的自然科学，正所谓（新课程提倡）“从生活走向物理，从物理走向生活”。挂锁、纸带是我们生活中常见的物品，利用它们来做有趣的小实验，能够更好的做到贴近生活，激发学生学习物理、探索生活中的物理规律的兴趣。视频展示：[视频分析]展展示一段电梯运行过程中台秤示数变化的视频，清晰直观地让学生（感性上）去掉认识什么是超重，什么是失重。通过视屏，进一步分析超重、失重现象。[学生行为]根据对电梯运行过程中受力分析，，结合之前的讲解自己归纳出超重失重的定义。超重：物体对支持物的压力（悬挂对悬挂物的拉力）大于物体所受的重力。失重：物体对支持物的压力（悬挂对悬挂物的拉力）小于物体所受的重力。制定计划与设计实验：引出问题：已经知道了超重和失重现象的定义，那么产生超重、失重产生的条件是什么呢？分小组探究：实验仪器：砝码若干，DIS数据采集系统，力学传感器探究要求：通过DIS系统记录下钩码出现超重失重现象时对应的状态。学生容易根据之前电梯运行的探究实验思考出将钩码突然提升至停止，然后突然下放至停止的实验方法。并运用DIS系统的力传感器对钩码拉力的瞬间变化情况记录下来，如图所示：引导学生分析观察波形图，将钩码不同运动情况下示数的变化情况填入下表中，并根据超重与失重的定义，判断出钩码所处的状态。再帮助学生构建物理模型，引导学生运用牛顿运动定律分析出钩码的动力学学特征，填入表格中。钩码的运动情况突然上升至停止突然下降至停止突然上升突然停止突然下降突然停止加速上升减速上升加速下降减速下降运动学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受力分析T-mg=maT=mg+maT′=TGmg-T=maT=mg-maT′=TGmg-T=maT=mg-maT′=TGT-mg=maT=mg+maT′=TG弹簧秤示数的变化情况变大变小变小变大视重实重视重实重视重实重视重实重产生的现象超重失重失重超重引导学生分析、观察表格，归纳总结出：①当物体具有向上的加速度时处于超重状态；②当物体具有向下的加速度时处于失重状态。强调物体是超重还是失重只与物体加速度的方向有关，而与运动方向无关。实验分析：由于弹簧测力计的示数变化不定，且瞬间即逝，难以观察全面，为此我采用DIS实验系统，这样便于学生直观的观察出示数的变化情况。猜想与假设：在失重现象中，如果向下的加速度a=g，会出现什么情况呢？演示2：取出事先准备的可乐瓶，可乐瓶子的侧面开有小孔。托在手上时，有水从孔中喷出。让可乐瓶自由下落（尽可能不让瓶子翻转，这样有利于学生观察），在瓶子下落的整个过程中，小孔中都没有水射出。瓶子下落到桌面附近时，用手接住，这时水又从下面的小孔中喷射出来。[设置问题]：水为什么在自由下落过程中没有水喷出呢？[学生活动]：到底什么导致了水在上升和下落的过程中没有喷出呢。引发学生思考，激发学习兴趣。分析：当易拉罐自由下落时，易拉罐中的水处于完全失重状态，水的内部没有压力，故水不会流出。但易拉罐中水的重力仍然存在，其作用效果是用来产生重力加速度。定义完全失重现象：当物体以加速度a=g竖直加速下降时，物体对悬挂物的拉力（或对支持物的压力）为零，这就是“完全失重”现象。延伸拓展介绍一些与超重失重知识相关的科技成果，让学生正确理解科学、技术、社会之间的关系。在完全失重的条件下，可以制造出理想的滚珠、足够长的玻璃纤维、良好的泡沫金属、特种合金等；人在失重的环境中，会引发衰老、心血管功能下降、严重的钙损失导致骨质疏松或是骨折；小结帮助学生梳理知识建构清晰知识结构①超重与失重的概念②产生超重与失重的条件③超重与失重的实质布置作业（在家体验最后到课堂交流）家里有体重计的同学回家做一做，先站在体重计上不动，读出其示数，接着突然下蹲，观察示数的变化情况，然后先蹲着不动，再突然起立，观察示数又是怎样变化的？想一想为什么会发生这样的现象？下次课进行分组讨论，谈谈各自的感受。【板书设计】超重与失重现象概念产生条件实质超重T(N)Ga向上G不变失重T(N)Ga向下G不变完全失重视重=0a=g向下