吳洪翔

摘要：本文介紹了超重和失重的教學(xué)設(shè)計(jì)，以期和各位同仁探討。

關(guān)鍵詞：物理教學(xué)；超重和失重；教學(xué)設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1992-7711（2016）01-0121

一、教材分析

本節(jié)是必修一第三章牛頓運(yùn)動(dòng)定律解決問(wèn)題中的內(nèi)容牛頓運(yùn)動(dòng)定律是高中物理的基礎(chǔ)，通過(guò)本節(jié)的學(xué)習(xí)，能鞏固和深化牛頓運(yùn)動(dòng)定律的理解，能更好地解釋生活、生產(chǎn)以及航天事業(yè)中的超重和失重現(xiàn)象。

二、學(xué)情分析

1. 學(xué)生已學(xué)完牛頓運(yùn)動(dòng)定律的理論知識(shí)，但缺乏實(shí)際的應(yīng)用。2. 本節(jié)的理論知識(shí)來(lái)源于生活，但學(xué)生對(duì)新事物、新情況了解較為片面，不能很好地由感性認(rèn)識(shí)提升為理性認(rèn)識(shí)，應(yīng)通過(guò)本節(jié)的學(xué)習(xí)研討，學(xué)生能掌握分析現(xiàn)象的一般方法。

三、教學(xué)設(shè)計(jì)思想

課堂設(shè)計(jì)中注意到通過(guò)學(xué)生親身體驗(yàn)來(lái)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。通過(guò)營(yíng)造情境來(lái)讓學(xué)生感性地認(rèn)識(shí)物理現(xiàn)象，通過(guò)分析、歸納、總結(jié)、質(zhì)疑、交談、實(shí)驗(yàn)探究將感性認(rèn)識(shí)上升到理性思考，進(jìn)行有意義的概念建構(gòu)，通過(guò)對(duì)知識(shí)的遷移來(lái)拓展學(xué)生的想象空間培養(yǎng)思維能力，通過(guò)對(duì)學(xué)習(xí)任務(wù)的精細(xì)設(shè)計(jì)和布置達(dá)到可持續(xù)性的學(xué)習(xí)。

四、教學(xué)目標(biāo)

1. 知識(shí)與技能：了解超重失重現(xiàn)象，建構(gòu)超重失重的概念，能夠用牛頓運(yùn)動(dòng)定律分析超重失重現(xiàn)象；知道視重和實(shí)重的區(qū)別。2. 過(guò)程與方法：培養(yǎng)學(xué)生觀察、質(zhì)疑、推理和歸納概括的能力培養(yǎng)學(xué)生研究物理問(wèn)題的方法。3. 情感態(tài)度與價(jià)值觀：培養(yǎng)學(xué)生合作探究精神和對(duì)科學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度。

教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)

重點(diǎn)：理解產(chǎn)生超重和失重現(xiàn)象的條件

難點(diǎn)：超重和失重現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)，運(yùn)用牛頓第二定律解決有關(guān)超重和失重問(wèn)題并解釋科技與生活中的現(xiàn)象。

五、教學(xué)過(guò)程

1. 動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，引入新課

教師拿礦泉水瓶，打一洞，裝滿水，從高處掉下，水沒(méi)有流出來(lái)？提出問(wèn)題這是為什么？引入新課。

2. 超重和失重產(chǎn)生的原因

（1）實(shí)重和視重

①實(shí)重：物體實(shí)際所受的重力.物體所受重力不會(huì)因物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變而變化。

②視重：當(dāng)物體在豎直方向有加速度時(shí)（即ay≠0），物體對(duì)彈簧測(cè)力計(jì)的拉力或?qū)ε_(tái)秤的壓力將不等于物體的重力，此時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)或臺(tái)秤的示數(shù)叫物體的視重。

（2）超重和失重產(chǎn)生的原因

產(chǎn)生超重和失重的原因可以用圖加以說(shuō)明。圖（甲）中質(zhì)量為m的物體受重力和拉力兩個(gè)力的作用，物體和彈簧測(cè)力計(jì)的受力情況如圖（乙）所示。圖中F′的大小就是彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)（即視重），F(xiàn)′與F是一對(duì)作用力與反作用力，所以F′=F。

①如果物體處于靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，則F=mg，這種情況下視重等于實(shí)重。

②當(dāng)物體具有向上的加速度a時(shí)，物體所受合力的方向向上，則有F-mg=ma，F(xiàn)=mg+ma>mg，但是F′=F仍然成立，即F′=mg+ma，所以物體處于超重狀態(tài)。

定義：物體對(duì)水平支持物的壓力（或懸掛物對(duì)豎直懸線的拉力） 大于___________物體所受重力的現(xiàn)象叫超重現(xiàn)象。

③當(dāng)物體具有向下的加速度a時(shí)，物體所受合力的方向

向下，則有mg-F=ma，F(xiàn)=mg-ma定義：物體對(duì)水平支持物的壓力（或懸掛物對(duì)豎直懸線的拉力）___________小于___________物體所受重力的現(xiàn)象叫失重現(xiàn)象。

④特例：當(dāng)物體向下的加速度a=g時(shí)，有F=F′=0，即物體處于完全失重狀態(tài)。

定義：物體對(duì)水平支持物的壓力（或懸掛物對(duì)豎直懸線的拉力）____________等于___________的現(xiàn)象叫做完全失重現(xiàn)象。

3. 超重和失重現(xiàn)象的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征

4. 物體運(yùn)動(dòng)方向、加速度方向與超重和失重的判斷

（1）判斷超重和失重是依據(jù)加速度的方向來(lái)判斷，不是依據(jù)運(yùn)動(dòng)（速度）方向。

（2）加速上升或減速下降，即a方向向上，物體處于超重狀態(tài)；

加速下降或減速上升，即a方向向下，物體處于失重狀態(tài)。

（3）物體處于超重或失重狀態(tài)時(shí)，物體所受的重力始終不變，只是物體對(duì)支持物的壓力或?qū)覓煳锏睦Πl(fā)生了變化，看起來(lái)好像是重力增大或減小了。

（4）物體的加速度a=g（豎直向下）時(shí)，處于完全失重。

規(guī)律總結(jié)：四七真經(jīng)

超重失重兩紛紛，拉力支持定乾坤；

重力長(zhǎng)存無(wú)變故，超失須看加速度。

例題：

有一質(zhì)量為60kg的人站在一放置于升降機(jī)的底板上的臺(tái)秤上，當(dāng)升降機(jī)作如下運(yùn)動(dòng)時(shí)，臺(tái)秤的示數(shù)為多少？

1. 升降機(jī)以v=5m/s的速度勻速上升時(shí)；

2. 升降機(jī)以a=5m/s2的加速度加速上升時(shí)；

3. 升降機(jī)以a=5m/s2的加速度減速上升時(shí)

[課堂練習(xí)]

1. A和B是疊放在一起的兩木塊?，F(xiàn)將它們一起以初速度υ向上拋出，不考慮空氣阻力。則拋出后B的受力情況是（ ）

A. 只受重力作用

B. 受重力和A的壓力作用

C. 受重力、A的壓力和摩擦力作用

D. 受重力、A的壓力和支持力作用

A （點(diǎn)撥：由于A、B拋出后它們的加速度均為重力加速度g，A、B均處于完全失重狀態(tài)，其間沒(méi)有擠壓，不存在壓力和摩擦力。）

2. 不習(xí)慣乘坐電梯的人，在電梯啟動(dòng)或停止時(shí)，會(huì)有一種說(shuō)不出的不舒服的感覺(jué)，其實(shí)這是由于人體超重或失重造成的。超重或失重時(shí)，人體的內(nèi)臟器官在身體內(nèi)的位置較正常狀態(tài)下發(fā)生了一些輕微的上移或下移，這種“五臟挪位”才是使人產(chǎn)生不舒服感覺(jué)的原因。關(guān)于“五臟挪位”跟電梯運(yùn)動(dòng)情況的關(guān)系敘述正確的是（ ）

A. 當(dāng)電梯向上加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，乘電梯的人處于超重狀態(tài)，有內(nèi)臟上頂?shù)牟皇娣?/p>

B. 當(dāng)電梯向上減速運(yùn)動(dòng)時(shí)，乘電梯的人處于超重狀態(tài)，有內(nèi)臟下壓的不舒服感

C. 當(dāng)電梯向下加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，乘電梯的人處于失重狀態(tài)，有內(nèi)臟上頂?shù)牟皇娣?/p>

D. 當(dāng)電梯向下減速運(yùn)動(dòng)時(shí)，乘電梯的人處于失重狀態(tài)，有內(nèi)臟上頂?shù)牟皇娣?/p>

C （點(diǎn)撥：根據(jù)加速度方向來(lái)判斷超重、失重情況，分析內(nèi)臟的受力情況，即可得出結(jié)論。）

3. 一物體放在臺(tái)秤上，臺(tái)秤置于電梯內(nèi)。下列哪種情況下臺(tái)秤的示數(shù)最大？（ ）

A. 電梯勻速上升 B. 電梯勻速下降

C. 電梯加速上升 D. 電梯加速下降

C （點(diǎn)撥：根據(jù)加速度方向來(lái)判斷超重、失重情況。超重時(shí)示數(shù)最大。）

總結(jié)：

超重的定義

產(chǎn)生條件

失重的定義

產(chǎn)生條件

絕招：超重失重兩紛紛，拉力支持定乾坤；重力長(zhǎng)存無(wú)變故，超失須看加速度。

課前問(wèn)題解答“答案：當(dāng)瓶子自由下落時(shí)，水不會(huì)從小孔噴出。因?yàn)樵谙侣溥^(guò)程中，瓶子及瓶中的水均處于完全失重狀態(tài)，瓶中各處的水的壓強(qiáng)都是大氣壓強(qiáng)，故水不能從瓶中流出來(lái)。

超重與失重未知領(lǐng)域探索

1. 據(jù)報(bào)道，美國(guó)一產(chǎn)婦在完全失重的飛船里曾產(chǎn)下一男孩，現(xiàn)約8歲，該男孩所表現(xiàn)出的智力和體力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了同齡兒童，被美國(guó)人戲稱為“小超人”。

2. 完全失重的空間里還有許多未被開(kāi)墾的處女地，各國(guó)宇航局都力圖率先在這些領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展，為此，發(fā)達(dá)國(guó)家的宇航局也曾向世人征求可在飛船里進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的方案。北京市一名中學(xué)生曾設(shè)計(jì)出一個(gè)方案：即研究在完全失重的條件下，人的思維反應(yīng)速度是不變、變快還是變慢。受到了發(fā)達(dá)國(guó)家宇航局的關(guān)注。如果在座的各位同學(xué)在這方面有什么奇思妙想，不妨寄予我國(guó)宇航部門(mén)，希望將來(lái)在我國(guó)飛船上進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)里，有你們?cè)O(shè)計(jì)的方案。

（作者單位：四川省南部中學(xué) 637000）