楊俊義

高階思維是學(xué)生在高中階段需要形成的關(guān)鍵素養(yǎng)，也是學(xué)生適應(yīng)外界環(huán)境，通過已知概念進(jìn)行創(chuàng)新推演達(dá)到認(rèn)知平衡，進(jìn)而解決實(shí)際問題的重要思維能力。物理學(xué)科作為解釋事物內(nèi)在規(guī)律與性質(zhì)的學(xué)科，從現(xiàn)實(shí)世界中尋找問題、探究問題，借助物理概念，將復(fù)雜的現(xiàn)象模型化，最終通過數(shù)理演算得出結(jié)論。在物理現(xiàn)象的解決中，通過教師的課堂引領(lǐng)、對問題情景的分析、建立新舊知識的聯(lián)系、綜合不同維度的信息，進(jìn)而形成創(chuàng)新性認(rèn)知，逐步幫助學(xué)生養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，幫助學(xué)生建立高階思維能力。

一、教學(xué)內(nèi)容與目標(biāo)

本節(jié)課主要通過2個(gè)實(shí)驗(yàn)引出重力的兩種測量方法，并以此為基礎(chǔ)，通過具體事例幫助學(xué)生理解“超重和失重”的概念、本質(zhì)及規(guī)律，進(jìn)而掌握“超重和失重”的內(nèi)涵及實(shí)際應(yīng)用。

教學(xué)目標(biāo)：

1.通過2個(gè)實(shí)驗(yàn)帶領(lǐng)學(xué)生理解重力的測量過程。

2.帶領(lǐng)學(xué)生理解“超重和失重”的概念、推導(dǎo)、具體應(yīng)用。

3.理解平衡、失重、超重之間的關(guān)系。

4.運(yùn)用受力分析法解釋本節(jié)課的各個(gè)運(yùn)動狀態(tài)。

二、教學(xué)過程

（一）新課導(dǎo)入

課程伊始，教師可以為學(xué)生播放一個(gè)小視頻：某學(xué)生站在體重計(jì)上向下深蹲的過程中，體重秤上的示數(shù)先變小再變大后又變小，該生靜止后，體重秤上的數(shù)值保持不變，如圖1所示。

教師：同學(xué)們知道發(fā)生這種現(xiàn)象的原因是什么嗎？請大家?guī)е@個(gè)疑問與老師一起學(xué)習(xí)“超重和失重”的內(nèi)容。

（二）新課教學(xué)

1.重力的測量

在地球表面的周圍，物體由于地球的吸引力而受到重力的作用。通常來說測量重力的方法主要有以下兩種：

第一種方法，即實(shí)驗(yàn)1：

步驟1：測量重物處于自由落體運(yùn)動狀態(tài)下的加速度g。

步驟2：通過天平測量物體的質(zhì)量，如圖2所示，根據(jù)“G=mg”得出物體的質(zhì)量。

步驟3：通過牛頓第二定律F=ma求出最后答案。

第二種方法，即實(shí)驗(yàn)2：

我們借助力的平衡條件對重力進(jìn)行測量，首先把待測物體懸掛在測力計(jì)上，使之靜止，在此情況下，物體所受的重力和測力計(jì)支持力的大小或者對物體的拉力相等，進(jìn)而通過測力計(jì)的示數(shù)呈現(xiàn)出重力的大小。

重力是用力的平衡狀態(tài)來測量的。首先，將被測物體懸掛在測力機(jī)上使其處于靜止?fàn)顟B(tài)。在這種情況下，物體的重力等于測力機(jī)對物體的支撐力或拉力的大小，然后用測力機(jī)的數(shù)值表示重力的大小。

這種情況的受力分析如圖3所示。當(dāng)用彈簧力的大小來測量物體的重力時(shí)，兩力之間必須平衡。根據(jù)以前學(xué)過的平衡狀態(tài)和牛頓第三定律可以得出彈簧的示數(shù)與物體的重力相等。該種方法是測量重力常見的手段，也是未來測量物體重力的主要方法。

2.超重和失重

體重計(jì)的示數(shù)被稱為視重，該概念主要體現(xiàn)了人對體重的壓力。所謂的視重，即物體對懸掛物的拉力或?qū)χС治锏膲毫Α?/p>

由牛頓第二定律F=ma可知，人對體重計(jì)的壓力和體重秤對人的支持力大小相等，兩力的方向恰好相反。圖4展現(xiàn)了某學(xué)生在下蹲過程中的受力分析，該生受到重力G=mg和體重秤對人的支持力，在重力和支持力的共同作用下，該生在深蹲的過程中，分別包含了加速、減速和靜止三個(gè)階段。

對這種情況的證明過程如下：

假設(shè)豎直向下方向?yàn)樽鴺?biāo)軸正方向，學(xué)生加速向下深蹲的過程，如圖4所示，根據(jù)牛頓第二定律F=ma得出：

Mg-=ma =m（g-a）

此時(shí)，體重計(jì)示數(shù)大小所代表的視重小于人體自身所受的重力。

那何為超重和失重？

（1）超重：物體在表面上的壓力或懸掛方向上的拉力（視重）大于物體所受重力的現(xiàn)象。

（2）失重：物體在表面上的壓力或懸掛方向上的拉力（視重）小于物體所受重力的現(xiàn)象。

（3）完全失重：完全失重是一種沒有重量的特殊情況。當(dāng)升力在加速度a=g垂直加速時(shí)，物體對支撐的壓力或懸掛方向上的阻力（表觀重量為0）。

關(guān)于具體的應(yīng)用，請各小組同學(xué)根據(jù)課前的預(yù)習(xí)情況進(jìn)行討論，每組派出一個(gè)代表進(jìn)行展示。

在課程開始前，我們對該生在體重秤上下蹲過程中示數(shù)的變化進(jìn)行了探討，現(xiàn)對上述情況進(jìn)行一定的拓展。學(xué)生站在體重秤上，先下蹲后站起來的過程中，刻度指示器隨時(shí)間的變化（如圖5所示）。請根據(jù)剛才學(xué)到的知識嘗試分析傳感器“提升”過程中超重和失重的情況。

（三）歸納總結(jié)

教師與學(xué)生共同觀看視頻“為什么太空中會發(fā)生超重現(xiàn)象”，之后總結(jié)本節(jié)課的知識點(diǎn)。

我們縱觀超重、失重與完全失重的定義得出過程可以發(fā)現(xiàn)，三個(gè)概念是由視重的概念得出的，從而進(jìn)一步得出視重與重力的關(guān)系：

1.當(dāng)視重大于重力時(shí)，此時(shí)加速度向上，為超重狀態(tài)。

2.當(dāng)視重小于重力時(shí)，此時(shí)加速度向下，為失重狀態(tài)。

3.當(dāng)視重等于重力時(shí)，為靜止或者勻速狀態(tài)。

4.當(dāng)視重為0時(shí)，此時(shí)a=g，為完全失重狀態(tài)。

下面，我們結(jié)合前面學(xué)過的平衡知識點(diǎn)，對超重和失重進(jìn)行系統(tǒng)總結(jié)，如表1。

（四）隨堂練習(xí)

假設(shè)小明在操場上最多可舉起質(zhì)量為80 kg的啞鈴，當(dāng)小明在以加速度10 m每二次方秒上升的直升機(jī)艙內(nèi)，請問最多可托舉質(zhì)量為多少kg的啞鈴，本題中請參考g為10 m/s2。

解：

設(shè)小明的最大舉力為F，由題意得：

F=mg=800N ①

設(shè)小明在直升機(jī)中最多能舉起質(zhì)量為m′kg的重物：

F-m′g=m′a ②

聯(lián)立①式、②式可得：

m′=40 kg

答：最多能舉起質(zhì)量為40 kg的重物。

三、教學(xué)反思

本次“超重和失重”教學(xué)案例并非讓學(xué)生掌握套路化、特定的、具體的思維模式，而是通過現(xiàn)實(shí)案例幫助學(xué)生形成抽象化、一般化、圖示化的理解，這樣才能確保學(xué)生在面對復(fù)雜多樣的知識點(diǎn)變式問題時(shí)能靈活面對，更好地適應(yīng)新高考下物理學(xué)科靈活性的應(yīng)試要求。

本次單元教學(xué)過程中，我主要運(yùn)用了以下辦法。

（一）情景案例法

如果直接向?qū)W生講述“超重和失重”的概念及推導(dǎo)，這個(gè)過程顯然是抽象的。因此，在教學(xué)過程中，我先讓學(xué)生通過查找相關(guān)案例預(yù)習(xí)本課，然后在課中展示視頻、設(shè)置題目，課后讓學(xué)生思考例題，從而給學(xué)生列舉了“超重和失重”的案例。

我通過一個(gè)核心案例貫穿課堂始終，人站在力學(xué)傳感器上完成下蹲動作，觀察計(jì)算機(jī)中采集的圖像，分析整個(gè)運(yùn)動過程。高階思維的培養(yǎng)離不開實(shí)際的運(yùn)用，因此為學(xué)生提供系列案例，可幫助學(xué)生理解受力分析和物理背后公式的推導(dǎo)。

（二）課上實(shí)驗(yàn)法

在本節(jié)課開始之前，對于重力的測量，我設(shè)計(jì)了兩個(gè)動手實(shí)驗(yàn)，也對應(yīng)重力測量的兩個(gè)方法。通過學(xué)生小組合作、小組討論，加大了學(xué)生的探究深度，提高了學(xué)生對這節(jié)課的興趣，也提升了學(xué)生小組合作的能力，實(shí)現(xiàn)了多角度的培養(yǎng)。

（三）受力分析法

受力分析法作為物理學(xué)科運(yùn)動學(xué)的重要方法，在本節(jié)課的講述中我也全面向?qū)W生貫穿了受力分析的思想，通過抽查提問，一對一問答的方法深化學(xué)生對于物理學(xué)受力分析思想的應(yīng)用，與此同時(shí)，在本節(jié)課的最后留下的思考題也是受力分析作業(yè)?？梢?，在日常教學(xué)中，教師應(yīng)全面加強(qiáng)學(xué)生的物理基本功，從基礎(chǔ)做起教會學(xué)生物理模型的思考方法。

（作者單位：陜西省安康市漢濱區(qū)漢濱高級中學(xué)）

編輯：趙文靜