高中物理人教版 (2019)必修 第一册1 牛顿第一定律教案

用牛顿运动定律解决问题（二）

【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。本节课可以适合不同的学校，此种方法也可应用在其它新授课中。本节课在设计时，回避了动画演示超、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。经过构建从而获得物理知识，形成技能，同时培养学生的创新能力。

【教学目标】

（一）知识与技能

1．通过实验认识超重和失重现象，理解产生超重失重现象的条件和实质。

2．能运用牛顿第二、第三定律定量分析超重与失重现象。

（二）过程与方法

1．经过探究实验发现超重失重现象，通过教师引导、小组讨论、再实验寻找超重失重现象的运动学特征。

2．用科学方法探究发生超重失重现象的条件及实质。

（三）情感、态度与价值观

1．通过列举一些身边的超重失重例子和日常的小实验，让学生学会观察生活，知道物理就在身边。

2．培养学生科学探究能力，发展好奇心和求知欲，发展科学探索兴趣，培养坚持真理、勇于创新、实事求是的科学态度和科学精神。

【教学重点】

1．通过实验探究和小组讨论，理解产生超重失重现象的条件和实质。

2．让学生体会科学探究的要素：提出问题、猜想与假设、制定计划与设计实验、进行实验与收集证据、分析与论证、评估和交流与合作。

【教学难点】

1．超重、失重是一种假象，它不是重力的增加或减少，而只是物体对支持物的压力或是对悬挂物的拉力发生了变化，物体的重力依然存在且大小不变。

2．引导学生提出问题，对问题的答案提出猜想与假设，培养学生自主学习的能力。

3．对实验现象的观察、分析和描述，培养学生良好的思维习惯。

【教学资】

多媒体播放宇航员在太空里的生活

【教具】

弹簧秤和钩码（2人一组）、演示弹簧秤、饮料瓶、易拉罐。

【教学流程图】

【教学过程】

将同学们分成小组，采用教师引导、小组讨论、再实验的方式，进行合作探究式教学。

利用物理实验现象启发学生提出问题

物理学是一门以实验为基础的自然科学，正所谓“知识于生活，服务于生活”。（手拿易拉罐和饮料瓶）这是我们在生活中常见的易拉罐和饮料瓶，利用它们我们做两个有趣的小实验（由学生演示）

小实验1：

一个盛满水的易拉罐底部有一小孔，静止在手中时，水会流出；如果突然松手，让易拉罐自由下落时，会观察到什么现象？

现象：当易拉罐自由下落时，水不会流出。

小实验2：

一个盛满水的饮料瓶，在底部钻一个洞，静止在手中时，水会流出；同学甲在讲桌旁将瓶子抛给站在教室后面的同学乙，瓶子飞过同学们的头顶，会观察到什么现象？

现象：水并没有洒在同学们的身上。

根据你观察到的现象你能提出什么问题：水流出的原因是什么？水停止流出的原因又是什么？

因为重力而使水对器壁产生了压力，所以水会流出。实验中重力仿佛消失了，实际上是压力消失了。

自从人造地球卫星和宇宙飞船发射成功以，人们经常谈到超重和失重。让我们了解一下宇航员在太空里的生活吧！

观看视频：宇宙中的超重与失重现象

提问：

1．宇航员在太空中的生活和我们有什么不同？

答：在太空中可以自由漂浮；麻烦很多，吃饭得用软管挤，喝水得用小管吸。

2．为什么会这样呢？这是超重与失重现象。

3．生活中你听说过超重或失重吗？乘坐电梯，在游乐园里玩过山车。

4．关于超重和失重你想知道一些什么呢？

学生提出问题：究竟什么是超重与失重呢？

猜想与假设1：超重就是重力增大了，失重就是重力消失了。

制定计划与设计实验：

分小组探究：

（实验）探究之一：

既然是和重力有关的现象，那么请用给定器材（弹簧秤、钩码），设计一个实验，得到钩码的重力大小。

进行实验与收集证据：

教师提问：

1．你看到的弹簧秤读数（直接）表示的是什么力？

物体对弹簧的拉力——视重（下定义）

提醒学生：将钩码的重力数值纪录在纸上G=2．0N

2．请同学们讨论后回答：你是怎样测量钩码重力的？利用了哪些物理规律？

学生：在钩码静止时读数，弹簧秤示数即为钩码的重力。

因为物体静止，处于平衡状态，由二力平衡得：G=F

又因为F与F/是一对作用力与反作用力，

由牛顿第三定律得：F=F/

所以    F/= G

小结：当物体处于静止状态时，视重等于物体的重力。

（实验）探究之二：由静止联想到运动

教师：物体运动的时候，视重会发生变化吗？试一试（教师做出上下运动的动作及时引导学生）

学生活动：进行实验，观察现象。

分析与论证：小组内讨论后回答：

1．你看到了什么现象？与钩码的重力进行比较。

读数不稳定，有时候比刚才的读数大，有时候小。

2．物体的重力变了吗？地球作用在物体上的重力并没有变化。

（实验）探究之三：有目的的进行探究

请同学们继续刚才的实验，想办法使弹簧秤的读数大于物体的重力。

学生活动：有的组使物体向上运动，有的组使物体向下运动，同学们会发现两种运动情况下都可以出现视重大于重力的现象。（向上运动的开始阶段；向下运动的结束阶段。）

注：注意观察，如果有的同学摆动弹簧秤（圆周运动），教师要给予学生充分肯定，并告诉学生在以后的学习中会得到解释。

定义超重现象：

物体对悬挂物的拉力（或对支持物的压力）大于物体所受重力的现象称为超重现象。

对实验结果进行理论分析：

利用多媒体课件由学生分析物体在超重时的受力情况，根据牛顿第二定律得到结论。

(学生到黑板上做出物体处于静止状态和匀加速上升状态的受力分析图。)

提问：在描述运动的物理量（位移、速度、加速度和时间）中，用哪个物理量描述超重现象更合适。

进一步探究超重的实质

教师演示两个实验让同学们认真观察：

实验1：用一只手测量物体的重力，另一只手对物体施加一个向下的恒力，现象是物体拉弹簧的力增大了，物体仍然静止。

实验2：在利用弹簧秤测量钩码重力的实验中，水平方向移动弹簧秤，使物体具有水平加速度，现象是物体拉弹簧的力不变。

教师提问：对观察到现象进行分析，超重现象的特征是什么？（要让学生充分讨论，小组讨论的结果要向全体同学阐述。）

学生总结：物体具有竖直向上的加速度，与速度方向无关。F=m(g+a)

教师：同学们认为失重现象怎样定义，特征是什么？用实验检验一下

猜想与假设2：弹簧秤的读数小于物体的重力。

进行实验与收集证据：学生进行实验，观察现象。有的同学上下移动弹簧秤；有的同学左右移动弹簧秤；记录弹簧秤的示数（视重）与钩码的重力进行比较。

定义失重现象：

当物体存在竖直向下的加速度时，它对悬挂物的拉力（或对支持物的压力）小于物体所受重力的现象称为失重现象。   板书  结论：   F=m(g-a)

猜想与假设3：在失重现象中，如果加速度a=g，则F/=？

有的同学可能会想到让弹簧秤和重物一起自由下落，教师要提醒学生这是破坏性实验，会损坏测量工具，在设计物理实验时要特别注意的，不能设计破坏性实验。

如何解释易拉罐中的水为什么不再从洞中射出？

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。          F=0

板书设计：

超重和失重

1．视重：物体对弹簧的拉力（弹簧秤的示数）。

2．实重：物体的重力与运动状态无关，不论物体处于超重还是失重状态，重力不变G=mg。

3．超重现象：a竖直向上，视重>实重，F=m(g+a)。

4．失重现象：a竖直向下，视重<实重，F=m(g-a)。

5．完全失重现象：a=g竖直向下，视重为零。

课后思考题

1．在生活中注意观察，哪些是超重现象，哪些是失重现象？

2．体验并观察超、失重现象：在体重计上下蹲的过程中，观察体重计的示数变化。