資源簡介

4.6《 失重和超重》課時教案
學科 物理 年級冊別 高一上冊 共1課時
教材 粵教版高中物理必修第一冊 授課類型 新授課 第1課時
教材分析
教材分析
本節內容位于粵教版高中物理必修第一冊第四章“牛頓運動定律”的第六節，是牛頓第二定律在豎直方向變速運動中的具體應用。教材通過電梯中體重秤示數變化的生活實例引入失重與超重現象，引導學生從受力分析出發，結合加速度方向判斷視重與實重的關系，進而建立物理模型。該節內容承上啟下，既是對前幾節牛頓定律知識的深化應用，也為后續學習圓周運動、天體物理中的引力問題打下基礎。
學情分析
高一學生已掌握牛頓第二定律的基本形式和受力分析方法，具備初步的矢量思維能力。但對“視重”與“實重”的區分仍存在概念混淆，容易將“失重=無重力”等同理解。生活中雖有乘坐電梯時身體“變輕”或“變重”的體驗，但缺乏科學解釋的意識。學生的抽象思維正在發展，需借助直觀實驗與情境模擬幫助理解加速度與支持力之間的動態關系。教學中應注重從生活經驗出發，通過實驗觀察、數據記錄與理論推導相結合的方式突破認知障礙。
課時教學目標
物理觀念
1. 理解失重與超重的概念，能準確區分視重與實重，掌握其產生條件及本質原因。
2. 能運用牛頓第二定律分析豎直方向加速運動中的支持力變化規律，建立“加速度方向決定視重變化”的物理圖景。
科學思維
1. 經歷從生活現象到物理模型的抽象過程，提升建模能力；通過受力分析與運動狀態關聯推理，發展邏輯演繹能力。
2. 能根據實驗數據歸納規律，并用數學語言（公式FN = m(g±a)）表達物理關系，實現定性與定量結合的思維躍遷。
科學探究
1. 設計并完成簡易失重/超重模擬實驗，學會使用彈簧測力計、鉤碼、手機加速度傳感器等工具采集數據。
2. 在小組合作中提出假設、設計方案、操作驗證、交流結論，完整經歷科學探究全過程。
科學態度與責任
1. 感悟物理學對解釋日常現象的強大功能，增強用科學原理解釋生活的意識與信心。
2. 認識航天員訓練中模擬失重環境的重要性，體會物理知識在國家科技發展中的價值，激發民族自豪感。
教學重點、難點
重點
1. 失重與超重的定義及其產生的力學條件（加速度方向）。
2. 運用牛頓第二定律進行受力分析，推導視重表達式。
難點
1. 理解“失重并非重力消失”，厘清視重與實重的本質區別。
2. 準確判斷不同運動階段（上升啟動、勻速、減速；下降啟動、勻速、減速）的支持力大小變化。
教學方法與準備
教學方法
情境探究法、實驗探究法、講授法、合作學習
教具準備
彈簧測力計、鉤碼、細線、電子體重秤、滑輪裝置、手機加速度傳感器APP、多媒體課件
教學環節 教師活動 學生活動
情境導入
【5分鐘】 一、電梯奇遇記——喚醒生活經驗 （一）、播放視頻：電梯啟動與制動過程中的體重秤讀數變化。
教師播放一段精心剪輯的短視頻：一名同學站在電子體重秤上進入電梯，電梯上升時，屏幕顯示體重數值先突然增大至75kg（原為60kg），隨后恢復為60kg，最后在即將停止時降至50kg；下降過程中則相反。畫面定格在數值跳動的瞬間，配以懸念音樂。
提問：“你有沒有類似的經歷？為什么體重秤會‘撒謊’？真的是我們變胖或變瘦了嗎？”引導學生回憶自身乘坐電梯的感受——“上升時腳底發沉”“下降時肚子發飄”。
（二）、設疑激趣，引出課題。
過渡語：“正如愛因斯坦所說：‘想象力比知識更重要。’今天我們不靠想象，而要用牛頓定律揭開這個看似神秘的現象背后的科學真相。”板書課題《4.6 失重和超重》，并在黑板一側寫下“視重≠實重”六個大字，用紅圈標出等號上的斜杠，強調這是本節課要破解的核心誤區。 1. 觀看視頻，回憶自身經歷。
2. 分享感受，描述“變重”“變輕”的體感。
3. 思考體重秤讀數變化的原因。
4. 明確學習目標，關注核心概念辨析。
評價任務 現象描述：☆☆☆
問題提出：☆☆☆
興趣激發：☆☆☆
設計意圖 以真實生活情境切入，利用視覺沖擊與身體記憶激活學生已有經驗，制造認知沖突，引發探究欲望。引用愛因斯坦名言提升課堂格調，明確本節課的思維導向——用科學原理破解表象迷惑。
實驗探究
【15分鐘】 一、搭建模型：彈簧測力計下的“迷你電梯” （一）、演示實驗：豎直拉升鉤碼觀察示數變化。
教師手持彈簧測力計，掛上500g鉤碼靜止，示數穩定在4.9N。緩慢向上加速提起測力計，學生清晰看到指針瞬時偏轉至約6N；保持勻速時回落至4.9N；接近頂端減速時指針又回落至約3.8N。反向操作下降過程，同樣記錄三段示數變化。每一步操作后暫停，邀請學生口述觀察結果。
追問：“什么時候拉力大于重力？什么時候小于？這說明了什么？”引導學生初步建立“加速度向上→拉力變大”“加速度向下→拉力變小”的定性認識。
（二）、分組實驗：自制“動態稱重系統”。
發放實驗器材包（含彈簧測力計、鉤碼、細線、支架），要求四人一組完成以下任務：
1. 固定測力計于鐵架臺，掛上鉤碼靜止，記錄初始示數G。
2. 緩慢豎直上提整個裝置，使鉤碼獲得向上的加速度，觀察并記錄最大示數Fmax。
3. 快速釋放裝置使其自由下落（下方墊軟墊保護），捕捉最低示數Fmin（理想情況下接近零）。
4. 使用手機安裝“Physics Toolbox Sensor Suite”APP，開啟加速度傳感器，同步錄制運動過程，對比a-t圖像與F-t變化趨勢。
教師巡視指導，提醒安全事項，提示學生注意動作平穩、讀數及時、數據共享。
（三）、數據分析：構建FN-a關系圖。
組織各小組匯報數據，匯總典型值于PPT表格中：
運動狀態加速度方向 示數變化與重力比較靜止 無不變FN=mg向上加速向上增大 FN>mg 向下加速向下減小FN引導學生發現規律：支持力（或拉力）的變化始終與加速度方向一致——同向則增，反向則減。 1. 觀察演示實驗，記錄示數變化。
2. 動手操作分組實驗，分工協作完成測量。
3. 同步使用手機傳感器獲取加速度數據。
4. 整理數據，參與小組討論得出初步結論。
評價任務 操作規范：☆☆☆
數據準確：☆☆☆
合作有效：☆☆☆
設計意圖 通過“演示+分組”雙軌實驗模式，確保全體學生都能直觀感知力的變化。引入數字化傳感器技術，實現力學與信息技術融合，提升探究精度。表格歸納強化信息整合能力，為后續理論推導提供堅實的經驗支撐。
理論建構
【12分鐘】 一、受力分析：從現象走向本質 （一）、構建物理模型：電梯中的人體受力圖。
投影出示教材圖4.6-1：人在電梯中站在體重秤上。引導學生畫出受力分析圖——重力G豎直向下，支持力FN豎直向上。強調“視重”即為支持力FN的大小，而“實重”是恒定不變的mg。
（二）、應用牛頓第二定律列方程。
設定向上為正方向，分三種情況推導：
1. 電梯向上加速：加速度a>0，合力向上，則FN - mg = ma FN = m(g + a) > mg → 超重
2. 電梯向下加速：加速度a<0，合力向下，則mg - FN = m|a| FN = m(g - |a|) < mg → 失重
3. 自由下落：a = g，FN = m(g - g) = 0 → 完全失重
逐行書寫推導過程，邊寫邊講解每個符號含義，特別指出“a”是矢量，方向決定正負號。
（三）、概念精確定義。
板書定義：
- 超重：物體對支持物的壓力（或對懸掛物的拉力）大于物體重力的現象，產生條件：加速度方向向上。
- 失重：壓力（或拉力）小于重力的現象，產生條件：加速度方向向下。
- 完全失重：壓力（或拉力）為零，產生條件：a = g且方向向下。
強調：“重力本身并未改變！改變的是相互作用力。”配合手勢模擬重力場中自由落體的小球軌跡，加深印象。 1. 繪制受力分析圖，標注力的方向。
2. 參與公式推導，理解每一步邏輯。
3. 記錄關鍵表達式與定義要點。
4. 區分視重與實重，糾正錯誤前概念。
評價任務 受力準確：☆☆☆
公式正確：☆☆☆
概念清晰：☆☆☆
設計意圖 以受力分析為橋梁，將實驗現象轉化為數學語言，體現“現象—模型—規律”的科學思維路徑。通過嚴謹的符號運算培養學生的邏輯嚴密性，板書定義突出關鍵詞與條件限定，防止概念泛化。
拓展遷移
【8分鐘】 一、太空之夢：中國空間站里的物理課 （一）、播放視頻片段：神舟飛船發射與空間站內宇航員漂浮畫面。
展示火箭升空時航天員承受數倍重力的影像資料，以及天宮課堂中王亞平老師演示水球懸浮、陀螺旋轉的場景。提問：“發射時是超重還是失重？空間站里為什么能漂起來？”
引導學生分析：升空加速階段a↑→超重；入軌后繞地球做圓周運動，萬有引力提供向心力，艙內物體處于完全失重狀態。
（二）、生活中的應用舉例。
列舉實例：
- 過山車俯沖瞬間：失重體驗，刺激來源；
- 蹦極跳躍下落段：完全失重，享受“飛翔”感；
- 電梯設計緩沖機制：減少超重對人體影響；
- 航天員離心機訓練：模擬超重環境增強耐受力。
（三）、思政融入：致敬中國航天。
講述錢學森歸國故事：“他放棄美國優渥條件，沖破重重封鎖回到祖國，只為讓中國人也能仰望星空。”投影展示長征系列火箭發射照片，“每一次點火升空，都是超重與意志的較量；每一次軌道運行，都是失重與夢想的共舞。” 1. 觀看航天視頻，感受科技魅力。
2. 分析不同情境下的力學狀態。
3. 聯系實際，舉例說明應用場景。
4. 感悟科學家精神，增強民族自信。
評價任務 遷移應用：☆☆☆
情感共鳴：☆☆☆
社會責任：☆☆☆
設計意圖 將物理知識延伸至高科技領域，拓寬視野，激發愛國情懷。通過現實案例說明物理規律的普適性與實用性，落實“從生活走向物理，從物理走向社會”的課程理念。融入科學家事跡，實現知識傳授與價值引領的統一。
課堂總結
【5分鐘】 一、結構化回顧 + 升華式收尾 （一）、知識結構梳理。
教師帶領學生共同完成板書右側的知識網絡圖：
中心詞“失重與超重”→分支一“定義”（視重≠實重）→分支二“條件”（a↑→超重，a↓→失重）→分支三“公式”（FN=m(g±a)）→分支四“實例”（電梯、航天、游樂設施）。
（二）、哲理升華。
“今天我們學到的不只是兩個物理術語，更是一種思維方式——當外界環境劇烈變化時，真正的‘重量’并不會輕易動搖。就像航天員在超重考驗中堅守崗位，在失重環境中探索未知，人生亦如此：順境時不驕不躁，那是‘超重’的考驗；逆境中不失信念，那是‘失重’的修行。愿你們在未來的人生軌道上，無論加速還是減速，都能找準自己的‘合外力’，向著理想的星辰大海，不斷前進！” 1. 跟隨教師梳理知識脈絡。
2. 完善筆記，形成知識體系。
3. 思考物理與人生的類比意義。
4. 感受激勵，樹立遠大志向。
評價任務 知識整合：☆☆☆
思想感悟：☆☆☆
未來展望：☆☆☆
設計意圖 采用“結構化+升華式”雙重總結，既鞏固知識框架，又賦予物理概念人文內涵。將加速度與人生境遇巧妙類比，傳遞積極價值觀，實現學科育人功能的最大化。
作業設計
一、基礎鞏固題
1. 判斷下列情況屬于超重、失重還是正常：
　(1) 電梯剛啟動上升時；
　(2) 電梯勻速上升時；
　(3) 電梯快到頂層減速時；
　(4) 蕩秋千經過最低點時；
　(5) 跳高運動員起跳離開地面瞬間。
2. 一個質量為60kg的人站在電梯內的體重秤上，當電梯以2m/s 的加速度加速上升時，體重秤的讀數是多少千克？（取g=10m/s ）
二、能力提升題
3. 如圖所示，一根輕繩懸掛一個質量為m的物體，現用手持繩另一端使其在豎直平面內做圓周運動。求物體運動到最低點和最高點時繩的拉力分別為多大？（已知速度均為v，半徑為R）
4. 查閱資料，簡述國際空間站為何被稱為“微重力環境”而非“零重力環境”？
三、實踐探究題
5. 利用手機加速度傳感器APP，在乘坐電梯時錄制一次完整的上下行過程，截取a-t圖像，并標注各個階段（啟動、勻速、制動）的加速度方向，結合本節知識解釋體重秤讀數變化的原因。
【答案解析】
一、基礎鞏固題
1. (1)超重 (2)正常 (3)失重 (4)超重 (5)超重
2. 解：FN = m(g+a) = 60×(10+2)=720N，對應質量72kg。
二、能力提升題
3. 最低點：T = mg + mv /R；最高點：T = mv /R - mg（若v≥√(gR)，否則無法完成圓周運動）
4. 因為空間站仍受地球引力作用（約為地表的90%），但由于持續自由落體運動，表現為微重力狀態，并非真正無重力。
板書設計
4.6 失重和超重
[中心框] 失重與超重
　　　│
　　　├─ 定義：
　　　│　　超重：FN > mg
　　　│　　失重：FN < mg
　　　│　　完全失重：FN = 0
　　　│
　　　├─ 條件：
　　　│　　↑ a → 超重
　　　│　　↓ a → 失重
　　　│
　　　├─ 公式：
　　　│　　FN = m(g + a) （a↑）
　　　│　　FN = m(g - a) （a↓）
　　　│
　　　└─ 實例：
　　　　　　電梯升降 │ 航天飛行 │ 過山車 │ 蹦極
→ 強調：重力不變！改變的是支持力！
教學反思
成功之處
1. 情境創設真實有效，電梯視頻與實驗緊密結合，極大提升了學生的參與度與探究熱情。
2. 數字化傳感器的應用使抽象的加速度可視化，增強了證據意識，體現了現代物理教學的技術融合。
3. 將中國航天成就融入課堂，實現了知識性與思想性的有機統一，學生反響熱烈。
不足之處
1. 部分學生在列牛頓第二定律方程時仍習慣忽略矢量方向，導致符號錯誤，需加強正方向設定訓練。
2. 分組實驗時間略緊，個別小組未能完成自由下落實驗的數據采集，下次可提前錄制示范視頻輔助操作。
3. 對“微重力”概念的拓展深度不夠，可預留更多時間供有興趣的學生深入研討。

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