超重与失重 教学设计11.docx
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超重与失重教学设计11
教科版高中物理《必修一》第三章牛顿运动定律
3.6《超重与失重》教学设计
教学评一致性的教学策略,基于课程标准的教学设计
问题一:
为什么教?
【课程标准】
1.2相互作用与运动规律
内容标准:
通过实验,认识超重和失重现象。
活动建议:
通过各种活动,例如乘坐电梯、到游乐场参与有关游乐活动等,了解和体验失重与超重。
【考试大纲】
表2必考内容范围及要求
力学
主题
内容
要求
说明
相互作用与牛顿运动定律
牛顿运动定律及其应用
Ⅱ
超重和失重
Ⅰ
1.知道什么是超重和失重现象,理解产生超重和失重的条件;
2.了解生活实际中超重和失重的例子,掌握用牛顿第二定律分析这类问题的基本方法。
【教材分析】
本节课选自教育科学出版社高中物理必修1第三章第六节,超重和失重是我们日常生活照常见的物理现象,也是牛顿运动定律的典型应用。
而课标对超重和失重的要求是通过实验来认识超重和失重现象,而教材中也要求我们以实验和探究为基础,通过实验来认识超重和失重现象、了解超重和失重产生的原因,并且能够解释生活中的超重和失重现象。
【学情分析】
1.能力基础:
高一学生具有一定的物理基础和探究能力;他们对生活中的一些超重和失重现象也有所感受。
2.知识基础:
学生已经学习了运动学、牛顿运动定律,这为深入认识超重和失重打下了基础。
3.情感基础:
学生对自然现象和生活现象具有较强的兴趣,对科学探究具有持续的热情和实
事求是的态度。
问题二:
教什么?
【知识目标】
1、知道实重的视重的区别。
2、通过实验,认识超重和失重现象并会运用其规律进行判断。
3、可以用牛顿第二定律正确分析超失重现象。
4、知道完全失重现象;
【教学重难点】
1.教学重点:
认识超重和失重
2.教学难点:
超重和失重与物体运动的关系
问题三:
怎么教?
【教学策略】
在教学过程中,始终坚持“教师为主导,学生为主体,问题为线索”的原则,通过实验和探究的方式,采用步步引导、相互探讨的教学方法来突出重点。
为了突破难点,采用小组合作和实验探究(“弹簧测力计提钩码”)的方式来达到教学的目的。
为了使学生在学习过程中达到学到-会学的教学目的,接下来我将采用“疑思导学”、“问题驱动”的方式,进一步挖掘“提钩码实验”,设置一环扣一环、层层递进的问题来解决应用性问题,并规范学生运用牛顿运动定律解题。
最后再用实例进一步加深对超重和失重的认识和本质的理解。
【活动设计】
针对5个教学目标设计活动,并且在活动后评测学生是否掌握知识目标
活动一:
重力及其测量
活动目标:
知道实重的视重的区别
检测方法:
通过共同完成实验
活动二:
观察DIS(数字化实验系统)实验
活动目标:
认识超重和失重现象并总结其规律
检测方法:
完成探究表格
活动三:
超重与失重的规律验证
活动目标:
应用超重和失重规律
检测方法:
运用规律预测实验情况,完成探究表格
活动四:
规范训练
活动目标:
用牛顿第二定律正确分析超失重现象
检测方法:
完成练习
活动五:
观察完全失重
活动目标:
知道完全失重
检测方法:
观察实验,完全失重现象分析
【素材准备】
素材一、电梯中的超失重
录制设备:
双流中学物理组sony摄像机,三脚架
实验设备:
台秤,钩码
实验人员:
朱洋
录制人员:
陈俊
素材二、完全失重
录制设备:
手机(开启慢动作),三脚架
实验设备:
台秤,钩码
实验人员:
陈俊
录制人员:
朱洋
视频剪辑软件:
蜜蜂剪辑免费版
素材三、霍金体验完全失重
来源:
优酷
素材四、水中乒乓球
来源:
抖音公众号(物理一百分)
【教与学流程】
教学环节
教师活动
学生活动
设计目标
新课教学
一、重力及其测量
根据实验,由测量重力引出超重与失重概念。
问题1.当迅速向上/向下提钩码时,示数变化,说明什么?
问题2.当迅速向上/向下提钩码时,重力变不变?
问题3.超重和失重可能跟哪些因素有关呢?
二、超重现象和失重现象
(1)超重:
(视重>实重)
物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)大于物体所受重力的现象,称为超重(overweight)现象
(2)失重:
(视重<实重)
物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)小于物体所受重力的现象称为失重(weightlessness)现象
三、超重、失重现象的规律:
1.提出猜想:
可能与、有关。
2.实验探究:
器材---数字化实验系统、钩码
(1)实验目的
(2)实验步骤
(3)实验注意事项
3.观察实验现象并记录
1 协助学生完成实验探究。
2 教师展示小组实验记录表格,并引导所有学生纠正表格内容,询问其他小组是否正确。
3 请一个代表总结出实验结论,老师引导。
实验结论:
超重(失重)只与加速度方向有关。
(与速度方向无关)
4.学习效果评测
规律应用与验证
学生思考,并回答问题
学生分组实验,填写表格,交流讨论。
学生思考,并猜想。
代表展示,完成表格内容填写。
小组代表发言,总结得出结论
及时检测学生学习情况
问题驱动,建立超重与失重概念。
激疑,猜想是探究的源泉。
物理是以实验为基础的学科,以小组合作形式进行实验探究,可以提升学生合作能力和实验探究能力。
培养学生的语言表达能力和归纳能力。
学习研究,得出规律,再进行应用与验证,符合物理学研究过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计目标
新课教学
四、超重和失重现象的力学分析
超重、失重的分析就是牛顿第二定律的应用。
【规范训练】
1、如图:
质量60kg的人站在升降机中的测力计上,当升降机做下列运动时,测力计的示数(视重)分别是多少?
(g=10m/s2)
(1)升降机以0.6m/s2的加速度加速上升;
(2)升降机以2.0m/s2的加速度加速下降;
问题:
测力计的示数会不会等于零呢?
【书写步骤】解题策略力和运动
求解有关力和运动的问题时,可以采用如下方法
1.仔细审题,作出受力分析图,指出加速度方向
2.选取一个正方向
3.利用牛顿定律确定加速度和合力之间的联系
4.重新整理方程,求出未知量。
验证你的结果,看看它们是否合理
5.注意区分相互作用力
【规范训练】
2、乘坐电梯的人的质量为m,当电梯以加速度a加速下降时,人对地板的压力F'是多大?
已知重力加速度为g
五、完全失重
视频引入
1、定义:
物体的加速度方向且大小为,此时视重为0,物体完全失重
2、从动力学角度看自由落体:
物体做自由落体运动有两个条件:
第一,物体是从静止开始下落的,即运动的初速度是0。
第二,运动过程中它只受重力的作用。
根据牛顿第二定律,物体运动的加速度与它受的力成正比,加速度的方向与力的方向相同。
自由落体在下落的过程中所受重力的大小、方向都不变。
所以加速度的大小、方向也是恒定的。
这样,学过了牛顿运动定律之后我们就可以从更高的视角审视自由落体运动了。
【课堂总结】
1、知识总结
超重、失重的规律
(将视重记为F′)
(1)超重:
有竖直的加速度;F′G,超重ma。
(2)失重:
有竖直的加速度;F′G,失重ma。
完全失重:
有竖直加速度a=,F′=。
2、方法总结
超重、失重的分析就是牛顿第二定律的应用。
学生分析,并回答问题
学生自主完成计算。
结合计算结果进行猜想
学生边写边看
学生观看实验
用理论分析实际问题
学生进行总结归纳
对超重失重现象进行理论提升
提升书写水平,检测学习效果
猜想是探究的源泉。
步骤从美国高中教材改编而来,用于规范学生书写
兴趣是最好的老师,有趣的实验可以激发学生兴趣
培养学生的语言表达能力,提升归纳能力
板书设计
3.6超重与失重
一、实重、视重
二、超重、失重
超重a由牛顿第二定律得:
失重a由牛顿第二定律得:
完全失重:
a=gF或N=0
教学反思
本教学设计以“疑思导学”、“问题驱动”为原则,采取“情景—问题—探究—结论”的教学方法,以纸带提钩码实验为问题线索,层层递进,并采用了小组合作、实验探究、自主学习和步步诱导的教学方式,注重学生的体验式探究、思维和能力的培养,体现了学生的主体地位,更是密切的联系生活实践,学以致用。
【补充资料准备】
人教版教材必修一
超重和失重
我们研究下面例题中描述的情景
例题2:
如图4.7-3,人的质量为m,当电梯以加速度a加速上升时,人对地板的压力F'是多大?
图4.73:
电梯启动、制动时,体重计的读数怎样变化?
分析人受到两个力:
重力G和电梯地板的支持力F。
由于地板对人的支持力F与人对地板的压力F',是一对作用力和反作用力,根据牛顿第三定律,只要求出F就可以知道F'。
电梯静止时,地板的支持力F与人所受的重力G相等,都等于mg;当电梯加速运动时,这两个力不再相等吗?
我们根据牛顿运动定律列出方程,找出几个力之间以及它们与加速度之间的关系,这个问題就能解决了。
地板的支持力、人受到的重力与坐标轴正方向的关系是已知的,所以我们把它们们的正负号明确地写在F-G=ma这个等式中了,式中F,G只代表力的大小
但是电梯可能上升也可能下降所以在F'=G+ma这个式子中,a可能取正值,也可能取负值。
解:
沿向上的方向建立坐标轴Oy,根据牛顿第二定律写出关于支持力F、重力G、质量m、加速度a的方程
F-G=ma
由此可得
F=G+ma
=m(g+a)
人对地板的压力F'与地板支持力F的大小相等
由于m(g+a)>mg,所以当电梯加速上升时,人对电梯地板的压力比人受到的重力大。
物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)大于物体所受重力的现象,称为超重(overweight)现象。
反之,电梯加速下降(或减速上升)时,加速度向下,与坐标轴的正方向相反,a是负值,所以这时人对电梯地板的压力比人受到的重力小。
物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)小于物体所受重力的现象称为失重(weightlessness)现象。
如果物体正好以大小等于g的加速度竖直下落,那么a=-g,m(g+a)=0,这时物体对支持物、悬挂物完全没有作用力,这种状态是完全失重状态。
值得注意的是,在超重和失重现象中,地球对物体的实际作用力并没有变化。
从动力学看自由落体运动
在第二章,我们通过实验研究了自由落体运动,知道它是加速度的大小和方向都不变的匀变速直线运动。
那时我们只分析了这个现象,没有考虑它的加速度为什么不变。
要回答这个问题就要分析它的受力情况。
实际物体下落时都要受到空气的阻力,速度越快,阻力越大。
但是,如果开始下落时的高度不太高,例如几米、十几米,它的下落速度不会太大。
再有,如果物体的质量不太小、体积不太大,物体所受的重力就会比阻力大得多,这时也可以忽略阻力的作用
物体做自由落体运动有两个条件:
第一,物体是从静止开始下落的,即运动的初速度是0
第二,运动过程中它只受重力的作用。
根据牛顿第二定律,物体运动的加速度与它受的力成正比,加速度的方向与力的方向相同。
自由落体在下落的过程中所受重力的大小、方向都不变。
所以加速度的大小、方向也是恒定的。
这样,学过了牛顿运动定律之后我们就可以从更高的视角审视自由落体运动了。
美国高中教材《原理与问题》上册
4.2牛顿运动定律的应用
学习目标
・描述一个物体的重力和质量之间的关系。
・区分实际重力与视重。
关键术语
视重
失重
牛顿第二定律描述了使物体运动速度发生改变的原因与这种改变所产生的位移这两者之间的联系,并确定了作用在一个物体上的净力与该物体的加速度之间的关系。
牛顿第二定律的应用
作用在质量为m的物体上的重力F是多大?
利用牛顿第二定律就能够对这个问题作出回答。
如图4-6所示,在半空中有一只正在自由下落的小球,它与什么物体发生相互作用?
由于它不与任何物体接触,且空气阻力可以忽略,因此唯一作用于它的力是F。
从第3章中你已经知道,该小球的加速度是g。
于是通过牛顿第二定律,你可以得到Fg=mg。
这里,力和加速度的方向都向下。
物体的重力在数值上等于它的质量与当它自由下落时所具有的加速度的乘积。
有一点你必须记住:
即使物体没有下落,它依然受到地球的引力作用!
无论是在地球上还是其他任何星球上,上述结论都是正确的,只不过在不同星球上g的数值不同。
月球上的g值很小,所以宇航员在月球上所受到的重力要比在地球上小很多,尽管他们的质量并未改变。
秤重浴室里的磅秤的内部有一个弹簧。
当你站在磅秤上时,你就与弹簧有了接触,所以弹簧会对你施加一个向上方向的力。
由于你没有加速度,必然没有净力作用于你,因此,如图4-7所示,此时向上推你的弹力F事与拉你向下的重力F在数值上必然相等。
而磅秤上的读数取决于弹簧施加给你的力,因此,磅秤测量的是重力,而不是质量。
如果你处在另一个星球上,由于弹簧的压缩量不同,所以磅秤上的读数也不同。
要记住,表示质量的基本单位是kg,而重力是一种力,所以表示重力的基本单位是N。
视重由于重力定义为Fg=mg,所以当g改变时,Fg也会随之改变。
在地球表面附近,g近似为常量,因此当一个物体在地球表面附近运动时,它的重力不会发生明显的变化。
如果在竖直方向上你只受到磅秤对你产生的向上的力,那么磅秤的读数就是你的重力。
但是,如果你的一只脚踏在磅秤上,而另一只脚踏在地板上,那么这时磅的读数会是多少呢?
如果一位朋友将你的肩膀往下压,或者将你的两肘向上抬,磅秤的读数又会怎样?
在这些情况中,由于有其他力作用于你,因此磅秤的读数就不再是你的实际重力。
假如你站在电梯里的磅秤上,情况又会是怎样?
如果这部电梯正处在平衡状态,那么磅秤的读数就是你的重力。
可是,如果这部电梯正在加速上升,那么此时磅秤的读数会是多少呢?
图4-9示意了这种情况。
图4-9:
如果你站在一台放置在正在加速上升的电梯里的秤上,那么这台磅秤对你施加的向上方向的力必然大于你向下方向的重力。
你就是所要考察的系统,取向上方向为正方向。
因为系统加速度的方向向上,所以磅秤向上方向的力必然大于你的向下方向的重力。
因此,磅秤的读数会大于你的重力。
如果你站在这样的一部电梯里,你就会觉得自己更重了些,因为电梯地板对你的双脚的支持力要比平时大。
另ー方面,如果电梯加速度的方向向下,你就会觉得自己轻些,磅秤的读数也会比正常情况小。
磅秤所施加的这个力叫做视重。
一个物体的视重(apparentweight)是该物体受到的使它做加速运动的所有接触力之和。
设想一下:
如果吊挂电梯的缆索突然断裂,此时电梯里磅秤的读数是多少?
由于磅秤和你一起做自由落体运动,加速度a=-g。
根据这个公式你可以得出,磅秤的读数为零,因此你的视重也为零,即此刻你没有受到重力的作用。
不过,失重(weightlessness)并不意味着物体的重力真的为零,而是指没有接触力向上推这个物体,因此该物体的视重为零。
解题策略力和运动
求解有关力和运动的问题时,可以采用如下方法
1.仔细审题,作出受力示意图
2.圈出系统,选取一个坐标系
3.确定哪些量是已知量,哪些量是未知量
4.画出运动图,指出加速度方向,然后作出受力分析图,标出净力。
5.利用牛顿定律确定加速度和浄力之间的联系。
6.重新整理方程,求出未知量。
7.将带有单位的已知量代入方程,并求解。
8.验证你的结果,看看它们是否合理
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