2019-2020年高中物理《超重與失重》教案1 教科版必修1.doc

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2019-2020年高中物理《超重與失重》教案1 教科版必修1 一． 教學(xué)內(nèi)容分析 1． 內(nèi)容與地位 《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》共同必修模塊“物理1”中的第二個二級主題“相互作用與運(yùn)動規(guī)律”中涉及本節(jié)的內(nèi)容有條目4：“……通過實(shí)驗(yàn)認(rèn)識超重和失重現(xiàn)象?！币髮W(xué)生能通過一些實(shí)驗(yàn)或具體的活動來了解和體驗(yàn)超重和失重。 本節(jié)內(nèi)容是本章知識應(yīng)用的一個典型的例子。其典型性表現(xiàn)為，其一，此現(xiàn)象產(chǎn)生原因的分析要用到牛到頓第二定律，這不僅有利于學(xué)生鞏固對定律的內(nèi)容理解，而且有助于培養(yǎng)學(xué)生分析問題的能力；其二，這是一個貼近日常生活的實(shí)際問題，學(xué)生熟悉，可親身感受，而且充滿驚奇和妙趣，能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探究熱情，這對于培養(yǎng)學(xué)生主動學(xué)習(xí)有著極其重要的引導(dǎo)作用。是一個很好的學(xué)習(xí)資源。其三，超重和失重現(xiàn)象與航空航天技術(shù)緊密相聯(lián)系，對于開發(fā)空間技術(shù)有著極其重要的戰(zhàn)略意義。讓學(xué)生了解前沿科學(xué)，對于培養(yǎng)學(xué)生的想象能力和創(chuàng)新思想具有重要作用。 2． 教學(xué)目標(biāo) （1） 理解超重和失重現(xiàn)象，并能應(yīng)用牛頓第二定律解釋此現(xiàn)象。 （2） 培養(yǎng)學(xué)生觀察能力、分析推理能力和想象能力。 （3） 體驗(yàn)超重和失重，激發(fā)學(xué)生的求知欲望。了解超重和失重環(huán)境的奇妙性和重要性，培養(yǎng)學(xué)生的探究技能。 3． 重點(diǎn)難點(diǎn) 認(rèn)識超重、失重概念，理解超重、失重的原因。 二． 案例設(shè)計(jì) （一） 引入新課 視頻展示：翻滾過山車錄相片斷。 問題：從錄相片段中，你們觀察了什么？ 學(xué)生：驚險(xiǎn)、刺激、恐懼、不安……。 問題：為什么會出現(xiàn)這些心理反應(yīng)？ 學(xué)生1：因?yàn)樗俣忍?，因?yàn)樘幱诟呖罩?，因?yàn)楦咚贇饬鲗θ藦?qiáng)烈沖擊作用，因?yàn)楦咚賻淼囊曈X上強(qiáng)烈刺激作用…… 學(xué)生2：可能不單單是高速、高空帶來刺激和不安，因?yàn)楦呖罩懈咚亠w行飛機(jī)中的乘客卻沒有表現(xiàn)出如此不安與恐懼。 …… 老師：其實(shí)，過山車游客出現(xiàn)上述強(qiáng)烈心理和生理反應(yīng)，除了同學(xué)們分析的原因之外，還有一個很重要的因素就是與我們這一節(jié)所學(xué)的兩個物理現(xiàn)象有關(guān)，即超重和失重現(xiàn)象。 （設(shè)計(jì)本環(huán)節(jié)的目的是希望通過學(xué)生熟悉而又感興趣生活現(xiàn)象激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，同時又點(diǎn)出本節(jié)課所要學(xué)習(xí)的物理內(nèi)容，體現(xiàn)了從生活走向物理的教學(xué)設(shè)計(jì)理念。） （對于實(shí)驗(yàn)條件不許可學(xué)校，教師也可改用如圖6—？的實(shí)驗(yàn)引入新課。演示時，將裝置升到天花板，當(dāng)擺球擺到最高位置時，將繩子松開，讓整個裝置自由下落，請同學(xué)們觀察現(xiàn)象，擺仍然保持在偏斜的位置，并不來回?cái)[動。為什么？這就是本節(jié)課要揭示的秘密——失重現(xiàn)象） 為了揭開這個問題的本質(zhì)，請同學(xué)們先看下面的問題。 問題1：站在地面上的同學(xué)，他對地面的壓力多大？當(dāng)他突然下蹲瞬間，人對地面的壓力如何變化？ （問題一提出，學(xué)生坐不住了，躍躍欲試，想站起來找下蹲的感覺。學(xué)生之間議論紛紛，爭論的焦點(diǎn)集中在后一個問題上，同學(xué)們各抒已見，思維之間相互沖突，歸納起來有兩種看法） 學(xué)生1：對地面的壓力變小了。 學(xué)生2：對地面的壓力增大了，因?yàn)槿讼露讜r，人有向下沖擊的作用，所以壓力增大了。 （學(xué)生的認(rèn)識往往依據(jù)自己已有的經(jīng)驗(yàn)，因此課堂上如何引導(dǎo)，這個問題值得思考。應(yīng)按認(rèn)識規(guī)律，讓學(xué)生在觀察思考的過程中，引導(dǎo)他們不斷修正自己的觀點(diǎn)，形成正確的認(rèn)識。） 體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)：請一個學(xué)生站在臺式體重計(jì)上，突然下蹲，觀察示數(shù)的變化情況？（有條件的學(xué)校，可用一攝像頭將示數(shù)變化情況投到屏幕上） （選擇這一實(shí)驗(yàn)理由，一是考慮可操作性，二是因?yàn)榇诉^程既有超重問題，又有失重問題，合二為一，現(xiàn)象表現(xiàn)的問題比較突出） 觀察結(jié)果：示數(shù)先變小，后又變大，即人對地面的壓力先變小后變大——這就是失重和超重現(xiàn)象 這是為什么呢？如何解釋這個現(xiàn)象？這是我們這一節(jié)課要研究的中心內(nèi)容。 （如果說過山車錄相所展示的場景，僅僅給學(xué)生對超重與失重現(xiàn)象認(rèn)識帶來“心靈”上感受，那么，這一段的設(shè)計(jì)卻給學(xué)生對超重和失重帶來“量”上感受。當(dāng)然后續(xù)教學(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)該給學(xué)生以“質(zhì)”上的認(rèn)識。） 下面，我們通過具體實(shí)例從理論上探究上述現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。 （二） 超重與失重現(xiàn)象 問題2：如圖6—1所示，一個人在升降機(jī)內(nèi)做一實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)時將一彈簧秤掛在升降機(jī)內(nèi)，彈簧秤下掛一質(zhì)量為m=5kg的物體。 問題（1）若升降機(jī)以大小a=0.8m/s2加速度向上加速運(yùn)動時，此人看到的彈簧秤示數(shù)多少？此讀數(shù)比重力大還是??？ 給學(xué)生幾分鐘的思考、分析時間。在這段時間內(nèi)教師最重要的工作是捕捉課堂上來自學(xué)生的有用教學(xué)信息，捕捉的信息不應(yīng)只限制于學(xué)生正確的分析過程和答案，對于學(xué)生中出現(xiàn)的各種各樣的不同的想法，同樣是有用的課堂教學(xué)資源。教師選擇幾種有代表性的想法展示出來（板書在黑板或投影在屏幕上）。 學(xué)生的可能分析過程有： 學(xué)生1：物體受兩個力作用，重力和彈簧秤對物體的拉力。因?yàn)槲矬w的加速度向上，物體所受的合力向上，所以彈簧秤對物體的拉力大于重力，即彈簧秤的示數(shù)大于重力（定性分析） 學(xué)生2：物體受兩個力作用，重力和彈簧秤對物體的拉力。因?yàn)槲矬w的速度向上，物體所受的合力向上，所以彈簧秤對物體的拉力大于重力，即彈簧秤的示數(shù)大于重力（定性分析） 學(xué)生3：根據(jù)牛頓第二定律得 mg－T=ma 所以 T=mg－ma=（59.8－50.8）N=45.0N 彈簧秤的示數(shù)T′=T=45.0N＜mg=49.0N（定量分析） 學(xué)生4：根據(jù)牛頓第二定律得 T－mg=ma 所以 T=mg＋ma=（59.8＋50.8）N=53.0N 彈簧秤的示數(shù)T′=T=53.0N＞mg=49.0N（定量分析） 對于上述四個具有代表性的分析過程，教師如何點(diǎn)評，對學(xué)生最有幫助，收到最好的教學(xué)效果，值得思考。課堂上教師不仿引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行討論，傾聽學(xué)生的不同想法，達(dá)到更大范圍、更深程度曝露學(xué)生認(rèn)知中存在的問題。在此基礎(chǔ)上，教師進(jìn)行必要點(diǎn)拔、穿針引線，讓存在于學(xué)生中的問題靠學(xué)生自身努力加以解決，這是解決問題的最有效辦法。它不僅解決了這個問題，更重要的是培養(yǎng)了學(xué)生分析解決問題的能力。 共識：學(xué)生1和學(xué)生4的分析是正確的。 有了解決（1）問題基礎(chǔ)后，教師再拋出以下（2）、（3）、（4）問題 問題（2）若升降機(jī)以大小a=0.8m/s2加速度向下減速運(yùn)動時，此人看到的彈簧秤示數(shù)多少？此讀數(shù)比重力大還是??？ 問題（3）若升降機(jī)以大小a=0.8m/s2加速度向下加速運(yùn)動時，此人看到的彈簧秤示數(shù)多少？此讀數(shù)比重力大還是??？ 問題（4）若升降機(jī)以大小a=0.8m/s2加速度向上減速運(yùn)動時，此人看到的彈簧秤示數(shù)多少？此讀數(shù)比重力大還是??？ 設(shè)計(jì)這三個問題的目的，是讓學(xué)生進(jìn)一步思考，電梯在不同的運(yùn)動情況下，彈簧秤示數(shù)還有什么變化，從而讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)如下規(guī)律： 規(guī)律1：掛在彈簧下的物體，彈簧秤顯示的示數(shù)不一定都等于物體的重力大小。 規(guī)律2：當(dāng)電梯加速上升和減速下降的情況下，人觀察到的彈簧秤示數(shù)（即視重）均大于重力。 規(guī)律3：當(dāng)電梯加速下降和減速上升的情況下，人觀察到的彈簧秤示數(shù)（即視重）均小于重力。 由此引出超重和失重概念。并注意強(qiáng)調(diào)超重、失重與物體重力變化的區(qū)別！ 問題3：從上述幾個實(shí)例中，分析產(chǎn)生超重、失重的本質(zhì)原因是什么？ 學(xué)生根據(jù)上述四個問題結(jié)論的比較，不難得出如下規(guī)律： 規(guī)律3：不論物體向上或向下運(yùn)動，當(dāng)物體具有向上加速度時，物體必然出現(xiàn)超重現(xiàn)象；當(dāng)物體具有向下加速度時，物體必然出現(xiàn)失重現(xiàn)象。 請同學(xué)們解釋本節(jié)引入新課的問題，人下蹲過程為什么對地面的壓力先變小后變大。（目的是為了呼應(yīng)本節(jié)開始時引入的問題，有回歸之意，讓本節(jié)的主題進(jìn)一步得到突出。） 問題2中的最后一個問題 問題（5）：若升降機(jī)以大小a=g加速度加速下降時，此人觀察到的彈簧秤示數(shù)為多少？ 此問題由學(xué)生分析 學(xué)生可能分析預(yù)測： 定性分析：當(dāng)物體以加速度a=g加速下降時，物體所受的合力大小等于重力，故彈簧秤對物體的無拉力。所以彈簧秤的讀數(shù)為零。 定量分析：根據(jù)牛頓第二定律得 T－mg=ma 所以 T=mg－ma=mg－mg=0 由此引出失重中的一個特殊現(xiàn)象——完全失重概念，即物體具有向下加速度且大小等于重力加速度時，彈簧秤拉力等于零的現(xiàn)象。 值得一提的是定性分析和定量分析要靈活應(yīng)用，定性分析往往比較直觀、形象，在教學(xué)中要引起重視。 演示實(shí)驗(yàn)：失重現(xiàn)象 （1） 實(shí)驗(yàn)裝置如圖6—2所示，桿處于水平平衡，若將鐵鏈一端的細(xì)繩燒斷，桿還會平衡嗎？為什么？ （2） 動手分組實(shí)驗(yàn)：如圖6—3，取一可樂瓶，在瓶底部打一小孔，在瓶中盛一定量的水，水將從小孔中流出。若將可樂瓶從空中自由落下，水會從小孔中流出嗎？請解釋為什么？如果可樂瓶是向上拋出呢？ （三）超重和失重現(xiàn)象的利與弊 1．超重現(xiàn)象與人的生理反應(yīng) （1） 問題：飛船發(fā)射時加速上升，宇航員處于超重狀態(tài)，而且發(fā)射時由于加速度很大，超重很“嚴(yán)重”，體內(nèi)血液往下肢“墜”，一方面造成血管承受壓力加大，另一方面造成血液循環(huán)困難，腦部會出現(xiàn)缺血和缺氧現(xiàn)象。為了減少超重對人的生理影響，飛船發(fā)射時，宇航員成什么姿勢較好？ （設(shè)計(jì)本問題的目的是希望學(xué)生能夠關(guān)注超重環(huán)境對生命系統(tǒng)帶來的影響，把學(xué)科間的知識聯(lián)系起來，培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問題的能力。） （2） 超重環(huán)境模擬儀：為了訓(xùn)練宇航員適應(yīng)超重環(huán)境，宇航員要在超重環(huán)境中進(jìn)行訓(xùn)練。如圖6—4所示就是超重環(huán)境模擬儀，當(dāng)訓(xùn)練艙旋轉(zhuǎn)時，艙處于超重狀態(tài)。 （可用照片和視頻圖象展示，對于其中的原理可不做解釋，但是可以給學(xué)生一個懸念——這是圓周運(yùn)動的知識，其目的是為了進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生探究新知識的欲望，是后續(xù)教學(xué)的一個“伏筆”。） 2． 失重現(xiàn)象 視頻展示：宇宙員在空間站工作和生活畫面，最好含有宇航員喝水畫面。（在失重狀態(tài)下水成球形，也可用一個模擬實(shí)驗(yàn)展示。取一玻璃瓶，裝入半瓶水，后再往瓶中倒入一勺食用油。最后往瓶中逐漸加入酒精，并搖動瓶子直到油成球形。原理：當(dāng)水和酒精混和液的密度等于油的密度時，油滴受到重力與浮力平衡，此時油在表面張力作用下成球形） 想象活動：根據(jù)你對失重現(xiàn)象的理解，想象，在地面上的生產(chǎn)、生活或?qū)嶒?yàn)現(xiàn)象在在失重情況可能出現(xiàn)什么現(xiàn)象或產(chǎn)生什么影響，這些現(xiàn)象有什么有利一面和不利另一面，不利的一面如何克服？有利的一面可能有什么應(yīng)用？（例如：太空飲食問題，太空中排泄問題，太空中睡覺問題。太空中泡沫金屬，太空中的晶體生長，太空中懸浮冶煉等等。） （本環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)的目的是希望學(xué)生不僅理解失重現(xiàn)象，而且能夠把這種現(xiàn)象與生活、生產(chǎn)聯(lián)系起來。一方面是為了培養(yǎng)學(xué)生探究新問題的能力，另一方面是培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)踐問題的能力，再一方面是為了培養(yǎng)學(xué)生的想象能力，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。） 失重環(huán)境是一個特殊環(huán)境，它對生物生長或物理現(xiàn)象、化學(xué)現(xiàn)象等產(chǎn)生影響。為了鼓勵青少年創(chuàng)新，同時也為了充分應(yīng)用失重環(huán)境或微重力環(huán)境的寶貴資源，美國國家航空航天局（NASA）每次發(fā)射航天飛機(jī)之前，在世界各國中學(xué)生中征集飛船搭載實(shí)驗(yàn)方案，我國中小學(xué)生設(shè)計(jì)的方案曾被選中，例如，1990年，18歲的俞緯設(shè)計(jì)的“草履蟲生成”實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目從全國7000多個太空搭載實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中脫穎而出，被美國國家航空航天局選中，搭乘“發(fā)現(xiàn)號”航天飛機(jī)進(jìn)行了太空實(shí)驗(yàn)。xx年，中國女生李桃桃提出的“蠶在太空吐絲結(jié)繭”搭載實(shí)驗(yàn)，由美國“哥倫比亞”號航天飛機(jī)送入太空，遺憾的是“哥倫比亞”號返回時墜毀，失去了寶貴觀察記錄。我國從87年開始開展太空搭載實(shí)驗(yàn)，取得了不少實(shí)驗(yàn)成果，從xx年開始，利用返回式衛(wèi)星開展有償征集太空搭載實(shí)驗(yàn)，云南省金實(shí)小學(xué)的學(xué)生申請的“跳舞草種子”搭載實(shí)驗(yàn)方案獲得通過，并由我國第18個返回式衛(wèi)星送上太空。以上有關(guān)方面的具體情況可上網(wǎng)查閱相關(guān)資料。 課外實(shí)踐：（1）到賓館乘坐電梯，體驗(yàn)賓館電梯起動或停止時間人的感受?；虻接螛穲龈惺苓^山車或極速升降機(jī)（2）上網(wǎng)查看超重和失重相關(guān)資料 三． 案例評析 本教學(xué)案例設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)思路上突出了生活性、問題性、主體性、時代性和創(chuàng)新性。 本節(jié)開始，引入話題是一個人人都能體驗(yàn)的很生活化現(xiàn)象——人的下蹲過程，但是從中引出的問題——人對地面的壓力如何變化？卻不是一個人人都能回答正確的問題，而且這個問題緊緊扣住了本節(jié)的中心內(nèi)容。這個問題的答案先從實(shí)驗(yàn)給出，然后尋求理論上解釋。這種“先果后因”處理手法，其目的是為了讓學(xué)生的預(yù)測結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果可能形成更多思維上沖突，有助于激發(fā)學(xué)生進(jìn)一步探究的欲望。 解決問題過程始終體現(xiàn)學(xué)生主體參與的設(shè)計(jì)理念。本節(jié)內(nèi)容是應(yīng)用牛頓定律解決實(shí)際問題的課題，課堂中設(shè)計(jì)許多系列小問題，目的是把學(xué)生推到問題之中，并且由學(xué)生自行解決，一方面讓學(xué)生在解決問題過程中暴露新問題，從而捕捉課堂有用信息，共享信息資源，解決了學(xué)生中最有針對性的問題；另一方面培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力 ，這種從“問題到問題”，從“學(xué)生到學(xué)生”的設(shè)計(jì)，體現(xiàn)了課堂教學(xué)“以生為本”的設(shè)計(jì)思想。 教學(xué)中設(shè)計(jì)幾個小環(huán)節(jié)——視頻展示、想象活動、相關(guān)鏈接等內(nèi)容具有很濃的時代氣息，不僅抓住了當(dāng)代中學(xué)生學(xué)習(xí)的心理特點(diǎn)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，同時有助于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維能力，這是目前中學(xué)教學(xué)中要特別關(guān)注的問題。