共1課時
7 利用牛頓運(yùn)動定律解決問題…高中物理教師2003年課程標(biāo)準(zhǔn)版
1教學(xué)目標(biāo)
1、認(rèn)知目標(biāo)：了解超重和失重現(xiàn)象及其發(fā)生的條件； 了解超重和失重現(xiàn)象的本質(zhì)；
2、能力目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題的能力； 提高學(xué)生處理實(shí)際問題時提取模型的能力； 增強(qiáng)學(xué)生在各種場景中發(fā)現(xiàn)問題本質(zhì)的能力；
3、情感目標(biāo)：通過教師情景設(shè)置、熱情引導(dǎo)，鼓勵學(xué)生敢于探索、敢于提問、敢于創(chuàng)新； 借助小課堂實(shí)驗(yàn)、多媒體課件、豐富的網(wǎng)絡(luò)資料用牛頓運(yùn)動定律解決問題一，培養(yǎng)學(xué)生對物理和科學(xué)的熱愛；
4、教學(xué)方法目標(biāo)：細(xì)心觀察、用心思考、敢于提問、多比較、與同學(xué)討論；
5、人際交往目標(biāo)：學(xué)會同學(xué)之間的溝通與合作，學(xué)會參加集體活動；
2學(xué)情分析
學(xué)生在本堂課中可能會遇到主要的思維障礙和困惑：
1、有了重力的概念，有的同學(xué)可能會認(rèn)為超重就是重力增大，失重就是重力減小，完全失重就是重力完全消失。 要解決這個問題，更好的辦法是采用一系列的演示，使用最常見、最簡單的物品和儀器（如學(xué)生詞典、學(xué)生自制的彈簧秤等）和科技含量較高的設(shè)備和儀器（如攝像機(jī)、力（傳感器和計(jì)算機(jī)）來解釋當(dāng)物體處于超重或失重狀態(tài)時，只有物體對支撐物的壓力或?qū)覓煳矬w的拉力發(fā)生了變化，而物體的重力則發(fā)生了變化。對象仍然存在并且其大小保持不變。
3 重點(diǎn)與難點(diǎn)
教學(xué)重點(diǎn)是完全失重現(xiàn)象。
教學(xué)難點(diǎn) 準(zhǔn)確理解超重力、失重和完全失重現(xiàn)象的本質(zhì)。 要理解超重力和失重現(xiàn)象，并不是物體重力的變化，而是對物體的支撐力或拉力的變化。
教學(xué)難點(diǎn)的突破
1、設(shè)置多種超重、失重場景，討論分析各種場景下支撐力與重力的關(guān)系，突出支撐力或拉力的變化；
2、通過加速度方向定性判斷物體是否處于超重力或失重狀態(tài)。
4 教學(xué)流程 4.1 第一小時教學(xué)活動 活動一【教學(xué)】新課
1.通過論證實(shí)驗(yàn)，引出需要探索的問題
1.讓學(xué)生完成一項(xiàng)“不可能的任務(wù)”：
每兩人一組，拿著一根細(xì)棉線和一個100克的鉤碼，讓學(xué)生嘗試各種方法用鉤碼拉斷棉線。 （學(xué)生之間可能有多種方法）提出新問題：鼓勵學(xué)生思考多種方法，讓學(xué)生思考每種方法所使用的原理。 重點(diǎn)是使用突然向上拉繩子或類似的方法來折斷繩子，并讓學(xué)生嘗試解釋原因。 學(xué)生研究了牛頓運(yùn)動定律，知道當(dāng)重物勻速向上運(yùn)動時，繩子拉動物體向上的力等于物體的重力。 為什么勻速向上拉物體時繩子不會斷裂，而快速拉物體時繩子卻斷裂？
2. 進(jìn)行如上圖所示的實(shí)驗(yàn)。 首先請學(xué)生思考、討論有多少種方法可以打破泡沫板？
①用手按壓
②放置重物（一開始沒有碎，后來重了就碎了）
③ 快速拉起，重物將泡沫板壓破。 這是什么意思？ （壓力變大了）為什么壓力變大了？
指導(dǎo)：當(dāng)物體被快速向上拉時，物體獲得速度、加速度和位移。 哪些情況會導(dǎo)致壓力增加？
2. 實(shí)驗(yàn)觀察
引導(dǎo)學(xué)生得出結(jié)論，提出超重和失重的概念：將物體放在固定的秤上，觀察秤的讀數(shù)。 這個讀數(shù)就是物體在秤上的壓力值，稱為表觀重量。 此時的表觀重量就等于物體的重量。 ; 如果將彈簧秤快速向上舉起，則彈簧秤的示值大于物體的重力。 電梯啟動時，還觀察到表觀重量大于正常測量值。 當(dāng)電梯停止時，還觀察到表觀重量比正常測量值小。 對此提出一個概念：“這種物體對支撐物的壓力（或懸掛物體的拉力）大于物體重力的情況稱為升力現(xiàn)象。物體對支撐物的壓力（或懸掛物體的拉力）大于物體重力的情況稱為升力現(xiàn)象。”支撐力（或懸掛物體的拉力）小于物體的重力，稱為失重現(xiàn)象。
2.小??游戲：如何最小化測功機(jī)上的讀數(shù)？ 比賽規(guī)則在賽前公布：
①腳不能離開地面，手不能握住其他物體
②在讀數(shù)準(zhǔn)備好之前不要離開秤。
3、理論探索：物體在秤上的壓力與其加速度之間有什么關(guān)系？
規(guī)范學(xué)生牛頓運(yùn)動分析定律的應(yīng)用和解題思路：假設(shè)應(yīng)用（上升或下降、加速或減速），選擇研究對象進(jìn)行受力分析，根據(jù)牛頓第二定律得到支撐力的表達(dá)式方程，然后根據(jù)牛頓第三定律判斷壓力的變化。
1、隨電梯勻加速直線向上運(yùn)動時：
牛頓第二定律
F支鏈-mg=ma
可用的：
F支鏈=mg+ma>mg
由牛頓第三定律可知：
F壓力=F支路（尺寸）
F壓力=mg+ma
F壓力>mg
2、電梯勻減速向上運(yùn)動時：
牛頓第二定律
mg-F支鏈=ma
可用的：
F支鏈=mg-ma
由牛頓第三定律可知：
F壓力=F支路（尺寸）
F壓力=mg-ma
F壓力
研究結(jié)果：“超重和失重的原因是垂直方向的加速度。”
思考：水平方向的加速或減速會產(chǎn)生超重和失重嗎？ 組織學(xué)生討論：“向上運(yùn)動一定會產(chǎn)生超重，向下運(yùn)動一定會產(chǎn)生失重嗎？” 組織學(xué)生交流，要求學(xué)生走到黑板前。 在棋盤上玩。
加速方向向上，導(dǎo)致超重。
歸納規(guī)則：
加速向上
加速度方向向下，導(dǎo)致失重。
減速
加速向下
緩慢向上
得出結(jié)論； 物體是否處于超重或失重狀態(tài)僅由加速度的方向決定。
4、尋求新方法
簡介：我們用彈簧秤來觀察超重和失重的現(xiàn)象。 指示變化不確定且轉(zhuǎn)瞬即逝，難以觀察。 有沒有一種測力儀器可以記錄所有瞬時受力情況？ “力傳感器”就是這種儀器，它可以幫助您解決觀測瞬時力的問題。
根據(jù)課件講解：如何使用數(shù)學(xué)采集器來觀察電梯內(nèi)的超重和失重現(xiàn)象。 力傳感器將力的大小轉(zhuǎn)換為電信號，數(shù)據(jù)收集器將電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)學(xué)信號。 計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)并繪制出力隨時間變化的曲線。 力隨時間的變化被永久記錄。 根據(jù)Ft圖像，可以看到物體在各個時間段的運(yùn)動情況。 應(yīng)用：根據(jù)圖像還可求出電??梯的最大加速度。 (取g=10m/s2)
5. 結(jié)果的外推
1.完全失重：當(dāng)加速度等于g時，讓學(xué)生分析懸掛的物體或支撐物對物體施加了多大的拉力或壓力？此時物體只受到重力的影響，物體對物體的壓力是多少？支撐力（懸掛物體的拉力）為零。 這種狀態(tài)稱為完全失重。
2.問一個問題：你知道物體在完全失重的狀態(tài)下會發(fā)生什么嗎？
觀看楊利偉在太空吃月餅的視頻：
A. 物體將漂浮在空中。
B、食物應(yīng)制成塊狀或牙膏狀的糊狀，以防止食物顆粒“漂浮”在空氣中。 ，進(jìn)入宇航員的眼睛、鼻孔……
C. 宇航員站著睡覺和躺著睡覺一樣舒服。
3.舉例生活中超重現(xiàn)象并解釋：
① 學(xué)生介紹乘坐電梯的感受：超重時，腳底壓力增大，感到頭暈（為什么？）失重時，感覺輕飄飄的
②小實(shí)驗(yàn)：如果把一個有兩個孔的可樂瓶放在甲、乙同學(xué)之間，兩個同學(xué)會被淋濕嗎？ （斜投、垂直投擲、自由落體）
6. 作業(yè)：
學(xué)生可以自由分組進(jìn)行超重和失重研究，撰寫不限字?jǐn)?shù)、自設(shè)題目的短論文； （兩周內(nèi)完成）
7 利用牛頓運(yùn)動定律解決問題（2）
課程設(shè)計(jì)課堂記錄
7 利用牛頓運(yùn)動定律解決問題（2）
1第一學(xué)期教學(xué)活動活動一【教學(xué)】新課
1.通過論證實(shí)驗(yàn)，引出需要探索的問題
1.讓學(xué)生完成一項(xiàng)“不可能的任務(wù)”：
每兩人一組，拿著一根細(xì)棉線和一個100克的鉤碼，讓學(xué)生嘗試各種方法用鉤碼拉斷棉線。 （學(xué)生之間可能有多種方法）提出新問題：鼓勵學(xué)生思考多種方法，讓學(xué)生思考每種方法所使用的原理。 重點(diǎn)是使用突然向上拉繩子或類似的方法來折斷繩子，并讓學(xué)生嘗試解釋原因。 學(xué)生研究了牛頓運(yùn)動定律，知道當(dāng)重物勻速向上運(yùn)動時，繩子拉動物體向上的力等于物體的重力。 為什么勻速向上拉物體時繩子不會斷裂，而快速拉物體時繩子卻斷裂？
2. 進(jìn)行如上圖所示的實(shí)驗(yàn)。 首先請學(xué)生思考、討論有多少種方法可以打破泡沫板？
①用手按壓
②放置重物（一開始沒有碎，后來重了就碎了）
③ 快速拉起，重物將泡沫板壓破。 這是什么意思？ （壓力變大了）為什么壓力變大了？
指導(dǎo)：當(dāng)物體被快速向上拉時，物體獲得速度、加速度和位移。 哪些情況會導(dǎo)致壓力增加？
2. 實(shí)驗(yàn)觀察
引導(dǎo)學(xué)生得出結(jié)論，提出超重和失重的概念：將物體放在固定的秤上，觀察秤的讀數(shù)。 這個讀數(shù)就是物體在秤上的壓力值，稱為表觀重量。 此時的表觀重量就等于物體的重量。 ; 如果將彈簧秤快速向上舉起，則彈簧秤的示值大于物體的重力。 電梯啟動時，還觀察到表觀重量大于正常測量值。 當(dāng)電梯停止時，還觀察到表觀重量比正常測量值小。 對此提出一個概念：“這種物體對支撐物的壓力（或懸掛物體的拉力）大于物體重力的情況稱為升力現(xiàn)象。物體對支撐物的壓力（或懸掛物體的拉力）大于物體重力的情況稱為升力現(xiàn)象。”支撐力（或懸掛物體的拉力）小于物體的重力，稱為失重現(xiàn)象。
2.小??游戲：如何最小化測功機(jī)上的讀數(shù)？ 比賽規(guī)則在賽前公布：
①腳不能離開地面，手不能握住其他物體
②在讀數(shù)準(zhǔn)備好之前不要離開秤。
3、理論探索：物體在秤上的壓力與其加速度之間有什么關(guān)系？
規(guī)范學(xué)生牛頓運(yùn)動分析定律的應(yīng)用和解題思路：假設(shè)應(yīng)用（上升或下降、加速或減速），選擇研究對象進(jìn)行受力分析，根據(jù)牛頓第二定律得到支撐力的表達(dá)式方程，然后根據(jù)牛頓第三定律判斷壓力的變化。
1、電梯勻加速直線向上運(yùn)動時：
牛頓第二定律
F支鏈-mg=ma
可用的：
F支鏈=mg+ma>mg
由牛頓第三定律可知：
F壓力=F支路（尺寸）
F壓力=mg+ma
F壓力>mg
2、電梯勻減速向上運(yùn)動時：
牛頓第二定律
mg-F支鏈=ma
可用的：
F支鏈=mg-ma
由牛頓第三定律可知：
F壓力=F支路（尺寸）
F壓力=mg-ma
F壓力
研究結(jié)果：“超重和失重的原因是垂直方向的加速度。”
思考：水平方向的加速或減速會產(chǎn)生超重和失重嗎？ 組織學(xué)生討論：“向上運(yùn)動一定會產(chǎn)生超重，向下運(yùn)動一定會產(chǎn)生失重嗎？” 組織學(xué)生交流，要求學(xué)生走到黑板前。 在棋盤上玩。
加速方向向上，導(dǎo)致超重。
歸納規(guī)則：
加速向上
加速度方向向下，導(dǎo)致失重。
減速
加速向下
緩慢向上
得出結(jié)論； 物體是否處于超重或失重狀態(tài)僅由加速度的方向決定。
4、尋求新方法
簡介：我們用彈簧秤來觀察超重和失重的現(xiàn)象。 指示變化不確定且轉(zhuǎn)瞬即逝，難以觀察。 有沒有一種測力儀器可以記錄所有瞬時受力情況？ “力傳感器”就是這種儀器，它可以幫助您解決觀測瞬時力的問題。
根據(jù)課件講解：如何使用數(shù)學(xué)采集器來觀察電梯內(nèi)的超重和失重現(xiàn)象。 力傳感器將力的大小轉(zhuǎn)換為電信號，數(shù)據(jù)收集器將電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)學(xué)信號。 計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)并繪制出力隨時間變化的曲線。 力隨時間的變化被永久記錄。 根據(jù)Ft圖像，可以看到物體在各個時間段的運(yùn)動情況。 應(yīng)用：根據(jù)圖像還可求出電??梯的最大加速度。 (取g=10m/s2)
5. 結(jié)果的外推
1、完全失重：當(dāng)加速度等于g時，讓學(xué)生分析一下懸掛的物體或支撐物對物體施加了多大的拉力或壓力？此時物體只受到重力的影響，物體對物體的壓力是多少？支撐力（懸掛物體的拉力）為零。 這種狀態(tài)稱為完全失重。
2.問一個問題：你知道物體在完全失重的狀態(tài)下會發(fā)生什么嗎？
觀看楊利偉在太空吃月餅的視頻：
A. 物體將漂浮在空中。
B、食物應(yīng)制成塊狀或牙膏狀的糊狀，以防止食物顆粒“漂浮”在空氣中。 ，進(jìn)入宇航員的眼睛、鼻孔……
C. 宇航員站著睡覺和躺著睡覺一樣舒服。
3.舉例生活中超重現(xiàn)象并解釋：
① 學(xué)生介紹乘坐電梯的感受：超重時，腳底壓力增大用牛頓運(yùn)動定律解決問題一，感到頭暈（為什么？）失重時，感覺輕飄飄的
②小實(shí)驗(yàn)：如果把一個有兩個孔的可樂瓶放在甲、乙同學(xué)之間，兩個同學(xué)會被淋濕嗎？ （斜投、垂直投擲、自由落體）
6. 家庭作業(yè)：
學(xué)生可以自由分組進(jìn)行超重和失重研究，撰寫不限字?jǐn)?shù)、自設(shè)題目的短論文； （兩周內(nèi)完成）