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（一）設(shè)計(jì)學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)

由于課本課文中，只有超重、失重、完全失重三個(gè)結(jié)論，既沒有教師的演示實(shí)驗(yàn)，更沒有學(xué)生的分組實(shí)驗(yàn)，而很多學(xué)生對(duì)超重、失重、特別是完全失重缺乏感性認(rèn)識(shí)，學(xué)生從形象思維到抽象思維的坡度太陡，不利于學(xué)生順利地去認(rèn)識(shí)現(xiàn)象，建立概念，以及應(yīng)用知識(shí)解決具體問題。鑒于此，我設(shè)計(jì)了三個(gè)學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)和一個(gè)教師演示實(shí)驗(yàn)。

（二）學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備

為了讓學(xué)生觀察到明顯的超重和失重現(xiàn)象，通過多次篩選，確定了彈簧秤下懸掛鉤碼的最佳方案。為了解決超重、失次重現(xiàn)象越明顯，鉤碼越容易脫離彈簧秤懸鉤的問題，我把鉤碼用線拴在了彈簧秤的懸鉤上。為了讓學(xué)生認(rèn)識(shí)完全失重現(xiàn)象，我設(shè)計(jì)了用一根短線兩端分系螺帽的裝置來進(jìn)行模擬演示，即用一顆螺帽來表示重物，另一顆螺帽表示彈簧秤，通過觀察分析短線是否有形變，來認(rèn)識(shí)完全失重條件下，用彈簧秤是測(cè)不出物體所受重力的，這就解決了直接用彈簧秤演示，指針反彈快不易觀察且容易損壞彈簧秤的問題。最后設(shè)計(jì)了一個(gè)教師的演示實(shí)驗(yàn)：水袋下落漏水停流，并通過引導(dǎo)學(xué)生分析短線兩端分系螺帽的下落與水袋下落漏水停流這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)間的內(nèi)在聯(lián)系，加深了對(duì)完全失重現(xiàn)象的理解。

（三）進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)的意義

1．通過學(xué)生親自動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，把學(xué)習(xí)的主動(dòng)權(quán)交給了學(xué)生。通過引導(dǎo)學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，分析實(shí)驗(yàn)原因，總結(jié)出物理概念并將所學(xué)知識(shí)用以解決實(shí)際問題，讓學(xué)生懂得：依靠自己的努力是可以探索并掌握新的知識(shí)的，從而樹立持久的學(xué)習(xí)信心。更重要的：在實(shí)驗(yàn)、觀察、總結(jié)的過程中，使學(xué)生潛移默化的感受到“實(shí)踐一認(rèn)識(shí)一再實(shí)踐一再認(rèn)識(shí)”的認(rèn)知規(guī)律。從近期來看，可以培養(yǎng)學(xué)生良好的學(xué)習(xí)方法，從長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展來看，可以培養(yǎng)學(xué)生終身受益的學(xué)習(xí)能力。

2．通過進(jìn)行學(xué)生的分組實(shí)驗(yàn)，可以培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、觀察能力、分析能力和學(xué)生之間的協(xié)作能力，使學(xué)生各項(xiàng)素質(zhì)的提高落到實(shí)處。

3．通過進(jìn)行學(xué)生的分組實(shí)驗(yàn)，拋棄了哪種由教師分析總結(jié)并得出結(jié)論的傳統(tǒng)的教學(xué)模式，科學(xué)的合理的探索隨堂實(shí)驗(yàn)課這種教學(xué)模式所遵循的一般規(guī)律。

【教案】

（－）教學(xué)目的

l．理解超重和失重的概念，知道產(chǎn)生超重和失重的條件。

2．培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰头治瞿芰Α?/p>

3．讓學(xué)生了解物理知識(shí)在生產(chǎn)、生活和科學(xué)技術(shù)中的應(yīng)用。

4．探索物理隨堂實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)模式。

（二）教學(xué)重點(diǎn)

超重和失重概念，產(chǎn)生超重和失重的條件以及知識(shí)的應(yīng)用。

（三）教學(xué)難點(diǎn)

1．對(duì)完全失重概念的理解。

2．在超重和失重的條件下，物體的實(shí)重不變。

（四）教學(xué)器材

彈簧秤和鉤碼各33個(gè)，細(xì)線兩端分系螺帽的裝置33具，透明塑料水袋一個(gè)，錐子一把，尺子一把。高級(jí)中學(xué)物理試驗(yàn)課本66本。

（五）教學(xué)方法

實(shí)驗(yàn)探索、啟發(fā)式教學(xué)。

（六）教學(xué)過程

1．引入課題

師：同學(xué)們，牛頓第二定律F=ma說明了哪三個(gè)方面的問題？

生：①力是產(chǎn)生加速度的原因？②質(zhì)量一定的物體，F(xiàn)恒定則a不變，F(xiàn)變則a變，F(xiàn)消失則a隨之消失。③F=ma是矢量式，應(yīng)用時(shí)須先規(guī)定正方向。

師：請(qǐng)同學(xué)們思考這樣兩個(gè)問題：①我國(guó)預(yù)計(jì)在2000年左右將發(fā)射載人宇宙飛船，那么，人們常常談及的超重和失重究竟是怎么一回事？②為什么心臟病人不宜乘坐飛機(jī)去旅行？為了弄清這兩個(gè)問題，我先請(qǐng)同學(xué)們來做一個(gè)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)的要求是：先記住鉤碼靜止時(shí)，彈簧秤的讀數(shù)和彈簧秤指針的位置，此時(shí)彈簧秤的讀數(shù)就等于鉤碼的重力大小。再讓彈簧秤和鉤碼一同豎直向上做加速直線運(yùn)動(dòng)，請(qǐng)注意剛開始運(yùn)動(dòng)的瞬間，指針是向上移動(dòng)還是向下移動(dòng)？

2．新課教學(xué)

學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)1觀察超重現(xiàn)象

板書課題：四、超重和失重。

生：指針下移，說明讀數(shù)變大。

師：這種彈簧秤的讀數(shù)大于約碼實(shí)際重力的現(xiàn)象我們就叫它為超重現(xiàn)象。

板書：1．超重（1）現(xiàn)象

師：為什么鉤碼加速上升時(shí)，彈簧秤的讀數(shù)會(huì)變大呢？若設(shè)鉤碼質(zhì)量為m，豎直向上運(yùn)動(dòng)的加速度為a，那位同學(xué)能用牛頓第二定律來對(duì)鉤碼進(jìn)行研究，分析彈簧秤的讀數(shù)與哪些因素有關(guān)？

板書：（2）分析圖1

引導(dǎo)生答：彈簧和鉤碼受力分析如圖1，由牛頓第三定律有：彈簧秤的讀數(shù)產(chǎn)和鉤碼所受彈力F是等大反向的。板書：F=-F′

F-mg=maF=mg+ma（l）

引導(dǎo)學(xué)生得出：當(dāng)物體具有向上的加速度時(shí)，物體對(duì)懸掛物的拉力大于物體本身的重力。

師：人們常把彈簧秤稱出的讀數(shù)F′稱為視重，mg稱為物體的實(shí)重，則視重和實(shí)重誰大？

生：視重大。

師：若把彈簧秤變?yōu)樯禉C(jī)中的磅秤，板書圖2，已知升降機(jī)與人和磅秤具有向上的相同的加速度a，人的質(zhì)量為m，哪位同學(xué)能參照上面的分析直接得出磅秤的讀數(shù)？

生A：板書：N′=-N，N=mg+ma說明人對(duì)秤的壓力大于人的實(shí)際重力，視重N′大于實(shí)重mg。

師：哪位同學(xué)能綜合上面兩例的分析結(jié)論，得出什么叫超重現(xiàn)象？

生B：當(dāng)物體具有向上的加速度的時(shí)候，物體對(duì)懸掛物的拉力或?qū)χС治锏膲毫Υ笥谖矬w本身重力的情況稱為超重現(xiàn)象。

板書：（3）結(jié)論：視重＞實(shí)重

師：在超重情況下，物體本身的重力變沒有？

生：物體本身的重力大小不變。

板書：（4）實(shí)重不變

師：同學(xué)們當(dāng)物體具有豎直向下的加速度a時(shí)，秤的讀數(shù)又如何變化呢？請(qǐng)同學(xué)們?cè)賮碜鰧?shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)的要求是：先記住鉤碼靜止時(shí)，彈簧秤的讀數(shù)和指針的位置，然后觀察當(dāng)鉤碼和彈簧秤一同加速下降的瞬間，彈簧秤的指針是上移還是下移？

學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)2：觀察失重現(xiàn)象

生：指針上移，說明讀數(shù)變小。

師：這種彈簧秤的讀數(shù)小于物體實(shí)際重力的現(xiàn)象我們就稱它為什么現(xiàn)象？

眾生：失重現(xiàn)象。

板書：2失重（l）現(xiàn)象

師：設(shè)鉤碼的質(zhì)量為m，向下的加速度為a，哪位同學(xué)能參照上面的分析，求出彈簧秤的讀數(shù)？

板書：（2）分析

引導(dǎo)生答：板書：圖3，F(xiàn)=-F′

mg-F=maF=mg-ma（2）

引導(dǎo)生答：當(dāng)鉤碼具有向下的加速度a時(shí)，鉤碼對(duì)懸掛它的彈簧秤的拉力F′小于物體本身的重力mg。

師：同樣地，若把彈簧秤變?yōu)樯禉C(jī)中的磅秤，已知升降機(jī)與人和秤向下的加速度均為a，人的質(zhì)量為m，哪位同學(xué)能參照前面的分析得出秤的讀數(shù)。

生C：板書：圖4，N′=-N，N=mg一ma說明人對(duì)秤的壓力小于人的實(shí)際重力。

師：哪位同學(xué)能總結(jié)出什么叫失重現(xiàn)象？

生D：當(dāng)物體具有向下的加速度的時(shí)候，物體對(duì)懸掛物的拉力或?qū)χС治锏膲毫π∮谖矬w本身重力的情況稱為失重現(xiàn)象。

板書：（3）結(jié)論：視重＜實(shí)重

師：在失重條件下，物體本身的重力變沒有？

生：物體的重力不變。

板書：（4）實(shí)重不變。

師：由（2）式可知，物體具有的向下的加速度的值越大，則秤的讀數(shù)就越小，同學(xué)們想一想，有沒有稱不出物體重力的情況呢？請(qǐng)同學(xué)們來做一個(gè)實(shí)驗(yàn)，這是短線兩端分別系住兩顆小螺帽的裝置，請(qǐng)?jiān)诶K未被拉直的情況下，無初速的同時(shí)釋放此裝置，注意觀察兩螺帽在自由下落過程中，短線被拉直沒有？

學(xué)生實(shí)驗(yàn)3，觀察完全失重現(xiàn)象。

眾生：線沒有被拉直。

師：同學(xué)們想一想，若先用手握住一顆螺帽，讓另一顆懸吊的螺帽靜止，然后無初速釋放，短線中有沒有彈力？

眾生：沒有。

師：假若一顆螺帽是彈簧秤，那么能否稱出另一顆螺帽的重力？為什么？

生E：不能。因?yàn)閺椈沙雍椭匚锏募铀俣榷际莋，它們間不可能有形變，也就沒有相互作用力了。

師：這種根本稱不出物體重力的現(xiàn)象就叫什么現(xiàn)象？

眾生：完全失重現(xiàn)象。

板書：3．完全失重，（1）現(xiàn)象：

師：有的同學(xué)要問：為什么不用彈簧秤來做完全失重的實(shí)驗(yàn)而改用兩螺帽來模擬呢？原因有2：①在完全失重的情況下，彈簧秤指針恢復(fù)太快，且下落過程中，彈簧秤易轉(zhuǎn)動(dòng)，這都不利于觀察指針的移動(dòng)情況。（2）保護(hù)彈簧秤不受損壞，這為什么我們以后將專門研究。

師：哪位同學(xué)能分析：彈簧秤的讀數(shù)為什么會(huì)為零？

板書：（2）分析

生F：完全失重的情況下，物體的加速度為g，參照對(duì)失重現(xiàn)象的分析和（2）式可得，彈簧秤的讀數(shù)為零。

師：哪位同學(xué)能總結(jié)出什么是完全失重現(xiàn)象？

生G：當(dāng)物體具有的向下的加速度就是重力加速度時(shí)，物體對(duì)懸掛物的拉力或?qū)χС治锏膲毫Φ扔诹愕默F(xiàn)象稱為完全失重現(xiàn)象。

板書：（3）結(jié)論：視重為零。

師：在完全失重的情況下，物體本身的重力有沒有變化？

生：物體本身的重力不變。

板書：（4）實(shí)重不變。

師：同學(xué)們?cè)谕耆е氐那樾蜗?，?huì)有許多奇妙的事情發(fā)生，請(qǐng)先來觀察一個(gè)水?dāng)嗔鞯膶?shí)驗(yàn)。我手提著的是一個(gè)盛了水的透明水袋，我現(xiàn)在用錐子在水袋上打一個(gè)小孔，袋中就噴出了一股細(xì)水流，我現(xiàn)在用尺子去切斷水流，能否真的斷流？不能！這是不是古人所說的：抽刀斷水水更流的情形。（眾生笑）現(xiàn)在我讓水袋自由下落，請(qǐng)同學(xué)注意觀察：水袋在下落過程中，水流是否中斷？

教師演示實(shí)驗(yàn)：水袋的自由下落。

生：水?dāng)嗔髁恕?/p>

師：為什么水會(huì)斷流呢？

引導(dǎo)生H答：若把水袋視為前面實(shí)驗(yàn)中的一顆螺帽，水視為另一顆螺帽，水和水袋間就沒有相互作用力了，即水和水袋的重力完全用以提供各自的重力加速度了，所以水不流了。

師：非常正確，同學(xué)們，事實(shí)上環(huán)繞地球飛行的宇宙飛船里用秤是稱不出任何物體的重力的。哪說明宇宙飛船里的物體處于什么狀態(tài)？飛船內(nèi)的空間是一個(gè)什么樣的空間？

生：飛船內(nèi)的物體都處于完全失重狀態(tài)，飛船內(nèi)的空間是一完全失重的空間。

師：在完全失重的空間里，科學(xué)家可以進(jìn)行大量的生物、生理、生化、物理、醫(yī)學(xué)等實(shí)驗(yàn)，并能取得地面上進(jìn)行同樣實(shí)驗(yàn)無法達(dá)到的優(yōu)秀效果。據(jù)報(bào)道，美國(guó)一產(chǎn)婦在完全失重的飛船里曾產(chǎn)下一男孩，現(xiàn)約8歲，該男孩所表現(xiàn)出的智力和體力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了同齡兒童，被美國(guó)人戲稱為“小超人”。同學(xué)們，完全失重的空間里還有許多未被開墾的處女地，各國(guó)宇航局都力圖率先在這些領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展，為此，發(fā)達(dá)國(guó)家的宇航局也曾向世人征求可在飛船里進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的方案。北京市一名中學(xué)生曾設(shè)計(jì)出一個(gè)方案：即研究在完全失重的條件下，人的思維反應(yīng)速度是不變、變快還是變慢。受到了發(fā)達(dá)國(guó)家宇航局的關(guān)注。如果在座的各位同學(xué)在這方面有什么奇思妙想，不妨寄與我國(guó)宇航部門，希望將來在我國(guó)飛船上進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)里，有你們?cè)O(shè)計(jì)的方案。

現(xiàn)在我們已經(jīng)解決了究竟什么是超重、什么是失重的問題了。那么，為什么心臟病人不宜乘飛機(jī)去旅行呢？為了簡(jiǎn)化問題，我假設(shè)旅客是乘直升飛機(jī)去旅行，當(dāng)直升飛機(jī)加速上升時(shí)，哪位同學(xué)能分析這種情況下，人的心臟處于什么狀態(tài)？請(qǐng)注意這顆紅色的桃形表示人的心臟。

板書：圖5

引導(dǎo)生答：這顆心臟處于超重狀態(tài)。這顆心臟向上的加速度a是由周圍肌肉向上的彈力F和心臟本身的重力mg的合力來提供的。參照（l）式可知，a越大，F(xiàn)越大，肌肉的形變?cè)酱螅绻^了肌肉的形變范圍，則此心臟就出問題了。

師：上面僅對(duì)心臟的狀態(tài)作了個(gè)受力情況分析，事實(shí)上，粗略地講，當(dāng)心臟具有向上的加速度時(shí)，流經(jīng)心臟的血液同樣處于超重狀態(tài)，要把這些血泵出心臟維持正常的血液循環(huán)，心臟的負(fù)擔(dān)就比無加速度時(shí)大得多，若旅客本身的心臟平時(shí)就不好，再加上超重情況下要急劇增加心臟的負(fù)擔(dān)，這顆心臟就容易出問題了。有的同學(xué)要說：若旅客熬過了上升關(guān)，下降就不會(huì)出問題了?，F(xiàn)在我就設(shè)直升飛機(jī)減速豎直下降最后停在地面上，哪位同學(xué)能判斷此心臟處于什么狀態(tài)？

生H：失重

生1：超重

師：飛機(jī)減速下降，速度在減小，加速度向什么方向？心臟處于什么狀態(tài)？

眾生：加速度方向向上，心臟處于超重狀態(tài)，同樣容易出問題。

師：哪位同學(xué)能舉出生活中可以感受到的超重或失重的情形。

生：略

引導(dǎo)生小結(jié)：略。

3．布置作業(yè)

（l）完成課本145頁的小實(shí)驗(yàn)。（2）閱讀146頁的課文《失重和開發(fā)宇宙》。

（3）課本147頁1至4小題。