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（一）設計學生分組實驗

由于課本課文中，只有超重、失重、完全失重三個結論，既沒有教師的演示實驗，更沒有學生的分組實驗，而很多學生對超重、失重、特別是完全失重缺乏感性認識，學生從形象思維到抽象思維的坡度太陡，不利于學生順利地去認識現象，建立概念，以及應用知識解決具體問題。鑒于此，我設計了三個學生分組實驗和一個教師演示實驗。

（二）學生分組實驗的準備

為了讓學生觀察到明顯的超重和失重現象，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。為了讓學生認識完全失重現象，我設計了用一根短線兩端分系螺帽的裝置來進行模擬演示，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，來認識完全失重條件下，用彈簧秤是測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。最后設計了一個教師的演示實驗：水袋下落漏水停流，并通過引導學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實驗間的內在聯系，加深了對完全失重現象的理解。

（三）進行分組實驗的意義

1．通過學生親自動手實驗，把學習的主動權交給了學生。通過引導學生觀察實驗現象，分析實驗原因，總結出物理概念并將所學知識用以解決實際問題，讓學生懂得：依靠自己的努力是可以探索并掌握新的知識的，從而樹立持久的學習信心。更重要的：在實驗、觀察、總結的過程中，使學生潛移默化的感受到“實踐一認識一再實踐一再認識”的認知規律。從近期來看，可以培養學生良好的學習方法，從長遠發展來看，可以培養學生終身受益的學習能力。

2．通過進行學生的分組實驗，可以培養學生的動手能力、觀察能力、分析能力和學生之間的協作能力，使學生各項素質的提高落到實處。

3．通過進行學生的分組實驗，拋棄了哪種由教師分析總結并得出結論的傳統的教學模式，科學的合理的探索隨堂實驗課這種教學模式所遵循的一般規律。

【教案】

（－）教學目的

l．理解超重和失重的概念，知道產生超重和失重的條件。

2．培養學生的觀察能力、實驗能力和分析能力。

3．讓學生了解物理知識在生產、生活和科學技術中的應用。

4．探索物理隨堂實驗課的教學模式。

（二）教學重點

超重和失重概念，產生超重和失重的條件以及知識的應用。

（三）教學難點

1．對完全失重概念的理解。

2．在超重和失重的條件下，物體的實重不變。

（四）教學器材

彈簧秤和鉤碼各33個，細線兩端分系螺帽的裝置33具，透明塑料水袋一個，錐子一把，尺子一把。高級中學物理試驗課本66本。

（五）教學方法

實驗探索、啟發式教學。

（六）教學過程

1．引入課題

師：同學們，牛頓第二定律F=ma說明了哪三個方面的問題？

生：①力是產生加速度的原因？②質量一定的物體，F恒定則a不變，F變則a變，F消失則a隨之消失。③F=ma是矢量式，應用時須先規定正方向。

師：請同學們思考這樣兩個問題：①我國預計在2000年左右將發射載人宇宙飛船，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去旅行？為了弄清這兩個問題，我先請同學們來做一個實驗，實驗的要求是：先記住鉤碼靜止時，彈簧秤的讀數和彈簧秤指針的位置，此時彈簧秤的讀數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動，請注意剛開始運動的瞬間，指針是向上移動還是向下移動？

2．新課教學

學生分組實驗1觀察超重現象

板書課題：四、超重和失重。

生：指針下移，說明讀數變大。

師：這種彈簧秤的讀數大于約碼實際重力的現象我們就叫它為超重現象。

板書：1．超重（1）現象

師：為什么鉤碼加速上升時，彈簧秤的讀數會變大呢？若設鉤碼質量為m，豎直向上運動的加速度為a，那位同學能用牛頓第二定律來對鉤碼進行研究，分析彈簧秤的讀數與哪些因素有關？

板書：（2）分析圖1

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

F-mg=maF=mg+ma（l）

引導學生得出：當物體具有向上的加速度時，物體對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F′稱為視重，mg稱為物體的實重，則視重和實重誰大？

生：視重大。

師：若把彈簧秤變為升降機中的磅秤，板書圖2，已知升降機與人和磅秤具有向上的相同的加速度a，人的質量為m，哪位同學能參照上面的分析直接得出磅秤的讀數？

生A：板書：N′=-N，N=mg+ma說明人對秤的壓力大于人的實際重力，視重N′大于實重mg。

師：哪位同學能綜合上面兩例的分析結論，得出什么叫超重現象？

生B：當物體具有向上的加速度的時候，物體對懸掛物的拉力或對支持物的壓力大于物體本身重力的情況稱為超重現象。

板書：（3）結論：視重＞實重

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）實重不變

師：同學們當物體具有豎直向下的加速度a時，秤的讀數又如何變化呢？請同學們再來做實驗，實驗的要求是：先記住鉤碼靜止時，彈簧秤的讀數和指針的位置，然后觀察當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？

學生分組實驗2：觀察失重現象

生：指針上移，說明讀數變小。

師：這種彈簧秤的讀數小于物體實際重力的現象我們就稱它為什么現象？

眾生：失重現象。

板書：2失重（l）現象

師：設鉤碼的質量為m，向下的加速度為a，哪位同學能參照上面的分析，求出彈簧秤的讀數？

板書：（2）分析

引導生答：板書：圖3，F=-F′

mg-F=maF=mg-ma（2）

引導生答：當鉤碼具有向下的加速度a時，鉤碼對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，若把彈簧秤變為升降機中的磅秤，已知升降機與人和秤向下的加速度均為a，人的質量為m，哪位同學能參照前面的分析得出秤的讀數。

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

師：哪位同學能總結出什么叫失重現象？

生D：當物體具有向下的加速度的時候，物體對懸掛物的拉力或對支持物的壓力小于物體本身重力的情況稱為失重現象。

板書：（3）結論：視重＜實重

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，則秤的讀數就越小，同學們想一想，有沒有稱不出物體重力的情況呢？請同學們來做一個實驗，這是短線兩端分別系住兩顆小螺帽的裝置，請在繩未被拉直的情況下，無初速的同時釋放此裝置，注意觀察兩螺帽在自由下落過程中，短線被拉直沒有？

學生實驗3，觀察完全失重現象。

眾生：線沒有被拉直。

師：同學們想一想，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。因為彈簧秤和重物的加速度都是g，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象就叫什么現象？

眾生：完全失重現象。

板書：3．完全失重，（1）現象：

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

師：哪位同學能分析：彈簧秤的讀數為什么會為零？

板書：（2）分析

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

師：哪位同學能總結出什么是完全失重現象？

生G：當物體具有的向下的加速度就是重力加速度時，物體對懸掛物的拉力或對支持物的壓力等于零的現象稱為完全失重現象。

板書：（3）結論：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）實重不變。

師：同學們在完全失重的情形下，會有許多奇妙的事情發生，請先來觀察一個水斷流的實驗。我手提著的是一個盛了水的透明水袋，我現在用錐子在水袋上打一個小孔，袋中就噴出了一股細水流，我現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）現在我讓水袋自由下落，請同學注意觀察：水袋在下落過程中，水流是否中斷？

教師演示實驗：水袋的自由下落。

生：水斷流了。

師：為什么水會斷流呢？

引導生H答：若把水袋視為前面實驗中的一顆螺帽，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，同學們，事實上環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？飛船內的空間是一個什么樣的空間？

生：飛船內的物體都處于完全失重狀態，飛船內的空間是一完全失重的空間。

師：在完全失重的空間里，科學家可以進行大量的生物、生理、生化、物理、醫學等實驗，并能取得地面上進行同樣實驗無法達到的優秀效果。據報道，美國一產婦在完全失重的飛船里曾產下一男孩，現約8歲，該男孩所表現出的智力和體力遠遠超過了同齡兒童，被美國人戲稱為“小超人”。同學們，完全失重的空間里還有許多未被開墾的處女地，各國宇航局都力圖率先在這些領域取得突破性進展，為此，發達國家的宇航局也曾向世人征求可在飛船里進行實驗的方案。北京市一名中學生曾設計出一個方案：即研究在完全失重的條件下，人的思維反應速度是不變、變快還是變慢。受到了發達國家宇航局的關注。如果在座的各位同學在這方面有什么奇思妙想，不妨寄與我國宇航部門，希望將來在我國飛船上進行的實驗里，有你們設計的方案。

現在我們已經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去旅行呢？為了簡化問題，我假設旅客是乘直升飛機去旅行，當直升飛機加速上升時，哪位同學能分析這種情況下，人的心臟處于什么狀態？請注意這顆紅色的桃形表示人的心臟。

板書：圖5

引導生答：這顆心臟處于超重狀態。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越大，肌肉的形變越大，如果超過了肌肉的形變范圍，則此心臟就出問題了。

師：上面僅對心臟的狀態作了個受力情況分析，事實上，粗略地講，當心臟具有向上的加速度時，流經心臟的血液同樣處于超重狀態，要把這些血泵出心臟維持正常的血液循環，心臟的負擔就比無加速度時大得多，若旅客本身的心臟平時就不好，再加上超重情況下要急劇增加心臟的負擔，這顆心臟就容易出問題了。有的同學要說：若旅客熬過了上升關，下降就不會出問題了。現在我就設直升飛機減速豎直下降最后停在地面上，哪位同學能判斷此心臟處于什么狀態？

生H：失重

生1：超重

師：飛機減速下降，速度在減小，加速度向什么方向？心臟處于什么狀態？

眾生：加速度方向向上，心臟處于超重狀態，同樣容易出問題。

師：哪位同學能舉出生活中可以感受到的超重或失重的情形。

生：略

引導生小結：略。

3．布置作業

（l）完成課本145頁的小實驗。（2）閱讀146頁的課文《失重和開發宇宙》。

（3）課本147頁1至4小題。