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超重和失重课例 粤教必修

超重和失重现象是牛顿定律的一种具体应用。本单元要在两节45分钟的课里完成。

课程具体目标

(一)知识与技能

1、通过实验认识超重和失重现象;

2、理解牛顿运动定律,用牛顿运动定律研究超重和失重的原因;

3、能够利用超重和失重现象解释一些生活中的具体现象;

4、本节课的教学重点是让学生理解超重和失重的实质,教学难点是在超重和失重中有关对支持物的压力和对悬挂物拉力的计算。

(二)过程与方法

采用分组实验、合作探究并实地感受的研究方法,让学生通过设计多种不同的实验方案,亲身体验、认识生活中的超重和失重现象。

(三)情感态度与价值观

1、渗透“学以致用”的思想,激发学生的学习热情和兴趣;

2、培养学生参与科技活动的热情和将物理知识应用于生活和生产实践的意识,勇于探究与日常生活有关的超重和失重问题;

3、通过分组合作的探究性学习过程,锻炼学生主动与他人合作的精神,有将自己的见解与他人交流的愿望,敢于坚持正确观点,勇于修正错误,具有团队精神。

目标制定依据

1、通过三条牛顿运动定律的学习,学生已经具备了一定的运用牛顿运动定律分析解决问题的能力;

2、三条牛顿运动定律并不是彼此孤立的,通过对超重和失重现象的探究和学习,可以加深学生对这三条定律的认识,进而提高了学生对以有知识的理解和分析解决问题的能力;

3、本节课复习了关于重力的知识,通过本节课的探究和学习,可以使学生区分清楚“重力”和“重量”这两个容易混淆的概念,从而进一步理解“重力”的本质。

教学准备

1、具体问题的提出:学生已经学习过重力的测量方法和测量条件,知道放在水平桌面上的物体对桌面的压力的大小等于物体所受重力的大小;细绳下悬挂的重物对绳子的拉力也等于物体所受的重力;这个结论在平衡条件(静止或匀速运动)下才成立。由此提出问题:当物体在竖直方向上的加速度不为零时,压力或拉力还是否等于重力?请同学们设计适当的方案去探究和得到结论!

2、教学器材的准备:台式体重称8个、弹簧秤及小钩码8套;

3、准备超重与失重研究活动记录表和调查研究记录表若干张;

评价标准

1、学生是否能够通过合作的探究式学习方式切身感受到生活中的超重和失重现象;

2、学生是否能够根据已有的牛顿定律的知识从理论上理解超重和失重现象的本质;

3、学生是否能够把所学到的对超重和失重现象的本质的理解应用到具体的生产和生活中

4、去并且解释和解决一些具体的问题;

5、在合作的探究性学习的过程中,学生是否具有积极探索的创新精神、交流合作精神及对科学的好奇心与求知欲,是否乐于探究自然界的奥秘,能否体验到探索自然规律的艰辛与喜悦。

教学步骤,

我们知道放在水平桌面上的物体对桌面的压力的大小等于物体所受重力的大小;细绳下悬挂的重物对绳子的压力也等于物体所受的重力;这个结论只圾在平衡条件(静止或匀速运动)下才成立。那么,当物体在竖直方向上的加速度不为零时,压力或拉力还是否等于重力?今天,我们将通过实验让同学们亲身去体验和探究在物体具有竖直方向加速度的情况下会出现怎样的现象。

一、研究过程

1、教师发给每个研究小组一个体重称和一套弹簧秤及一个小钩码,每个研究小组再发给一份 超重与失重研究活动记录表和超重和失重研究记录表;

2、学生分组进行研究,制定方案;

3、学生实地查资料、调查、实验、观察、记录、采集素材;

4、讨论、分析,得出结论;

5、成果交流。

附:

超重与失重研究活动记录表

内容项目

记录

备注

小组成员

方案设计(时间、地点、方法)

步骤

1、

2、

3、

4、

观察、记录

结论及分析(超重、失重及相关问题)

问题思考

超重和失重研究记录表

电梯上行:

速度(匀速、加速、减速)

速度方向

加速度方向

压力、拉力与物体重力比较(填〈、〉、=)

判断超重、失重

备注

静止

F G

起动

F G

中途

F G

制动

F G

静止

F G

电梯下行:

速度(匀速、加速、减速)

速度方向

加速度方向

压力、拉力与物体重力比较(填〈、〉、=)

判断超重、失重

备注

静止

F G

起动

F G

中途

F G

制动

F G

静止

F G

二、理论分析

1:超重和失重:

(1)用投影片出示思考题组1:

a:物体的速度方向和运动方向之间有什么关系?

b:物体做加速或减速运动时,加速度方向和速度方向之间有什么关系?

(2)实例分析:

a:用投影仪给出示例1:

升降机以0.5m/s2的加速度匀加速上升,站在升降机里的人的质量是50kg,人对升降机地板的压力是多大?如果人站在升降机里的体重称上,体重称的示数是多大?

b:分析题意:

1)人和升降机以共同的加速度上升,因而人的加速度是已知的,为了能够用牛顿第二定律,应该把人作为研究对象。

2)对人进行受力分析:

人在升降机中受到两个力:重力G和地板的支持里F,升降机地板对人的支持力和人对升降机地板的压力是一对作用力和反作用力,据牛顿第三定律,只要求出前者就可以知道后者。

3)取竖直向上为正方向,则F,a均取正值,G取负值,据牛顿第二定律得:

F-G=ma

则:F=G+ma

代入数值得F=515N,所以,F=F=515N。

c:问:如果升降机是静止的或做匀速直线运动,人对升降机地板的压力又是多大?

F=F=mg=500N

d:比较前边两种情况下人对地板的压力大小,得到人对地板的压力跟物体的运动状态有关。

e:总结:升降机加速上升的时候,人对升降机地板的压力比人实际受到的重力大,我们把这种现象叫超重。

那么:在什么情况下产生超重现象呢?

(3)用投影片出示练习题:

一个质量是40kg的物体,随升降机一起以2m/s2的加速度竖直减速下降,求物体对升降机地板的压力大小,是大于重力还是小于重力?

学生自己分析得到:此时人对升降机地板的压力F=480N,大于人的重力400N,即也产生了超重现象。

2:总结得到:

(1)当物体也向上的加速度时,产生超重现象;

(2)产生超重现象时,物体的重力并没有改变,只是对水平支持物的压力或对悬挂物的拉力增大,即物体受到的重力没有改变,而物体的重量变大了;

(3)超重现象的实质是实重没有改变,而视重变大了。

3、用类比法得到:

(1)当物体有向下的加速度时,产生失重现象(包括匀减速上升,匀加速下降)。此时F压或F拉小于G。

(2)当物体有向下的加速度且a=g时,产生完全失重现象,此时F=0或F=0;

(3)产生失重和完全失重时,物体的重力并没有改变,只是对水平支持物的压力或对悬挂物的拉力小于物体的重力,即物体受到的重力没有改变,而物体的重量变小了;

(4)失重现象的实质是实重没有改变,而视重变小了

4、巩固训练:

(1)、关于超重和失重,下列说法中正确的是( )

A、 超重就是物体所受的重力增加了;

B、 失重就是物体所受的重力减少了;

C、 完全失重就是物体一点重力都不受了;

D、不论超重或失重甚至完全失重,物体所受的重力都不变。

(2)弹簧秤的秤钩上挂一个质量为1千克的物体,在下列各种情况下,弹簧秤的读数为多大?( )

A、 以0.2米/秒2的加速度竖直加速上升,弹簧秤读数为10牛。

B、 以0.1米/秒2的加速度竖直减速上升,弹簧秤读数为10牛。

C、 以0.1米/秒2的加速度竖直加速下降,弹簧秤读数为9.7牛。

D、以0.2米/秒2的加速度竖直减速下降,弹簧秤读数为10牛。

(3)在人造卫星中,下列哪能仪器不能用( )

A、天平 B、弹簧秤 C、水银温度计 D、密度计。

三、小结:

1、______叫超重;______叫失重;______叫完全失重。

2、产生超重、失重及产生完全失重的条件分别是什么?

3、产生超重和失重时,重力、压力、拉力变化的是什么?不变的是什么?

四、作业:

1、查阅资料了解在人造卫星上进行微重力条件下的实验,尝试设计一种在人造卫星或宇宙飞船上进行微重力条件下的实验的方案。

2、通过多种活动,如乘坐电梯,到游乐场乘坐过山车、垂直升降机等,了解和体验失重

和超重。

五:教学流程

六、阅读材料:几个小实验:

1、用冰淇淋纸杯做失重实验

如图1.30-1,把两个金属螺母(M10-12毫米)拴在一根橡皮筋的两端,再把橡皮筋的中点用一短绳固定在冰淇淋纸盒(或铁罐)底部正中,让螺母挂在空盒的口边上。实验时让空盒从约2米的高处自由下落,你会发现螺母被橡皮筋拉回盒中,并发生“咔哒”的撞击声。请你试一试,并思考下列问题:

(1)为什么下落时,螺母会被拉入到盒内?

(2)在空盒放手后的初始阶段,螺母是否以重力加速度g自由下落;

(3)放手后,空盘是否以重力加速度g下落?

2、小孔会流水吗?

取100毫升的塑料药水瓶和装眼药水的小塑料瓶各一只,用大号缝衣针在两瓶靠近底面的两侧戳孔。再取15厘米左右的细橡皮管一段,将其两端接在两个瓶塞的接管上,使两瓶口连通起来,并将它们用橡皮筋固定在一窄木板上,如图1.30-3所示。

实验时先在大瓶中装水近满,然后再连通橡皮管,手持木板竖直放置,使大瓶在上,水流入到小瓶中,由于水位较高,水从小瓶两侧的孔中喷出.。

如果此时使木板维持竖立状态自由下落,水还会喷出来吗?请你试一试,再解释现象。

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