打造美妙课堂——“应用牛顿运动定律解决问题”教学设计与体会

沈 磊

（苏州市第一中学校，江苏 苏州 215005）

1 教学过程

1.1 提出问题，导入新课

问题1：如图1，哪位物理学家是继爱因斯坦之后最伟大的物理学家，并且是《时间简史》的作者.

PPT展示：斯蒂芬·霍金.

图1

图2

问题2：图2中展示的是2007年4月26日，英国科学家霍金在大西洋上空的一架飞机中体验的一种现象.事后他表示这感觉很令人惊奇.请问他体验的是一种什么物理现象？

PPT展示：霍金体验的这种现象叫失重（学生下课后可以上网查一查上述两方面的资料，开阔眼界）.

如图3，中国宇航员翟志刚出舱活动（教师着重强调翟志刚的漂浮也是一种失重）

图3

图4

问题3：根据给出的图4提问：

（1）在这幅图片中你能观察到失重现象吗？（漂浮的本子）

（2）这幅图是神舟七号刚进入预定轨道时拍摄的.图中宇航员还保持着发射时的坐姿，你知道为什么在发射时宇航员要保持这样的坐姿吗？

（学生可能答不出来，教师可以告诉学生，是为了克服发射时超重现象对宇航员的身体造成的伤害.）

演示实验：两块马蹄形磁铁放在木板上留有一定距离，N、S正对面，当变速上升或变速下落时磁铁会吸在一起.

小结1：物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）小于物体受到的重力的现象称为失重现象.加速度方向向下.加速度向下时物体的运动状态分为两种情况，即减速向上或加速向下运动.

师：到此我们知道了一个概念：失重.

其实早在人们上天之前就对于失重现象进行了透彻的研究.

设问：人站在电梯中，人的质量为m.如果当电梯以加速度a加速上升时，人对地板的压力为多大？

解析：取向上为正方向，根据牛顿第二定律写出支持力F、重力G、质量m、加速度a的方程F-G＝ma，由此可得F＝G＋ma＝m（g＋a）.

人对地板的压力F′与地板对人的支持力大小相等，即F′＝m（g＋a）.由于m（g＋a）＞mg，所以当电梯加速上升时，人对地板的压力比人的重力大.

小结2：物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）大于物体受到的重力的现象称为超重现象.加速度方向向上.加速度向上时物体的运动状态分为两种情况，即加速向上运动或减速向下.

设问：人以加速度a减速上升，这时人对地板的压力又是多大？

解析：此时人对地板的压力也是小于重力的，压力大小为F＝m（g-a）.

播放超重、失重录像，研究具体原因.

1.2 经历过程，学会方法

学生实验1：同组的两位学生中，一位学生手拿弹簧测力计，下端挂一钩码，使之处于静止状态，另一位学生读出弹簧测力计的示数.注意观察接下来的实验现象，并将结果填入表格.

（1）突然向下放然后停下的过程中，弹簧测力计的示数是否变化？怎样变化？

（2）突然向上拉然后停下的过程中，弹簧测力计的示数是否变化？怎样变化？

（3）当下放和上拉的过程中钩码受到的重力有没有发生变化？弹簧测力计的示数有没有发生变化？

学生实验结果如表1所示.

表1

由学生实验结果引导学生判定超重或失重时弹力必定改变.

学生实验2：取一装满水的塑料瓶，在靠近底部的侧面打一小孔，组内一位学生让其做竖直上抛或斜抛运动，其余学生观察瓶子在空中运动过程中有没有水流出的现象.（水中添加红墨水，以便于观察）

设问：发生超重和失重现象时，物体实际受的重力是否发生了变化？

解析：重力不变.

1.3 分析论证，理解概念

小结3：由学生实验2分析，我们可以得出以下结论：“物体的加速度等于重力加速度g叫做完全失重.”

设问：由小结3可知，物体处在超重和失重过程中的重力不变，那么学生实验1中弹簧测力计的示数既然不是物体实际受到的重力大小，那么我们可以把这些看到的示数叫什么呢？

解析：我们把物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力叫做物体的视重，当物体运动状态发生变化时，视重就不再等于物体的重力，而是比重力大或小.

1.4 练习总结，深化学习

（1）要求学生独立完成当堂补充练习1～5.

（2）小结：本节课你学会了什么？

2 教学体会

“应用牛顿运动定律解决问题”的教学设计是笔者参加苏州市区“打造美妙课堂”的一节公开展示课，期间得到了校内多位同事的悉心指导和帮助，感触颇多，收获极大.

2.1 创设真实情景，获取真实体验

“应用牛顿运动定律解决问题”是知识的应用课，对学生来说是一节全新的概念课.超重、失重这两个概念的实质就是本节课的重点，而应用牛顿定律求解超重和失重问题就是本节课的难点.

在进行概念教学过程中，通过磁铁的演示实验，让学生观察实验现象，引起了学生的好奇心，利用已学的物理知识，引导学生进行理论分析，引入超重概念.

2.2 利用已有简易器材，培养学生设计实验和观察实验现象的能力

在得出超重、失重现象和加速度的关系后，还需要探究在这两种现象中物体的重力究竟有没有变，以及在这两种现象的背后究竟是什么改变了.

事先给学生准备好弹簧秤和钩码，引导学生两人一组，自己动手设计实验，并观察现象做好实验记录.根据一系列的实验现象，让学生自己对实验现象做归纳总结.

2.3 对演示实验和学生实验改进的思考

这节课一共设计了3个实验，用马蹄形磁铁演示失重现象；让学生利用弹簧秤和钩码自己动手设计实验，观察弹簧秤的示数随外界运动的改变情况；利用装满水的下端开口的瓶子的斜抛演示实验.这3个实验在一定程度上都有可探讨性.

第1个用马蹄形磁铁演示失重现象的实验，在课堂教学过程中，安排在放完视频之后，用于引入概念，引起了学生的注意力，确实收到了很好的教学效果.在分析具体原因时，只能按部就班地一步步引导为主，说明学生对利用已有知识分析新问题的能力还有所欠缺.

第2个实验是让学生自己去设计，体验.遗憾的是这一实验现象演示时间太短，学生只能观察个大概，还不能真正观察到具体的一系列运动过程中弹簧的示数.如果将这个实验改用体重计，让学生在体重计上做下蹲或站起，将摄像头直接对准了体重计的刻度盘，在大屏幕中直接投影，这样可能给学生的指针数字变化印象更清晰.

第3个实验是请学生到讲台上进行演示的.为了防止瓶子在落地的一瞬间水会大量漫出，笔者特意让班上一个投篮最好的男生进行演示，并指挥他将瓶子做斜上抛抛在4m外的一个水桶内，而让其余学生观察瓶子在空中运动的过程中是否有水漏出.为了增加演示效果，本人特意在水中加了红墨水，以增强视觉效果.但在实际的课堂里还是有所欠缺，因为是当着全班学生的面要求那位投手将瓶投入水桶中，很多学生的注意力都集中到了那个瓶子会不会扔进水桶中，而中间过程是否有水从瓶子底部流出关注不够.虽然在抛出轨迹的地面上可以证明在抛出的过程中没有水流出，但这种演示方法却缺少了可视度.

考虑到提高实验的可视性，可以对第3个实验进行一些改进.即不用斜抛，而直接改用自由落体，在瓶子的正下方相应铺上大的白纸，将瓶子下部四周开8个小孔，先用胶带封住，将装满红墨水的瓶子提升至某一高度，打开瓶盖，撕掉遮盖小孔的胶带，就会看到有8股水流流到白纸上，然后释放瓶子，直到瓶子落地停下，观察白纸上在瓶子掉落的地方有红墨水水印，而纸上除了刚刚远处的水渍之外，中间没有任何的红墨水水印，充分说明了在瓶子下落过程中没有水流出的现象.这样做有几个好处：（1）占地小，可直接在学生中间进行演示，尽可能更多地让学生观察实验；（2）演示对比效果明显，红色墨水会在白纸上留下演示，视觉效果明显；（3）大大提高了实验的成功率.

超重、失重是必修1第4章“牛顿运动定律”中第7节的2个重要概念，实践证明，通过几个简单实验，可以更好地让学生理解超重和失重的本质，而学生自己动手创设实验可以培养学习物理的兴趣和动手能力，从而启发学生运用物理思维，积极主动地利用已有知识去建构新知识.

1 张平.“弹力”的教学设计与教学体会［J］.中学物理教学参考，2012（12）：31.

2 李如虎.经历探究过程 形成科学思想——探究感应电流的产生条件的创新课堂设计［J］.物理教师，2013（11）：15.

3 鲍时荣.运用情感共鸣 打造生命化物理课堂［J］.物理教师，2013（6）：20-22.