沈 磊

（蘇州市第一中學(xué)校，江蘇 蘇州 215005）

1 教學(xué)過程

1.1 提出問題，導(dǎo)入新課

問題1：如圖1，哪位物理學(xué)家是繼愛因斯坦之后最偉大的物理學(xué)家，并且是《時(shí)間簡(jiǎn)史》的作者.

PPT展示：斯蒂芬·霍金.

圖1

圖2

問題2：圖2中展示的是2007年4月26日，英國(guó)科學(xué)家霍金在大西洋上空的一架飛機(jī)中體驗(yàn)的一種現(xiàn)象.事后他表示這感覺很令人驚奇.請(qǐng)問他體驗(yàn)的是一種什么物理現(xiàn)象？

PPT展示：霍金體驗(yàn)的這種現(xiàn)象叫失重（學(xué)生下課后可以上網(wǎng)查一查上述兩方面的資料，開闊眼界）.

如圖3，中國(guó)宇航員翟志剛出艙活動(dòng)（教師著重強(qiáng)調(diào)翟志剛的漂浮也是一種失重）

圖3

圖4

問題3：根據(jù)給出的圖4提問：

（1）在這幅圖片中你能觀察到失重現(xiàn)象嗎？（漂浮的本子）

（2）這幅圖是神舟七號(hào)剛進(jìn)入預(yù)定軌道時(shí)拍攝的.圖中宇航員還保持著發(fā)射時(shí)的坐姿，你知道為什么在發(fā)射時(shí)宇航員要保持這樣的坐姿嗎？

（學(xué)生可能答不出來，教師可以告訴學(xué)生，是為了克服發(fā)射時(shí)超重現(xiàn)象對(duì)宇航員的身體造成的傷害.）

演示實(shí)驗(yàn)：兩塊馬蹄形磁鐵放在木板上留有一定距離，N、S正對(duì)面，當(dāng)變速上升或變速下落時(shí)磁鐵會(huì)吸在一起.

小結(jié)1：物體對(duì)支持物的壓力（或?qū)覓煳锏睦Γ┬∮谖矬w受到的重力的現(xiàn)象稱為失重現(xiàn)象.加速度方向向下.加速度向下時(shí)物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分為兩種情況，即減速向上或加速向下運(yùn)動(dòng).

師：到此我們知道了一個(gè)概念：失重.

其實(shí)早在人們上天之前就對(duì)于失重現(xiàn)象進(jìn)行了透徹的研究.

設(shè)問：人站在電梯中，人的質(zhì)量為m.如果當(dāng)電梯以加速度a加速上升時(shí)，人對(duì)地板的壓力為多大？

解析：取向上為正方向，根據(jù)牛頓第二定律寫出支持力F、重力G、質(zhì)量m、加速度a的方程F-G＝ma，由此可得F＝G＋ma＝m（g＋a）.

人對(duì)地板的壓力F′與地板對(duì)人的支持力大小相等，即F′＝m（g＋a）.由于m（g＋a）＞mg，所以當(dāng)電梯加速上升時(shí)，人對(duì)地板的壓力比人的重力大.

小結(jié)2：物體對(duì)支持物的壓力（或?qū)覓煳锏睦Γ┐笥谖矬w受到的重力的現(xiàn)象稱為超重現(xiàn)象.加速度方向向上.加速度向上時(shí)物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分為兩種情況，即加速向上運(yùn)動(dòng)或減速向下.

設(shè)問：人以加速度a減速上升，這時(shí)人對(duì)地板的壓力又是多大？

解析：此時(shí)人對(duì)地板的壓力也是小于重力的，壓力大小為F＝m（g-a）.

播放超重、失重錄像，研究具體原因.

1.2 經(jīng)歷過程，學(xué)會(huì)方法

學(xué)生實(shí)驗(yàn)1：同組的兩位學(xué)生中，一位學(xué)生手拿彈簧測(cè)力計(jì)，下端掛一鉤碼，使之處于靜止?fàn)顟B(tài)，另一位學(xué)生讀出彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù).注意觀察接下來的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并將結(jié)果填入表格.

（1）突然向下放然后停下的過程中，彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)是否變化？怎樣變化？

（2）突然向上拉然后停下的過程中，彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)是否變化？怎樣變化？

（3）當(dāng)下放和上拉的過程中鉤碼受到的重力有沒有發(fā)生變化？彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)有沒有發(fā)生變化？

學(xué)生實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示.

表1

由學(xué)生實(shí)驗(yàn)結(jié)果引導(dǎo)學(xué)生判定超重或失重時(shí)彈力必定改變.

學(xué)生實(shí)驗(yàn)2：取一裝滿水的塑料瓶，在靠近底部的側(cè)面打一小孔，組內(nèi)一位學(xué)生讓其做豎直上拋或斜拋運(yùn)動(dòng)，其余學(xué)生觀察瓶子在空中運(yùn)動(dòng)過程中有沒有水流出的現(xiàn)象.（水中添加紅墨水，以便于觀察）

設(shè)問：發(fā)生超重和失重現(xiàn)象時(shí)，物體實(shí)際受的重力是否發(fā)生了變化？

解析：重力不變.

1.3 分析論證，理解概念

小結(jié)3：由學(xué)生實(shí)驗(yàn)2分析，我們可以得出以下結(jié)論：“物體的加速度等于重力加速度g叫做完全失重.”

設(shè)問：由小結(jié)3可知，物體處在超重和失重過程中的重力不變，那么學(xué)生實(shí)驗(yàn)1中彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)既然不是物體實(shí)際受到的重力大小，那么我們可以把這些看到的示數(shù)叫什么呢？

解析：我們把物體對(duì)支持物的壓力或?qū)覓煳锏睦凶鑫矬w的視重，當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，視重就不再等于物體的重力，而是比重力大或小.

1.4 練習(xí)總結(jié)，深化學(xué)習(xí)

（1）要求學(xué)生獨(dú)立完成當(dāng)堂補(bǔ)充練習(xí)1～5.

（2）小結(jié)：本節(jié)課你學(xué)會(huì)了什么？

2 教學(xué)體會(huì)

“應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解決問題”的教學(xué)設(shè)計(jì)是筆者參加蘇州市區(qū)“打造美妙課堂”的一節(jié)公開展示課，期間得到了校內(nèi)多位同事的悉心指導(dǎo)和幫助，感觸頗多，收獲極大.

2.1 創(chuàng)設(shè)真實(shí)情景，獲取真實(shí)體驗(yàn)

“應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解決問題”是知識(shí)的應(yīng)用課，對(duì)學(xué)生來說是一節(jié)全新的概念課.超重、失重這兩個(gè)概念的實(shí)質(zhì)就是本節(jié)課的重點(diǎn)，而應(yīng)用牛頓定律求解超重和失重問題就是本節(jié)課的難點(diǎn).

在進(jìn)行概念教學(xué)過程中，通過磁鐵的演示實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，引起了學(xué)生的好奇心，利用已學(xué)的物理知識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行理論分析，引入超重概念.

2.2 利用已有簡(jiǎn)易器材，培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的能力

在得出超重、失重現(xiàn)象和加速度的關(guān)系后，還需要探究在這兩種現(xiàn)象中物體的重力究竟有沒有變，以及在這兩種現(xiàn)象的背后究竟是什么改變了.

事先給學(xué)生準(zhǔn)備好彈簧秤和鉤碼，引導(dǎo)學(xué)生兩人一組，自己動(dòng)手設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，并觀察現(xiàn)象做好實(shí)驗(yàn)記錄.根據(jù)一系列的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，讓學(xué)生自己對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象做歸納總結(jié).

2.3 對(duì)演示實(shí)驗(yàn)和學(xué)生實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的思考

這節(jié)課一共設(shè)計(jì)了3個(gè)實(shí)驗(yàn)，用馬蹄形磁鐵演示失重現(xiàn)象；讓學(xué)生利用彈簧秤和鉤碼自己動(dòng)手設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，觀察彈簧秤的示數(shù)隨外界運(yùn)動(dòng)的改變情況；利用裝滿水的下端開口的瓶子的斜拋演示實(shí)驗(yàn).這3個(gè)實(shí)驗(yàn)在一定程度上都有可探討性.

第1個(gè)用馬蹄形磁鐵演示失重現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)，在課堂教學(xué)過程中，安排在放完視頻之后，用于引入概念，引起了學(xué)生的注意力，確實(shí)收到了很好的教學(xué)效果.在分析具體原因時(shí)，只能按部就班地一步步引導(dǎo)為主，說明學(xué)生對(duì)利用已有知識(shí)分析新問題的能力還有所欠缺.

第2個(gè)實(shí)驗(yàn)是讓學(xué)生自己去設(shè)計(jì)，體驗(yàn).遺憾的是這一實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象演示時(shí)間太短，學(xué)生只能觀察個(gè)大概，還不能真正觀察到具體的一系列運(yùn)動(dòng)過程中彈簧的示數(shù).如果將這個(gè)實(shí)驗(yàn)改用體重計(jì)，讓學(xué)生在體重計(jì)上做下蹲或站起，將攝像頭直接對(duì)準(zhǔn)了體重計(jì)的刻度盤，在大屏幕中直接投影，這樣可能給學(xué)生的指針數(shù)字變化印象更清晰.

第3個(gè)實(shí)驗(yàn)是請(qǐng)學(xué)生到講臺(tái)上進(jìn)行演示的.為了防止瓶子在落地的一瞬間水會(huì)大量漫出，筆者特意讓班上一個(gè)投籃最好的男生進(jìn)行演示，并指揮他將瓶子做斜上拋拋在4m外的一個(gè)水桶內(nèi)，而讓其余學(xué)生觀察瓶子在空中運(yùn)動(dòng)的過程中是否有水漏出.為了增加演示效果，本人特意在水中加了紅墨水，以增強(qiáng)視覺效果.但在實(shí)際的課堂里還是有所欠缺，因?yàn)槭钱?dāng)著全班學(xué)生的面要求那位投手將瓶投入水桶中，很多學(xué)生的注意力都集中到了那個(gè)瓶子會(huì)不會(huì)扔進(jìn)水桶中，而中間過程是否有水從瓶子底部流出關(guān)注不夠.雖然在拋出軌跡的地面上可以證明在拋出的過程中沒有水流出，但這種演示方法卻缺少了可視度.

考慮到提高實(shí)驗(yàn)的可視性，可以對(duì)第3個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行一些改進(jìn).即不用斜拋，而直接改用自由落體，在瓶子的正下方相應(yīng)鋪上大的白紙，將瓶子下部四周開8個(gè)小孔，先用膠帶封住，將裝滿紅墨水的瓶子提升至某一高度，打開瓶蓋，撕掉遮蓋小孔的膠帶，就會(huì)看到有8股水流流到白紙上，然后釋放瓶子，直到瓶子落地停下，觀察白紙上在瓶子掉落的地方有紅墨水水印，而紙上除了剛剛遠(yuǎn)處的水漬之外，中間沒有任何的紅墨水水印，充分說明了在瓶子下落過程中沒有水流出的現(xiàn)象.這樣做有幾個(gè)好處：（1）占地小，可直接在學(xué)生中間進(jìn)行演示，盡可能更多地讓學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)；（2）演示對(duì)比效果明顯，紅色墨水會(huì)在白紙上留下演示，視覺效果明顯；（3）大大提高了實(shí)驗(yàn)的成功率.

超重、失重是必修1第4章“牛頓運(yùn)動(dòng)定律”中第7節(jié)的2個(gè)重要概念，實(shí)踐證明，通過幾個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)，可以更好地讓學(xué)生理解超重和失重的本質(zhì)，而學(xué)生自己動(dòng)手創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)可以培養(yǎng)學(xué)習(xí)物理的興趣和動(dòng)手能力，從而啟發(fā)學(xué)生運(yùn)用物理思維，積極主動(dòng)地利用已有知識(shí)去建構(gòu)新知識(shí).

1 張平.“彈力”的教學(xué)設(shè)計(jì)與教學(xué)體會(huì)［J］.中學(xué)物理教學(xué)參考，2012（12）：31.

2 李如虎.經(jīng)歷探究過程 形成科學(xué)思想——探究感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件的創(chuàng)新課堂設(shè)計(jì)［J］.物理教師，2013（11）：15.

3 鮑時(shí)榮.運(yùn)用情感共鳴 打造生命化物理課堂［J］.物理教師，2013（6）：20-22.