高中物理人教版 (2019)必修 第一册6 超重和失重教案设计

导入新课

做一做：用手迅速向上提起重物观察秤的示数，当物体静止后观察秤的示数，你发现示数相同吗？这是为什么呢？

出示图片

参考答案:示数不相同，用手迅速向上提起重物时示数较大。

这一现象就与我们今天要学习的超重和失重现象有关。

学生动手操作并观察示数

体会视重与物体的加速度有关，引出本节课题超重和失重。

讲授新课

一、重力的测量

1.重力：由于地球的吸引而使物体受到的力  G=mg（实重）。

2.重力的称量

（1）视重：测量仪器显示的读数，是指物体对台秤的压力或对弹簧秤的拉力。

（2）测量重力常用的两种方法

一种方法是，先测量物体做自由落体运动的加速度 g，再用天平

测量物体的质量，利用牛顿第二定律可得

G ＝ mg。

另一种方法是，利用力的平衡条件对重力进行测量。

根据二力平衡的原理：物体受到的重力G=台秤对物体的支持力F；根据牛顿第三定律：物体对台秤的压力F'和台秤对物体的支持力F是一对作用力和反作用力。因此物体的重力G=物体对台秤的压力F'(数值上）这是测量重力最常用的方法。

二、超重和失重

1.超重：物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力大于物体所受重力的现象（视重>实重）。

2.失重：物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力小于物体所受重力的现象（视重<实重）。

思考讨论：人站在体重计上向下蹲的过程中，为什么体重计的示数会变化呢？

分析：体重计的示数称为视重，反映了人对体重计的压力。

根据牛顿第三定律，人对体重计的压力与体重计对人的支持力 F N 大小相等，方向相反。

解析：选取人为研究对象。人体受到重力 mg 和体重计对人的支持力 FN ，这两个力的共同作用使人在下蹲的过程中，先后经历加速、减速和静止三个阶段。

（1）人加速向下运动

设竖直向下方向为坐标轴正方向，如图所示

根据牛顿第二定律，有

mg － FN ＝ ma

FN ＝ m（g － a）< mg

即体重计的示数所反映的视重（力）小于人所受的重力,所以属于失重现象。

α 向下    视重 < 重力   失重现象

（2）人减速向下运动

如图所示：

加速度方向与运动方向相反，有

mg － FN ＝－ ma

FN ＝ m（g ＋ a）> mg

此时，体重计的示数大于人受到的重力。

所以属于超重现象。

α 向上  视重 > 重力  超重现象

（3）人静止时，受力分析如图：

根据二力平衡的原理：F N ＝ mg

教师总结：人站在体重计上向下蹲，体重计的示数先变小，后变大，再变小，最后保持不变。

思考与讨论：图线显示的是某人站在力传感器上，先“下蹲”后“站起”过程中力传感器的示数随时间的变化情况。请你分析力传感器上的人“站起”和下蹲过程中超重和失重的情况。

     出示图片：在体重计上的人

参考答案：起立时先超重后失重，F先大于500N，后小于500N；

下蹲时，先失重后超重，F先小于500N，后大于500N；

思考讨论：人的运动状态对体重计上显示出的结果是有影响的。那么，如果站在体重计上的人既不蹲下，也不站起，体重计上的示数就不会变吗？

参考答案：站在体重计上的人既不蹲下，也不站起，但如果把体重计放在加速下降或上升的电梯中，体重计上的示数就会变化。

做一做：在电梯地板上放一台体重计。站在体重计上，观察电梯启动、制动和运行过程中体重计示数的变化。

电梯加速上升     电梯减速下降

体重计示数变大，属于超重现象。

α 向上  视重 > 重力  超重现象

电梯加速下降       电梯减速上升

体重计示数变小，属于矢重现象。

α 向下    视重 < 重力   失重现象

电梯匀速运行过程中（a=0）： F N ＝ mg

【例题】设某人的质量为 60 kg，站在电梯内的水平地板上，当电梯以 0.25 m/s2 的加速度匀加速上升时，求人对电梯的压力。g 取 9.8 m/s2 。

分析： 人站在电梯内的水平地板上，随电梯上升过程中受到两个力的作用：重力 mg 和地板的支持力 FN ，受力分析如图所示。

解: 设竖直向上方向为坐标轴正方向。

根据牛顿第二定律，有

FN － mg ＝ ma

FN ＝ m（g ＋ a）＝ 60×（9.8 ＋ 0.25）N ＝ 603 N

根据牛顿第三定律，人对电梯地板的压力 FN ′为

FN ＝－F N ＝－ 603 N

人对电梯的压力大小为 603 N，方向竖直向下。

这个结果说明

（1）当人与电梯共同向上加速或向下减速运动时，F N > G，人对电梯的压力将大于人所受的重力，出现超重现象。

（2）当人与电梯共同加速下降或减速上升时，F N < G，人对电梯的压力将小于人的重力，出现失重现象。

处理这类问题的一般思路:

1、确定研究对象；

2、对研究对象进行受力分析并规定正方向。

3、根据牛顿第二定律列出方程或方程组；

4、求解方程，并对结果做必要说明。

针对练习：电梯里有一台秤，台秤上放一个质量为m=10kg的物体，当电梯静止时，台秤的示数是多少？当电梯以大小为3m/s2的加速度匀减速上升时，台秤的示数又是多少？（g=10m/s2）

参考答案：当电梯静止时，台称的示数为100N，当电梯以大小为3m/s2的加速度匀减速上升时，台秤的示数是70N。

三、完全失重

1、完全失重：压力（或拉力）等于0，具有向下的加速度a，且a=g=9.8m/s2这种现象被叫作完全失重状态。

出示图片：航天器

航天器在太空轨道上绕地球或其他天体运行时，航天器内的物体将处于完全失重状态。

【例题】已知人的质量为50kg，若该人和电梯一起自由下落，台秤的示数是多少？

解：对人进行受力分析设竖直向下方向为坐标轴正方向

有牛顿第二定律得：mg-FN=ma

因为自由下落所以：a=g

代入得：FN=0

根据牛顿第三定律，人对台秤的的压力 FN ′为：

FN ′ ＝－F N ＝0

台秤的示数是0。

当物体向下的加速度a=g时,物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）将等于零,这种状态称为完全失重现象。

完全失重时，物体将飘浮在空中，液滴呈球形，气泡在液体中将不会上浮，走路时稍有不慎，将会“上不着天，下不着地”……

出事图片：航天员在天宫二号上展示水球的实验

2、完全失重的状态下所有和重力有关的仪器都无法使用！

出示图片：弹簧秤

弹簧测力计无法测量物体的重力，但仍能测量拉力或压力的大小。

出示图片：天平

无法用天平测量物体的质量

四、发射航天器的超重现象

1、火箭发射

火箭发射时向上的加速度很大，火箭底部所承受的压力要比静止时大得多。

F N > mg

2、载人航天

如果是载人航天，在火箭发射阶段，航天员要承受数倍于自身体重的压力。只有很好地研究材料、机械结构、人体自身所能承受的压力问题，才能使火箭成功发射、航天员顺利飞向太空。

F N > mg

课堂练习

1、一个质量为50 kg的人,站在竖直向上运动着的升降机地板上。他看到升降机上挂着一个重物的弹簧测力计的示数为40 N,该重物的质量为5 kg。这时人对升降机地板的压力是—————— N。

(g取10 m/s2)

【答案】400

2. 下列四个实验中,能在绕地球飞行的太空实验舱中完成的是 (　　)

 A. 用天平测量物体的质量            

 B. 用弹簧测力计测物体的重力            

 C. 用温度计测太空实验舱内的温度            

 D. 用水银气压计测太空实验舱内气体的压强            

【答案】C

3、一人站在体重计上,在他蹲下到停止的过程中,体重计的示数 (　　)

 A. 先小于体重,后大于体重,最后等于体重            

 B. 先大于体重,后小于体重,最后等于体重            

 C. 先小于体重,后等于体重            

 D. 先大于体重,后等于体重            

【答案】A

4、一质量为m的人站在电梯中,电梯加速上升,加速度大小为g/3,g为重力加速度,人对电梯底部的压力为 (　　)

A.mg/3           

B. 2mg            

C. mg            

D. 4mg/3

【答案】D

拓展提高

1、下列说法正确的是 (　　)

 A. 体操运动员双手握住单杠吊在空中不动时处于失重状态            

 B. 蹦床运动员在空中上升和下落过程中都处于失重状态            

 C. 举重运动员在举起杠铃后不动的那段时间内处于超重状态            

 D. 游泳运动员仰卧在水面静止不动时处于失重状态            

【答案】B

2、. 下列关于超重和失重的说法中,正确的是 (　　)

 A. 物体处于超重状态时,其重力增大了            

 B. 物体处于完全失重状态时,其重力为零            

 C. 物体处于超重或失重状态时,其惯性比物体处于静止状态时增大或减小了            

 D. 物体处于超重或失重状态时,其质量及受到的重力都没有变化            

【答案】D

3、在太空站的完全失重环境中，下列仪器能继续使用的是(    )

1. 水银气压计            

B. 体重计            

C. 打点计时器            

D. 天平            

【答案】C

阅读课文说出

测量重力常用的两种方法

记忆理解超重和失重的概念

学生分析加速、减速和静止三个阶段的超重和失重现象。

学生观察图中曲线分析力传感器上的人“站起”和下蹲过程中超重和失重的情况。

学生思考讨论

课下让学生切身体验超重和失重

在教师引导下

计算人对电梯的压力

学生练习

学生练习

阅读课文了解太空中完全失重的现象

学生阅读课文

学生练习

锻炼学生的自主学习能力

为下面研究超重和失重打下基础

掌握加速度向下失重现象；加速度向上超重现象

深刻理解超重和失重的情况

拓展学生的思维

掌握超重和失重的四种情况

掌握解题的一般思路

巩固解这类问题的思路步骤

巩固理解完全失重的概念

锻炼学生的自主学习能力

了解发射航天器的超重现象

巩固本节知识

课堂小结

1、超重：压力（或拉力）大于重力，具有向上的加速度；

失重：与超重刚好相反。

2、完全失重：压力（或拉力）等于0，具有向下的加速度a，且a=g=9.8m/s2    

3、物体是超重还是失重是由α的方向来判定的，与v方向无关。不论物体处于超重还是失重状态，重力不变。

α 向上     视重 > 重力  超重现象；

α 向下     视重 < 重力   失重现象；

α=g      视重 =0     完全失重。

梳理自己本节所学知识进行交流

根据学生表述，查漏补缺，并有针对性地进行讲解补充。

板书

一、重力的测量

测量重力常用的两种方法:一种方法利用牛顿第二定律G ＝ mg

另一种方法是，利用力的平衡条件对重力进行测量。

二、超重和失重

1.超重：α 向上  视重 > 重力  超重现象

2.失重：视α 向下 视重 < 重力  失重现象

三、完全失重

向下的加速度a=g时,物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）将等于零。

四、航天器的超重现象

1、火箭发射

2、载人航天发射