超重和失重

第四节超重和失重内容与地位：《普通高中物理课程标准》共同必修模块“物理1”中的第二个二级主题“相互作用与运动规律”中涉及本节的内容有条目4：“。

通过实验认识超重和失重现象”。

要求学生能通过一些实验或具体的活动来了解和体验超重和失重。

本节内容是本章知识应用的一个典型的例子，其典型性表现为：其一、此现象产生原因的分析要用到牛顿第二定律，这不仅有利于学生巩固对定律的内容理解，而起额有助于培养学生学习问题的能力；其二，这是一个贴近日常生活的实际问题，学生熟悉，可亲身感受，而且充满惊奇和妙趣，能激发学生的学习兴趣和探究热情，这对于培养学生主动学习有着极其重要的引导作用，是一个很好的学习资源；其三，超重与失重现象与航空航天技术紧密相联系，对于开发空间技术有着极其重要的战略意义，让学生了解前沿科学，对于培养学生的想象力和创新思想具有重要的作用。

本课题是在学完牛顿运动定律的基础上,来探索和研究超重和失重的问题，不仅有利于学生对牛顿运动定律等前面知识的综合和深化理解，而且有助于培养学生分析问题和解决问题的能力。

对超重和失重理解可以从运动学和动力学两个角度理解：从运动学角度来看，当物体加速上升或减速下降时，物体处于超重状态；当物体加速下降或减速上升时，物体处于失重状态。

从动力学角度来看，当物体受到的合外力向上（具有向上的加速度）时，物体处于超重状态；当物体受到的合外力向下（具有向下的加速度）时，物体处于失重状态。

前者为表象，后者为本质，两者为递进关系。

超重和失重是学生生活中中比较熟悉的现象，因此教学时尽量贴近生活，从生活中来，到生活中去，教学过程中多安排学生的动手实验机会，让学生有切身的体会，同时也应安排些思考和探讨的话题，引发学生的思考和讨论，加深学生对超失重的理解。

学情分析1．学生已经学完牛顿运动定律的理论知识，但缺乏实际的应用，对概念的理解上还很抽象，通过本节课的学习，帮助学生建立一个生动活泼的场景，利于学生的理解消化，同时也立足于学以致用。

列举大量的实际例子，供学生分析解决，提高学生的能力。

2．本节课的理论知识来源于生活中的大量事例，但学生对新事物新情况了解较为片面，不能很好地由感性认识提升为理性认识，应通过本节的学习让学生掌握分析现象的一般方法，成为终身学习的基础。

一、教学目标:（一）知识与技能1．认识超重和失重现象2、知道产生超重、失重现象的条件。

2．能够运用牛顿第二定律分析超重和失重现象。

（二）过程与方法1．经历实验观察，实例探究、讨论交流的过程，体验超重与失重现象。

2、经历实验和理论探究过程，学习科学探究的方法，领略应用牛顿运动定律解决实际问题的方法。

3．使学生掌握正确观察超重和失重现象以及对该实验现象进行分析和归纳的方法；（三）情感、态度与价值观1．体会生活中的超重与失重现象，生成“学以致用”的思想，激发学生的学习热情。

2、了解一些我国航天技术的成就，激发学生对科学的兴趣和热情。

3．培养学生科学探究能力，激发成就感；养成学科学、爱科学、用科学的习惯；从探究中体验科学之美，体会合作的重要性。

【重点难点】二、教学重、难点:重点：什么是超重、失重及产生超重失重现象的条件和实质。

难点：在超重和失重的条件下，物体的实重不变产生超重失重现象的条件和实质运用牛顿第二定律和牛顿第三定律对超重现象和失重现象的实例分析。

三、教学方法讲授法和实验探究法相结合三、教学用具：弹簧秤、重锤、课件1．体重计、纸带、重锤、底部侧面开有小孔的塑料瓶（大号可乐瓶）、红墨水、水桶、水、白报纸。

2．计算机、数字展台、投影仪。

3．视频录像剪接。

四、教学过程:（一）情景引入情景1：自从人类有了最初的飞天梦想，到了宇宙飞船的飞空成功，人们对于太空的探索总是充满好奇，下面我们来看一段宇航员升空的视频。

同学们观察到什么呀？生：观察到物体在漂移。

师：很好，观察到物体在漂移，感觉物体轻飘飘的。

现实生活中你是否体会过这种轻飘飘的感觉？生：蹦极，激流勇进，电梯师：实际上这些生活中都包含着超重和失重现象。

今天我们就来认识一下超重和失重。

认识超重与失重我们必须搞懂四个问题。

1、什么是超重和失重2、什么条件下发生超重和失重？3、超重和失重的实质有何奥秘？4、超重和失重是否是重力发生变化师：接下来我们先定性演示一下。

大家看，老师这里有一个弹簧，下端挂一钩码。

弹簧处于什么状态，钩码处于什么状态？生：弹簧处于拉伸状态，钩码处于静止状态。

师：让我让钩码上下移动，同学们想想老师手会有什么感觉？生：时轻时重。

师：我们可以看到弹簧时而拉伸，时而压缩。

老师手上时轻时重。

同学们，我们现在开始上课。

首先老师想让大家看一个实验。

情景2：在纸带中间部位剪个小缺口，纸带的一端牵挂一重物，用纸带挂上重物，纸带没有断，提起重物向上匀速运动，这时候纸带没有断，然后迅速上提。

现象：纸带断了。

（纸带既然能够承受重物的重力，怎么会断呢？）情景3：播放视频：电梯的上升过程现象：在电梯上升过程，体重秤测得的体重并不是一直等于自身的实际体重（难道该学生的体重发生了改变？）这其中到底有什么奥秘呢？等学习了今天的新课——超重与失重，大家就会知道了。

（引出课题“超重和失重”）板书：６.４超重和失重（二）超重现象同学们桌上都有一个弹簧秤和一个重物，我们用弹簧秤替代刚才实验中的纸带。

在弹簧秤下端静止悬挂一重物，这时候弹簧测力计的读数是稳定的。

已知物体的质量为m，测力计的读数表示的是什么？——物体所受重力的大小。

学生活动，请某位学生来回答，并解释，老师点评。

分析：研究对象:重物状态: 静止受力分析:重物受到弹簧秤的拉力和重力，这两个力是——平衡力。

由平衡条件: T=mg弹簧秤也受到重物对它的拉力，弹簧测力计的读数是那个力的大小？测力计读数是重物对弹簧秤的拉力。

那为什么说弹簧秤的读数也表示物体所受重力的大小呢？因为根据牛顿第三定律: 即重物对弹簧秤的拉力与弹簧秤对重物的拉力T 是一对作用力与反作用力大小相等，T′=T =mg扩展:若让挂着重物的测力计缓缓地向上和向下做匀速运动，做匀速直线运动，测力计的读数有没有变化，想想这是为什么？分析：没有变化，仍是mg，因为物体仍然处于平衡状态。

所以根据平衡条件和牛三定律可知，T′=T =mg。

激疑: 那现在我们让挂着重物的测力计突然竖直向上做加速运动，同学们仔细观察在加速的瞬间测力计读数有无改变。

注意是加速的瞬间。

观察发现竖直向上加速的瞬间测力计的读数增大，这是为什么呢？分析: 就让我们一起来分析一下吧。

研究对象: 重物受力分析：重物受到重力Ｇ和测力计拉力Ｔ两个力的作用。

状态:加速上升，说明速度方向向上，加速度方向也是向上。

设加速度为ａ。

由牛顿第二定律得: 物体要产生向上的加速度，物体所受的合力方向应该向上。

设向上的方向为正方向∴T－mg = maT=mg+ma>mg。

由牛顿第三定律:重物对细线的拉力与细线对重物的拉力大小相等T′= T > mg我们从上式可以看出，当物体质量m不变，迅速向上提测力计，加速度a 越大，拉力T也就越大，物体对测力计的拉力T’也就越大，如果测力计换成纸带，这样T′很容易超过纸带所能承受的最大拉力，所以纸带会断。

师：引导学生得出：当物体具有向上的加速度时，物体对悬挂物的拉力大于物体本身的重力。

这种物体对悬挂物的拉力大于物体所受重力的现象我们就叫它为超重现象。

板书：一、超重现象师：若把弹簧秤变为升降机中的磅秤，人和升降机以加速度a向上加速同学们说一下，台秤读出的力是哪个力？是人对台秤的压力。

板书图2，已知升降机与人和磅秤具有向上的相同的加速度a，人的质量为m，哪位同学能参照上面的分析直接得出磅秤的读数？生A：板书：我们要以人为研究对象，人受到重力，和台秤对它的支持力，以加速度方向为正方向，根据牛顿第二定律，F合=N-mg=ma， N=mg+ma>mg,又由牛顿第三定律可知，台秤也受到人对它的压力，N′=-N，说明人对秤的压力大于人所受的重力师：当物体有向上的加速度的时候，T’或N’有大于和小于物体重力mg的情况，哪位同学能综合上面两例的分析结论，得出什么叫超重现象？生B：在物理学中，我们把物体对悬挂物的拉力（或对支持物的压力）大于物体重力的现象，称为超重现象。

板书：１、定义：我们把物体对悬挂物的拉力（或对支持物的压力）大于物体重力的现象。

师：只有这种向上运动的情况才能产生超重吗？物体向下运动会不会产生超重现象呢？生：减速下降也可以师：我们让电梯向下运动，但是加速度仍然向上，同学们算算看，看看还是不是超重现象。

仍然以加速度方向为正方向。

学生计算得出与加速上升相同的结果师：超重现象能不能产生与速度方向有没有关系呀？生：没有师：很好，因为我们发现无论物体向上运动和向下运动都可以产生超重现象。

那么超重是跟什么有关呢？超重产生的条件是什么呢？生：加速度方向向上。

师：很好，超重现象的产生与否是由加速度决定的，只要加速度方向是竖直向上的，就必然产生超重现象。

一个物体加速度方向向上有几种可能的情况？生：两种，加速上升和减速下降。

师：加速上升时，加速度方向竖直向上，速度方向与加速度方向相同。

减速下降时，速度方向与加速度方向相反，竖直向下。

很好，这两种情况下物体都会出现超重现象。

板书：3、条件：加速度方向竖直向上师：在超重情况下，物体本身的重力变化了吗？生：不变.因为根据G=mg,m不变g不变,所以重力也不变。

师：那是什么发生了变化生：物体对悬挂物的拉力或者对支持物的压力发生了变化师：物体对悬挂物的拉力或者物体对支持物的压力是物体的实际重力吗？还是你观察到的重力？观察到或者读出来的重力，我们把它们叫做视重。

那我们根据G=mg算出来的重力是不是物体的实际重力，是的，那我们就把它叫做视重。

视重和失重的概念不一样，只有当物体处于平衡状态时，视重的大小才会等于失重。

所以超重的实质是物体对悬挂物的拉力或者对支持物的压力发生了变化，即视重发生了变化，视重大于实重。

但是物体本身受到的重力不变。

板书：3、实质：视重>实重，实重不变（三）失重现象师：同学们有没有在游乐园乘坐过升降机，当升降机加速下降的时候，有没有一种腾云驾雾的感觉，好像心都提到了嗓子眼。

为什么有这种感觉呢？其实呢，这与失重现象有关，接下来我们就深入地学习失重现象。

板书：二、失重现象引入：情景1：自从人类有了最初的飞天梦想，到了宇宙飞船的飞空成功，人们对于太空的探索总是充满好奇，下面我们来看一段宇航员升空的视频。

同学们观察到什么呀？生：观察到物体在漂移。

师：很好，观察到物体在漂移，感觉物体轻飘飘的。

现实生活中你是否体会过这种轻飘飘的感觉？生：蹦极，激流勇进，电梯师：实际上这些生活中都包含着失重现象。

今天我们接下来就来认识一下失重现象。

前面我们用弹簧秤研究了当物体具有向上的加速度时的现象，当物体具有竖直向下的加速度a时，秤的读数又如何变化呢？请同学们再来做实验，实验的要求是：先记住钩码静止时，弹簧秤的读数和指针的位置，然后观察当钩码和弹簧秤一同加速下降的瞬间，弹簧秤的指针是上移还是下移？学生分组实验2：观察失重现象生：指针上移，说明读数变小。