4.6 超重和失重

〖教材分析〗
在過去的教材中超重和失重是以例題的形式出現，現在變為一個課時的內容，通過實驗探究才逐步得到超重和失重的概念。本節的內容又十分注重分析過程，是對前面學習牛頓定律的總結和提升。超重和失重現在已經融入生活中，注意超重和生活上的區別，教科書通過電子稱的分析使學生對超重和失重的物理內涵有更加清晰的認識。
〖教學目標與核心素養〗
物理觀念：通過實驗認識超重和失重現象。
科學思維：觀察并感受失重和超重現象。
科學探究：經歷探究產生超重和失重現象的過程，理解物理規律在生活實際中的應用。
科學態度與責任：培養學生科學探究能力，激發成就感；養成學科學、愛科學、用科學的習慣；從探究中體驗科學之美，體會合作的重要性。
〖教學重點與難點〗
重點：1、發生超重、失重現象的條件及其本質。
2、判斷超重和失重現像。
難點：超重和失重的本質。
〖教學方法〗
教師啟發引導教學與學生小組合作探究法、實驗分析相結合。
〖教學準備〗
彈簧測力計、物塊、電子稱、多媒體課件。
〖教學過程〗

一、新課引入
通過多媒體課件動圖展示：站在體重計上晃動。站在體重計上向下蹲，你會發現，在下蹲的過程中，體重計的示數先變小，后變大，再變小。當人靜止后，保持某一數值不變。這是為什么呢？
二、新課教學
（一）重力的測量
重力（體重）：由于地球的吸引而受到的力。注意區分我們平時說的重量與重力的關系，也可以這么說重量是重力的大小。
問題：怎么測量重力的大小呢？

有兩種方法，①第一種方法：公式法，由牛頓第二定律F=ma，可知F→G，a→g，這樣公式就變成G=mg。所以先測量物體做自由落體運動的加速度g，再用天平測量物體的質量m，就可以求重力了。
②第二種方法：平衡法。將待測物體懸掛或放置在測力計上，使它處于靜止狀態。這時物體所受的重力和測力計對物體的拉力或支持力的大小相等，測力計的示數反映了物體所受的重力大小。
（二）超重和失重
彈簧測力計的示數我們稱之為視重。即：物體對支持物的壓力或對懸掛物的拉力的大小。
問題：什么是超重呢？
我們平時去量體重，會有一個標準，超過標準的就是超重，或者汽車超載。但物理的超重并不是這樣的。

通過多媒體課件動圖展示：下蹲起立的過程。選取人為研究對象。人體受到重力 mg和體重計對人的支持力FN，這兩個力的共同作用使人在下蹲的過程中，先后經歷加速、減速和靜止三個階段。
①下降階段：由前面我們的解題步驟，合力這樣求
F_合=運動方向的力-反向的力
mg-F_N=ma→F_N=m（g-a）<mg
即體重計的示數所反映的視重(力)小于人所受的重力。
歸納，失重:物體對支持物的壓力（或對懸掛物的拉力）小于物體所受重力的現象。
②上升階段：F_合=運動方向的力-反向的力
F_N - mg=ma→F_N=m（g+a）>mg
即體重計的示數大于人所受的重力。
歸納，超重:物體對支持物的壓力（或對懸掛物的拉力）大于物體所受重力的現象。
當人相對于體重計靜止不動時，F_N= mg。
注意：無論是超重還是失重，都是人的一種感受，你本身的重力mg并沒有變化。

思考與討論
人站在力傳感器上完成下蹲動作。觀察計算機采集的圖線。通過多媒體課件動圖展示：下蹲起立的過程。通過分析得到起立、蹲下和靜止不動的三種情況下，所對于的超重和失重情況。
做一做

在電梯地板上獲一臺體重計，站在體重計上，觀察電梯啟動、制動和運行過程中體重計示數的變化。
通過多媒體課件動圖展示：電梯上下過程。觀察示數的變化，變大時則為超重、變小則為失重。為此總結得下圖。

電梯從低樓層出發加速上升，超重；到高樓層準備出電梯，做減速上升運動，失重；到下降的時候先是是加速下降，失重；到低樓層后減速下降，超重。
總結：高樓層不論什么運動都是失重，低樓層不論什么運動都是超重。
從加速上看，凡是加速度向上的都是超重、反之失重。
例題：設某人的質量為60kg，站在電梯內的水平地板上，當電梯以0.25 m/s²的加速度勻加速上升時，求人對電梯的壓力。g取9.8 m/s²。

分析：人站在電梯內的水平地板上，隨電梯上升程中受到兩個力的作用：重力mg和地板的支持力F_N。
按照我們以前的解題步驟來解這道題。
解：設豎直向上方向為坐標軸正方向。
F_合=運動方向的力-反向的力
F_N - mg=ma→F_N=603N
根據牛頓第三定律，人對電梯地板的壓力F_N'為
F_N'=-F =-603 N

這個結果同樣也說明了。

當F_N'>mg：超重F_N'與mg 當F_N'<mg：失重
特別：當a= g,F_N'=0時：完全失重

當升降機以加速度 a = g 豎直加速下降時，物體對支持物的壓力或對懸掛物的拉力（視重）為零的現象。叫做完全失重。
我們平時的跳躍在腳離地后也是完全失重，在太空當中也是如此。
實際中有許多領域涉及超重和失重現象。
例如，火箭發射時向上的加速度很大，火箭底部所承受的壓力要比靜止時大得多。通過多媒體課件動圖展示：火箭發射。

航天器內的物體將處于完全失重狀態。完全失重時，物體將飄浮在空中，液滴呈球形。動圖展示劉亞平的水球實驗。
超重和失重現象在實際中還有許多，請你通過讀書、上網、請教專業人員等多種途徑進一步學習和了解。
〖板書設計〗
4.6超重和失重
一、重力的測量
重力(體重）：由于地球的吸引而受到的力。
①第一種方法：公式法，G=mg
②第二種方法：平衡法，F_拉=mg
二、超重和失重
①視重：體重計的示數
即：物體對支持物的壓力或對懸掛物的拉力的大小。
②失重：物體對支持物的壓力（或對懸掛物的拉力）小于物體所受重力的現象。
③超重：物體對支持物的壓力（或對懸掛物的拉力）大于物體所受重力的現象。
〖教學反思〗
< >本課程在探討超重和失重的定義時顯得不夠自然流暢，有許多生疏的地方。所以在考試以后上課先做電梯實驗和下蹲實驗，這樣由現象進入本質，再對其進行受力分析，得出加速度的方向，從而總結概括出超重和失重的概念。2、通過生活的實驗培養學生科學探究能力，激發成就感；養成學科學、愛科學、用科學的習慣；從探究中體驗科學之美，體會合作的重要性。最后通過太空實驗，來展示未來的暢想。

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4.6 超重和失重— 【新教材】人教版(2019)高中物理必修第一冊教案

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