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高中物理鲁科版 (2019)必修 第一册第5节 超重与失重教案设计
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这是一份高中物理鲁科版 (2019)必修 第一册第5节 超重与失重教案设计，共8页。教案主要包含了教学目标，核心素养目标，教学重难点，教学过程，新课导入，合作探究，探究导入，探究归纳等内容，欢迎下载使用。
【教学目标】
1．知道超重、失重和完全失重现象。
2．理解产生超重、失重现象的条件及其实质。
3．能够运用牛顿运动定律分析超重和失重现象。
【核心素养目标】
物理观念：1．知道超重、失重、完全失重的概念
2．理解超、失重并不是重力真的发生变化
科学思维：1．能全方位判断某过程是超重状态还是失重状态；
2．会根据示数大小判断超失重
科学态度与责任：利用完全失重相关知识点可以解释太空中的相关现象
【教学重难点】
1．理解超、失重并不是重力真的发生变化
2．能全方位判断某过程是超重状态还是失重状态并会根据示数大小判断超失重
3．利用完全失重相关知识点可以解释太空中的相关现象
【教学过程】
【新课导入】
教师提问激疑：当你乘坐游乐场的游乐装置加速下降时，好像心都提到了嗓子眼，这是为什么？宇宙飞船升空时，航天员要平躺着，而且会感觉胸部受到压力，这又是为什么？
过渡：这节课我们将通过牛顿运动定律来理解超重和失重现象。
必备知识•素养奠基
一、超重现象
1．定义：物体对悬挂物的拉力（或对支持物的压力）大于物体所受重力的现象称为超重现象。
2．产生条件：物体具有向上的加速度。
3．运动类型：超重物体做向上的加速或向下的减速。
教师引导学生阅读教材后进行判断：
[判断正误]
（1）物体处于超重状态时，一定向上运动。（ ）
（2）物体处于超重状态时，可能向下运动。（ ）
（3）物体处于超重状态时，是指物体的重力增大了。（ ）
二、失重现象
1．定义：物体对悬挂物的拉力（或对支持物的压力）小于物体所受重力的现象。
2．产生条件：物体具有向下的加速度。
3．运动类型：失重物体做向上的减速或向下的加速。
4．完全失重：
（1）定义：物体对悬挂物的拉力（或对支持物的压力）等于零的状态。
（2）产生条件：物体竖直向下的加速度等于0。
（3）所有的抛体运动，在不计阻力的情况下，都处于完全失重状态。
[判断正误]
（1）只要物体向下运动，就会引起失重现象。（ ）
（2）物体在完全失重的条件下，对支持它的支撑面压力为零。（ ）
（3）物体完全失重时，不受重力作用。（ ）
（4）物体处于失重状态时重力减小了。（ ）
（5）做自由落体运动的物体处于完全失重状态。（ ）
【合作探究】要点一：超重、失重现象的理解
【探究导入】如图所示，找一个用过的易拉罐、金属罐头盒或塑料瓶，在靠近底部的侧面打一个洞，用手指按住洞，在里面装上水。
（1）移开手指，水就从洞中射出来，这是为什么？
（2）如果放开手，让瓶子自由落下，在下落的过程中，水将不再从洞中射出，实际做一做，观察所产生的现象．怎样解释这一现象？
提示：（1）水能从洞中流出的原因是因为水能产生压力，静止时，洞之上的水产生的压力把洞附近的水压出。
（2）在瓶子自由落下的过程中，水处于完全失重状态，洞附近的水不再受压力，所以水将不再从洞中射出。
【探究归纳】
1．重力与视重
（1）重力：物体所受重力不会因物体运动状态的改变而变化。
（2）视重：当物体竖直悬挂在弹簧测力计下或放在水平台秤上时，弹簧测力计或台秤的示数称为“视重”，大小等于弹簧测力计所受的拉力或台秤所受的压力。
2．超重和失重的理解与判断
（1）当视重与物体的重力不同时，即发生了超重或失重现象。
（2）判断物体超重与失重的方法
①从受力的角度判断：
超重：物体所受向上的拉力（或支持力）大于重力。
失重：物体所受向上的拉力（或支持力）小于重力。
②从加速度的角度判断：
当物体的加速度方向向上（或竖直分量向上）时，处于超重状态。
当物体的加速度方向向下（或竖直分量向下）时，处于失重状态。
[易错提醒]
1．超重与失重现象仅仅是一种表象，只是拉力或压力的增大或减小，物体的重力大小是不变的。
2．物体处于超重状态时，不一定是向上加速运动，也可能是向下减速运动；同理，物体处于失重状态时，不一定是向下加速运动，也可能是向上减速运动。
3．在完全失重状态下，平常由重力产生的一切物理现象都会消失，比如液体对器壁没有压强、浸在水中的物体不受浮力等。工作原理与重力有关的仪器也不能再使用，如天平、液体气压计等。
[典例1]关于超重和失重，下列说法正确的是（ ）
A．物体处于超重时，物体一定在上升
B．物体处于失重状态时，物体可能在上升
C．物体处于完全失重时，地球对它的引力就消失了
D．物体在完全失重时，它所受到的合外力为零
[解析]物体处于超重时，具有向上的加速度，但其运动方向不确定，可能向上加速，也可能向下减速，A错误；物体处于失重或者是完全失重状态时，具有向下的加速度，可能向下加速，也可能向上减速，B正确；完全失重时，物体仍受到地球对它的吸引力，即受到重力的作用，合外力不为零，C、D错误。
要点二用牛顿运动定律分析超重和失重现象
[探究导入]如图所示，某人乘坐电梯正在向上运动。
（1）电梯启动瞬间加速度方向向哪？人受到的支持力比其重力大还是小？若此时加速度大小为A，则人受到的支持力是多大？
（2）电梯将要到达目的地减速运动时加速度方向向哪？人受到的支持力比其重力大还是小？若此时加速度大小为A，则人受到的支持力是多大？
提示：（1）电梯启动瞬间加速度方向向上，人受到的合力方向向上，所以支持力大于重力；设人受到的支持力为N，由牛顿第二定律可得。
（2）减速运动时，因速度方向向上，故加速度方向向下，即人受到的合力方向向下，支持力小于重力。设人受到的支持力为，由牛顿第二定律可得。
[典例2]质量是的人站在升降机中的体重计上，当升降机做下列各种运动时，体重计的读数是多少？（g取）
（1）升降机匀速上升；
（2）升降机以的加速度匀加速上升；
（3）升降机以的加速度匀减速上升或匀加速下降。
[思路点拨]解此题关注两点
（1）以人为研究对象进行受力分析，根据牛顿第二定律列方程求解。
（2）由牛顿第三定律知，人受到的支持力与人对体重计的压力大小相等，所以体重计的读数等于人受到的支持力的大小。
[方法技巧]
解决超重、失重问题的基本方法
（1）明确研究对象，进行受力分析。
（2）判断加速度的方向，并建立合理的坐标轴。
（3）应用牛顿第二定律列出方程。
（4）代入数据求解，必要时进行讨论。
【课堂素养达标检测】
1．关于超重和失重，下列说法中正确的是（ ）
A．超重就是物体所受的重力增加了
B．失重就是物体所受的重力减少了
C．完全失重就是物体一点重力都没有了
D．不论超重、失重或完全失重，物体所受的重力是不变的
解析：超重、失重现象中物体所受的重力并没有改变，变化的是物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）。
答案：D
2．（多选）人造卫星、宇宙飞船、航天飞机等航天器进入轨道后，其中人和物体都处于完全失重状态，这种状态下，不能做的实验是（ ）
A．液体的对流实验
B．用弹簧测力计测力
C．用托里拆利管测舱内的气压
D．用天平测物体的质量
解析：在太空舱内处于完全失重状态，所以任何物体将不再对它的支持面有压力和对悬挂它的物体有拉力．所以，弹簧测力计不能用来测物体重力，但是仍可以用来测力．天平不能测物体的质量；托里拆利管不能测气压；密度大的物体将不能下沉，密度小的部分也不能上浮，所以对流实验也不能进行。
答案：ACD
3.（2019·湖南衡阳一中高一上学期期末考试）某同学站在电梯底板上，电梯在某一段时间内速度变化的情况如图所示（竖直向上为正方向）。根据图像提供的信息，可以判断下列说法中正确的是（ ）
A．在内，电梯向上运动，该同学处于超重状态
B．在内，电梯在加速上升，该同学处于失重状态
C. 在内，电梯处于静止状态，该同学对电梯底板的压力等于他所受的重力
D．在内，电梯在减速上升，该同学处于失重状态
解析：图像的斜率表示加速度，故内斜率为正，加速度为正，方向向上，处于超重状态，速度为正，即电梯向上加速运动；在过程中，电梯匀速，该同学加速度为零，该同学对电梯底板的压力等于他所受的重力，处于正常状态；过程中，斜率为负，速度为正，即电梯向上做减速运动，加速度向下，处于失重状态，D正确。
答案：D
4．“蹦极”就是跳跃者把一端固定的长弹性绳绑在踝关节等处，从几十米高处跳下的一种极限运动。某人做蹦极运动，所受绳子拉力F的大小随时间t变化的情况如图所示。将蹦极过程近似为在竖直方向的运动，重力加速度为g。据图可知，此人在蹦极过程中的最大加速度约为（ ）
A．gB．
C．D．
解析：由图像可知，绳子最大拉力为，最大加速度，B正确。
答案：B
5.（多选）原来做匀速运动的升降机内，有一被伸长弹簧拉住的、具有一定质量的物体A静止在地板上，如图所示。现发现A突然被弹簧拉向右方。由此可判断，此时升降机的运动情况可能是（ ）
A．加速上升B．减速上升
C．加速下降D．减速下降
解析：当升降机匀速运动时，地板对物体施加的静摩擦力与弹簧的弹力平衡，且该静摩擦力小于或等于最大静摩擦力。当升降机有向下的加速度时，物体对地板的正压力必然会减小，则物体与地板之间的最大静摩擦力也会减小，而弹簧的弹力并未改变，故在这种情况下A将被拉向右方。B、C两选项中电梯的加速度是向下的，符合题意。
答案：BC
6．（多选）如图所示，斜面体M始终处于静止状态，当物体m沿斜面下滑时，下列说法正确的是（ ）
A．匀速下滑时，M对地面的压力等于
B．加速下滑时，M对地面的压力小于
C．匀减速下滑时，M对地面的压力大于
D．M对地面的压力始终等于
解析：物体加速下滑时整个系统有竖直向下的加速度分量而出现失重现象，故B正确；物体匀减速下滑时系统存在竖直向上的加速度分量，处于超重状态，故C正确；匀速下滑时系统处于平衡状态，故A正确。
答案：ABC
7．如图所示，台秤上放置盛水的杯子，杯底用细线系一木质小球，若细线突然断裂，则在小木球上浮到水面的过程中，台秤的示数将（ ）
A．变小B．变大
C．不变D．无法判断
解析：将容器和木球视为整体，整体受台秤竖直向上的支持力和竖直向下的重力。当细线被剪断后，其实际效果是：在木球向上加速运动的同时，木球上方与木球等体积的水球，将以同样大小的加速度向下加速流动，从而填补了木球占据的空间，由，水球的质量大于木球的质量，故木球和水组成系统的重心有向下的加速度，整个系统将处于失重状态，故台秤的示数将变小，正确答案为A。
答案：A
8.如图所示，一个质量的人站在升降机的地板上，升降机的顶部悬挂了一只弹簧测力计，测力计下挂着一个质量的物体A。当升降机向上运动时，她看到弹簧测力计的示数为，g取，求：
（1）升降机的加速度；
（2）此时人对地板的压力。
解析：（1）对A受力分析，根据牛顿第二定律得
得，则升降机的加速度为，方向竖直向下．
（2）对人分析，根据牛顿第二定律得：
解得：，
则由牛顿第三定律知人对升降机地板的压力大小为，方向竖直向下．
答案：（1），方向竖直向下
（2），方向竖直向下
【教学目标】
1．知道超重、失重和完全失重现象。
2．理解产生超重、失重现象的条件及其实质。
3．能够运用牛顿运动定律分析超重和失重现象。
【核心素养目标】
物理观念：1．知道超重、失重、完全失重的概念
2．理解超、失重并不是重力真的发生变化
科学思维：1．能全方位判断某过程是超重状态还是失重状态；
2．会根据示数大小判断超失重
科学态度与责任：利用完全失重相关知识点可以解释太空中的相关现象
【教学重难点】
1．理解超、失重并不是重力真的发生变化
2．能全方位判断某过程是超重状态还是失重状态并会根据示数大小判断超失重
3．利用完全失重相关知识点可以解释太空中的相关现象
【教学过程】
【新课导入】
教师提问激疑：当你乘坐游乐场的游乐装置加速下降时，好像心都提到了嗓子眼，这是为什么？宇宙飞船升空时，航天员要平躺着，而且会感觉胸部受到压力，这又是为什么？
过渡：这节课我们将通过牛顿运动定律来理解超重和失重现象。
必备知识•素养奠基
一、超重现象
1．定义：物体对悬挂物的拉力（或对支持物的压力）大于物体所受重力的现象称为超重现象。
2．产生条件：物体具有向上的加速度。
3．运动类型：超重物体做向上的加速或向下的减速。
教师引导学生阅读教材后进行判断：
[判断正误]
（1）物体处于超重状态时，一定向上运动。（ ）
（2）物体处于超重状态时，可能向下运动。（ ）
（3）物体处于超重状态时，是指物体的重力增大了。（ ）
二、失重现象
1．定义：物体对悬挂物的拉力（或对支持物的压力）小于物体所受重力的现象。
2．产生条件：物体具有向下的加速度。
3．运动类型：失重物体做向上的减速或向下的加速。
4．完全失重：
（1）定义：物体对悬挂物的拉力（或对支持物的压力）等于零的状态。
（2）产生条件：物体竖直向下的加速度等于0。
（3）所有的抛体运动，在不计阻力的情况下，都处于完全失重状态。
[判断正误]
（1）只要物体向下运动，就会引起失重现象。（ ）
（2）物体在完全失重的条件下，对支持它的支撑面压力为零。（ ）
（3）物体完全失重时，不受重力作用。（ ）
（4）物体处于失重状态时重力减小了。（ ）
（5）做自由落体运动的物体处于完全失重状态。（ ）
【合作探究】要点一：超重、失重现象的理解
【探究导入】如图所示，找一个用过的易拉罐、金属罐头盒或塑料瓶，在靠近底部的侧面打一个洞，用手指按住洞，在里面装上水。
（1）移开手指，水就从洞中射出来，这是为什么？
（2）如果放开手，让瓶子自由落下，在下落的过程中，水将不再从洞中射出，实际做一做，观察所产生的现象．怎样解释这一现象？
提示：（1）水能从洞中流出的原因是因为水能产生压力，静止时，洞之上的水产生的压力把洞附近的水压出。
（2）在瓶子自由落下的过程中，水处于完全失重状态，洞附近的水不再受压力，所以水将不再从洞中射出。
【探究归纳】
1．重力与视重
（1）重力：物体所受重力不会因物体运动状态的改变而变化。
（2）视重：当物体竖直悬挂在弹簧测力计下或放在水平台秤上时，弹簧测力计或台秤的示数称为“视重”，大小等于弹簧测力计所受的拉力或台秤所受的压力。
2．超重和失重的理解与判断
（1）当视重与物体的重力不同时，即发生了超重或失重现象。
（2）判断物体超重与失重的方法
①从受力的角度判断：
超重：物体所受向上的拉力（或支持力）大于重力。
失重：物体所受向上的拉力（或支持力）小于重力。
②从加速度的角度判断：
当物体的加速度方向向上（或竖直分量向上）时，处于超重状态。
当物体的加速度方向向下（或竖直分量向下）时，处于失重状态。
[易错提醒]
1．超重与失重现象仅仅是一种表象，只是拉力或压力的增大或减小，物体的重力大小是不变的。
2．物体处于超重状态时，不一定是向上加速运动，也可能是向下减速运动；同理，物体处于失重状态时，不一定是向下加速运动，也可能是向上减速运动。
3．在完全失重状态下，平常由重力产生的一切物理现象都会消失，比如液体对器壁没有压强、浸在水中的物体不受浮力等。工作原理与重力有关的仪器也不能再使用，如天平、液体气压计等。
[典例1]关于超重和失重，下列说法正确的是（ ）
A．物体处于超重时，物体一定在上升
B．物体处于失重状态时，物体可能在上升
C．物体处于完全失重时，地球对它的引力就消失了
D．物体在完全失重时，它所受到的合外力为零
[解析]物体处于超重时，具有向上的加速度，但其运动方向不确定，可能向上加速，也可能向下减速，A错误；物体处于失重或者是完全失重状态时，具有向下的加速度，可能向下加速，也可能向上减速，B正确；完全失重时，物体仍受到地球对它的吸引力，即受到重力的作用，合外力不为零，C、D错误。
要点二用牛顿运动定律分析超重和失重现象
[探究导入]如图所示，某人乘坐电梯正在向上运动。
（1）电梯启动瞬间加速度方向向哪？人受到的支持力比其重力大还是小？若此时加速度大小为A，则人受到的支持力是多大？
（2）电梯将要到达目的地减速运动时加速度方向向哪？人受到的支持力比其重力大还是小？若此时加速度大小为A，则人受到的支持力是多大？
提示：（1）电梯启动瞬间加速度方向向上，人受到的合力方向向上，所以支持力大于重力；设人受到的支持力为N，由牛顿第二定律可得。
（2）减速运动时，因速度方向向上，故加速度方向向下，即人受到的合力方向向下，支持力小于重力。设人受到的支持力为，由牛顿第二定律可得。
[典例2]质量是的人站在升降机中的体重计上，当升降机做下列各种运动时，体重计的读数是多少？（g取）
（1）升降机匀速上升；
（2）升降机以的加速度匀加速上升；
（3）升降机以的加速度匀减速上升或匀加速下降。
[思路点拨]解此题关注两点
（1）以人为研究对象进行受力分析，根据牛顿第二定律列方程求解。
（2）由牛顿第三定律知，人受到的支持力与人对体重计的压力大小相等，所以体重计的读数等于人受到的支持力的大小。
[方法技巧]
解决超重、失重问题的基本方法
（1）明确研究对象，进行受力分析。
（2）判断加速度的方向，并建立合理的坐标轴。
（3）应用牛顿第二定律列出方程。
（4）代入数据求解，必要时进行讨论。
【课堂素养达标检测】
1．关于超重和失重，下列说法中正确的是（ ）
A．超重就是物体所受的重力增加了
B．失重就是物体所受的重力减少了
C．完全失重就是物体一点重力都没有了
D．不论超重、失重或完全失重，物体所受的重力是不变的
解析：超重、失重现象中物体所受的重力并没有改变，变化的是物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）。
答案：D
2．（多选）人造卫星、宇宙飞船、航天飞机等航天器进入轨道后，其中人和物体都处于完全失重状态，这种状态下，不能做的实验是（ ）
A．液体的对流实验
B．用弹簧测力计测力
C．用托里拆利管测舱内的气压
D．用天平测物体的质量
解析：在太空舱内处于完全失重状态，所以任何物体将不再对它的支持面有压力和对悬挂它的物体有拉力．所以，弹簧测力计不能用来测物体重力，但是仍可以用来测力．天平不能测物体的质量；托里拆利管不能测气压；密度大的物体将不能下沉，密度小的部分也不能上浮，所以对流实验也不能进行。
答案：ACD
3.（2019·湖南衡阳一中高一上学期期末考试）某同学站在电梯底板上，电梯在某一段时间内速度变化的情况如图所示（竖直向上为正方向）。根据图像提供的信息，可以判断下列说法中正确的是（ ）
A．在内，电梯向上运动，该同学处于超重状态
B．在内，电梯在加速上升，该同学处于失重状态
C. 在内，电梯处于静止状态，该同学对电梯底板的压力等于他所受的重力
D．在内，电梯在减速上升，该同学处于失重状态
解析：图像的斜率表示加速度，故内斜率为正，加速度为正，方向向上，处于超重状态，速度为正，即电梯向上加速运动；在过程中，电梯匀速，该同学加速度为零，该同学对电梯底板的压力等于他所受的重力，处于正常状态；过程中，斜率为负，速度为正，即电梯向上做减速运动，加速度向下，处于失重状态，D正确。
答案：D
4．“蹦极”就是跳跃者把一端固定的长弹性绳绑在踝关节等处，从几十米高处跳下的一种极限运动。某人做蹦极运动，所受绳子拉力F的大小随时间t变化的情况如图所示。将蹦极过程近似为在竖直方向的运动，重力加速度为g。据图可知，此人在蹦极过程中的最大加速度约为（ ）
A．gB．
C．D．
解析：由图像可知，绳子最大拉力为，最大加速度，B正确。
答案：B
5.（多选）原来做匀速运动的升降机内，有一被伸长弹簧拉住的、具有一定质量的物体A静止在地板上，如图所示。现发现A突然被弹簧拉向右方。由此可判断，此时升降机的运动情况可能是（ ）
A．加速上升B．减速上升
C．加速下降D．减速下降
解析：当升降机匀速运动时，地板对物体施加的静摩擦力与弹簧的弹力平衡，且该静摩擦力小于或等于最大静摩擦力。当升降机有向下的加速度时，物体对地板的正压力必然会减小，则物体与地板之间的最大静摩擦力也会减小，而弹簧的弹力并未改变，故在这种情况下A将被拉向右方。B、C两选项中电梯的加速度是向下的，符合题意。
答案：BC
6．（多选）如图所示，斜面体M始终处于静止状态，当物体m沿斜面下滑时，下列说法正确的是（ ）
A．匀速下滑时，M对地面的压力等于
B．加速下滑时，M对地面的压力小于
C．匀减速下滑时，M对地面的压力大于
D．M对地面的压力始终等于
解析：物体加速下滑时整个系统有竖直向下的加速度分量而出现失重现象，故B正确；物体匀减速下滑时系统存在竖直向上的加速度分量，处于超重状态，故C正确；匀速下滑时系统处于平衡状态，故A正确。
答案：ABC
7．如图所示，台秤上放置盛水的杯子，杯底用细线系一木质小球，若细线突然断裂，则在小木球上浮到水面的过程中，台秤的示数将（ ）
A．变小B．变大
C．不变D．无法判断
解析：将容器和木球视为整体，整体受台秤竖直向上的支持力和竖直向下的重力。当细线被剪断后，其实际效果是：在木球向上加速运动的同时，木球上方与木球等体积的水球，将以同样大小的加速度向下加速流动，从而填补了木球占据的空间，由，水球的质量大于木球的质量，故木球和水组成系统的重心有向下的加速度，整个系统将处于失重状态，故台秤的示数将变小，正确答案为A。
答案：A
8.如图所示，一个质量的人站在升降机的地板上，升降机的顶部悬挂了一只弹簧测力计，测力计下挂着一个质量的物体A。当升降机向上运动时，她看到弹簧测力计的示数为，g取，求：
（1）升降机的加速度；
（2）此时人对地板的压力。
解析：（1）对A受力分析，根据牛顿第二定律得
得，则升降机的加速度为，方向竖直向下．
（2）对人分析，根据牛顿第二定律得：
解得：，
则由牛顿第三定律知人对升降机地板的压力大小为，方向竖直向下．
答案：（1），方向竖直向下
（2），方向竖直向下
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