人教版高中物理必修一【4.6 超重和失重】教案

这是一份人教版高中物理必修一【4.6 超重和失重】教案，共12页。

人教版高中物理必修1教学设计

课题
超重和失重
单元
4
学科
物理
年级
高一
教材分析
本节教材是人教版物理必修一第四章中的第六节内容，本节课是利用牛顿第二定律来研究超重和失重现象，是本章牛顿第二定律知识应用一个典型例子。
也是跟我们实际生活比较贴近的内容之一，如坐电梯，玩过山车等，同学们对这些失重和超重有一些身体上的感受。这不仅有利于学生学习超重和失重概念的掌握更有利于巩固牛顿第二定律的学习，不仅仅会激发学生对航天技术的认识兴趣和探究热情。
教学目标与核心素养
一、教学目标
1、认识超重和失重现象的本质，知道超重与失重现象中，地球对物体的作用力并没有变化；
2、能够根据加速度的方向，判别物体的超重和失重现象；
3、知道完全失重状态的特征和条件，知道人造卫星中的物体处于完全失重状态；
4、运用牛顿第二定律，解释实际中的超重和失重现象。
二，过程与方法
通过坐电梯和玩过山车的感受出发引入始终的概念，并用牛顿第二定律理论分析整个过程，最终达到自主分析超重和失重状态。
三、情感态度价值观
物理观念：建构超重和失重的物理观念，了解超重和失重的原因，超重和失重与运动方向、加速度方向关系。
科学探究：经历探究产生超重和失重现象原因的过程，学习科学探究的方法，进一步学会应用牛顿运动定律解决实际问题的方法。
科学态度与责任：体验学以致用的乐趣，感受物理与生活、社会与科学技术的相关性。
重点
把超重和失重现象与牛顿运动定律联系起来，超重和失重现象和加速度的内在联系。
难点
通过现象用牛顿运动定律判断属于超重或失重现象是难点，并进行相关计算是难点。

教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
导入新课
你坐电梯刚启动或者快到重点停下时会身体感觉到轻微不适，坐过山车时会感觉到严重不适，下面我们探究一下这个现象。
出示图片
做一做：你静止站在体重秤上面，观察体重；然后你在体重秤上面快速下蹲观察数据，快速起来，观察数据，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，用迅速下蹲时示数较小。起来时示数较大。
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
有人说，通过字面意思不难看出， “超重和失重”就是重力增多叫超重，重力变少叫失重。
我想问这种看法对吗？某物体的重力可以增加或者变少么？刚才咱们测体重的时候体重秤确实显示的示数不一样，这到底是为什么？
下面咱们从重力的测量开始说起！
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。
二，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等于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=F（数值上）=F'(数值上）
这是测量重力最常用的方法。
言归正传，那刚才确实同一个人的体重有大有小，下面我们对超重和失重定义，同学们看看
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。
结论：不管物体运动方向如何
加速度向上，物体处于超重状态（视重>实重）
加速度向下，物体处于失重状态（视重<实重）
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。
1.人的重力多少？
2.人的重力多少？
3.下蹲阶段是哪个？
4.站起阶段是那个？

参考答案：
（1）人的重力是500N
（2）0~2秒属于失重状态说明加速度方向向下是下蹲阶段
（3）4~6秒属于超重状态说明加速度方向向上是站起阶段
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：如果把体重计放在加速下降或上升的电梯中，那怕人不运动，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】升降机地板上放一个弹簧式台秤，秤盘放一个质量为20kg的物体（g=10m/s2），当升降机
（1）当升降机匀速上升时，物体对台秤的压力大小是多少？
（2）当升降机以1m/s2的加速度竖直上升时，物体处于超重状态还是失重状态？物体所受的支持力大小是多少？
（3）当升降机以5m/s2的加速度减速上升时，物体处于超重状态还是失重状态？物体所受的支持力大小是多少？
（4）当升降机自由下落时，物体对台秤的压力为多少？
【答案】（1）200N；（2）超重，220N；（3）失重，100N；（4）0
【详解】
（1）当升降机匀速上升时，根据

根据牛顿第三定律，物体对台秤的压力大小200N
（2）当升降机以1m/s2的加速度竖直上升时，加速度方向向上，物体处于超重状态，根据牛顿第二定律

解得

（3）当升降机以5m/s2的加速度减速上升时，加速度方向向下，物体处于失重状态，根据牛顿第二定律

解得

（4）当升降机自由下落时，加速度等于重力加速度，则物体处于完全失重状态，则物体对台秤的压力为0
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2m/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80N。
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这种现象被叫做完全失重状态。
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
课堂练习
1．关于超重和失重，下列说法正确的是（　　）
A．超重现象只会发生在物体竖直向上运动的过程中，超重就是物体所受的重力增加了
B．失重现象只会发生在物体竖直向下运动的过程中，失重就是物体所受的重力减小了
C．完全失重就是物体所受的重力全部消失了
D．不论超重、失重或完全失重，物体所受的重力是不变的
【答案】D
【详解】A．超重现象是因为物体具有向上的加速度，物体可能是向下减速或向上加速，本身重力没变，只是对悬绳或支持面的作用力大于本身重力，A错误；
B．失重现象是因为物体具有向下的加速度，物体可能是向上减速或向下加速，本身重力没变，只是对悬绳或支持面的作用力小于本身的重力，B错误；
C．完全失重，物体所受的重力是不变的，只是对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）等于0，C错误；
D．不论超重、失重或完全失重，物体所受的重力都是不变的，D正确；
故选D。
2．下列关于超重、失重现象的描述中，正确的是（　　）
A．电梯正在加速上升，人在电梯中处于失重状态
B．列车在水平轨道上加速行驶，车上的人处于超重状态
C．在国际空间站内的宇航员重力完全消失
D．自行车在斜坡上自由滑行时，人处于失重状态
【答案】D
3、在升降电梯内的地面上放一体重计，电梯静止时，晓敏同学站在体重计上，体重计示数为50kg，电梯运动过程中，某一段时间内晓敏同学发现体重计示数如图所示，在这段时间内下列说法中正确的是(　　)

A．晓敏同学所受的重力变小了
B．晓敏对体重计的压力小于体重计对晓敏的支持力
C．电梯一定在竖直向下运动
D．电梯的加速度大小为 ，方向一定竖直向下
【答案】D
4、（多选）关于超重和失重的下列说法中，正确的是（　　）
A．超重就是物体所受的重力增大了，失重就是物体所受的重力减少了
B．物体做自由落体运动时处于完全失重状态，做自由落体运动的物体也受重力作用
C．物体具有向上的速度时处于超重状态，物体具有向下的速度时处于失重状态
D．物体处于超重或失重状态时，物体的重力始终存在且不发生变化
【答案】BD
拓展提高
1某跳水运动员在3m长的踏板上起跳，我们通过录像观察到踏板和运动员要经历如图所示的状态，其中A为无人时踏板静止点，B为人站在踏板上静止时的平衡点，C为人在起跳过程中人和踏板运动的最低点，则下列说法正确的是(　 )

A．人和踏板由C到B的过程中，人向上做匀加速运动
B．人和踏板由C到A的过程中，人处于超重状态
C．人和踏板由C到A的过程中，先超重后失重
D．人在B点具有最大速度
【答案】CD
2、一质量为 的小孩站在电梯内的体重计上。电梯从 时刻由静止开始上升，在0~6 s内体重计对人的支持力F的变化情况如图所示。试问：在这段时间内小孩超重、失重情况及电梯上升的高度是多少？（取重力加速度 ）

【答案】在0~2 s内，小孩处于超重状态
在2~5 s内，小孩处于平衡状态
在5~6 s内，小孩处于失重状态
电梯上升的高度为9m
3、在太空站的完全失重环境中，下列仪器能继续使用的是( )
A. 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、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
二、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。
三、航天器的超重现象
1、火箭发射
2、载人航天发射