新教材 高中物理 必修一 4.6超重和失重 课件+教案+练习(含答案)

4.6 超重和失重

教学目标与核心素养

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。

科学思维：学会对实际情景“建模”，用科学的方法解决实际问题。培养学生分析、思考、解决问题能力和交流、合作能力。

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。

教学重难点

重点：(1)发生超重、失重现象的条件及其本质。

      (2)判断超重和失重现像。

难点：超重和失重的本质。

教学过程

【新课引入】

视频：电梯从一楼上升到六楼。仔细观察：

（1）电梯刚启动加速上升时，台秤和弹簧秤的示数变化情况。

（2）电梯快到六楼减速上升时台秤和弹簧秤的示数变化情况。

台秤和弹簧秤的示数为什么会变化？这就是我们今天要学习的超重和失重的知识。

【新知探究】

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

方法一，用天平测质量，利用G＝mg算重力。自由落体运动加速度g可测量得到。

方法二：利用力的平衡条件测量重力。

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）。

二、超重和失重

什么是超重呢？是下列这两种情况吗？

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）。

如升降机内物体随升降机加速上升或减速下降时，加速度方向向上.

根据牛顿第二定律，有

FN－ mg＝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

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）。

如升降机内物体随升降机加速下降或减速上升时，加速度方向向下.

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。

3.完全失重

物体对支承物的压力（或对悬挂物的拉力）等于0，视重=0。

如升降机内物体随升降机一起作自由落体或竖直上抛运动，加速度方向向下，且a=g。

根据牛顿第二定律，有

mg－FN＝ma

FN＝m（g－a）

又a=g   FN＝0     视重为0

a=g向下，视重＝0，完全失重。

视频：电梯从六楼下降到一楼。仔细观察现象并解释：

（1）电梯刚启动加速下降时，台秤和弹簧秤的示数变化情况。

（2）电梯快到一楼减速下降时台秤和弹簧秤的示数变化情况。

现象及解释：

（1）示数减小。加速下降，加速度向下，物块处于失重状态，故示数减小。

（2）示数增大。减速下降，加速度向上，物块处于超重状态，故示数增大。

【例1】判断下列说法的正误.

(1)物体所受合力为零时，就一定处于平衡状态.(　　) √

(2)超重就是物体受到的重力增加了.(　　)

(3)物体处于完全失重状态时，物体的重力就消失了.(　　)

(4)物体处于超重状态时，物体一定在上升.(　　)

(5)物体处于失重状态时，物体可能在上升.(　　) √

(6)物体做竖直上抛运动时，处于超重状态.(　　)

【例2】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50 kg，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大于晓敏的重力

C.电梯一定在竖直向下运动

D.电梯的加速度大小为0.2g，方向一定竖直向下

解析：

晓敏在这段时间内处于失重状态，是由于晓敏对体重计的压力变小了，而晓敏的重力没有改变，A、B错误；人处于失重状态，加速度向下，运动方向可能向上，也可能向下，故C错误；以竖直向下为正方向，有：mg－F＝ma，即50g－40g＝50a，解得a＝ 0.2g ，方向竖直向下，故D正确.

答案：D

【例3】如图所示，是某同学站在力传感器上，做下蹲—起立的动作时记录的力随时间变化的图线，纵坐标为力(单位为牛顿)，横坐标为时间(单位为秒)，由图可知，该同学的体重约为650 N，除此以外，还可以得到的信息有(      )

A. 该同学做了两次下蹲－起立的动作

B. 该同学做了一次下蹲－起立的动作，且下蹲后约2 s起立

C. 下蹲过程中人处于失重状态

D. 下蹲过程中人先处于超重状态后处于失重状态

解析

视频：   

下蹲时，重心先加速下降后减速下降，加速度先向下后向上，先失重后超重。

起立时，重心先加速上升后减速上升，加速度先向上后向下，先超重后失重。

答案：B

三、实际领域中的超重和失重现象

视频：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。

视频：航天器内的物体将处于完全失重状态。完全失重时，物体将飘浮在空中，液滴呈球形。

【课堂小结】

【随堂演练】

1.一个质量为50kg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40N，该重物的质量为5kg。这时人对升降机地板的压力是_______N。（g取10m/s2）

答案：400N

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

5.在距离地面35m高处，以30m/s的初速度竖直上抛一物体，不计空气阻力，取g取10m/s2，则5s内物体的(       )

A．路程为65m

B．位移大小为25m，方向竖直向上

C．平均速度大小为13m/s，方向竖直向上

D．物体从抛出到落地所用的时间为7.5s

答案：ABD

课后反思

本课程在探讨超重和失重的定义时显得不够自然流畅，有许多生疏的地方。所以在考试以后上课先做电梯实验和下蹲实验，这样由现象进入本质，再对其进行受力分析，得出加速度的方向，从而总结概括出超重和失重的概念。

通过生活的实验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。最后通过太空实验，来展示未来的畅想。