4.6 超重和失重

〖教材分析〗
在过去的教材中超重和失重是以例题的形式出现，现在变为一个课时的内容，通过实验探究才逐步得到超重和失重的概念。本节的内容又十分注重分析过程，是对前面学习牛顿定律的总结和提升。超重和失重现在已经融入生活中，注意超重和生活上的区别，教科书通过电子称的分析使学生对超重和失重的物理内涵有更加清晰的认识。
〖教学目标与核心素养〗
物理观念：通过实验认识超重和失重现象。
科学思维：观察并感受失重和超重现象。
科学探究：经历探究产生超重和失重现象的过程，理解物理规律在生活实际中的应用。
科学态度与责任：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。
〖教学重点与难点〗
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。
〖教学方法〗
教师启发引导教学与学生小组合作探究法、实验分析相结合。
〖教学准备〗
弹簧测力计、物块、电子称、多媒体课件。
〖教学过程〗

一、新课引入
通过多媒体课件动图展示：站在体重计上晃动。站在体重计上向下蹲，你会发现，在下蹲的过程中，体重计的示数先变小，后变大，再变小。当人静止后，保持某一数值不变。这是为什么呢？
二、新课教学
（一）重力的测量
重力（体重）：由于地球的吸引而受到的力。注意区分我们平时说的重量与重力的关系，也可以这么说重量是重力的大小。
问题：怎么测量重力的大小呢？

有两种方法，①第一种方法：公式法，由牛顿第二定律F=ma，可知F→G，a→g，这样公式就变成G=mg。所以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m，就可以求重力了。
②第二种方法：平衡法。将待测物体悬挂或放置在测力计上，使它处于静止状态。这时物体所受的重力和测力计对物体的拉力或支持力的大小相等，测力计的示数反映了物体所受的重力大小。
（二）超重和失重
弹簧测力计的示数我们称之为视重。即：物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力的大小。
问题：什么是超重呢？
我们平时去量体重，会有一个标准，超过标准的就是超重，或者汽车超载。但物理的超重并不是这样的。

通过多媒体课件动图展示：下蹲起立的过程。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下降阶段：由前面我们的解题步骤，合力这样求
F_合=运动方向的力-反向的力
mg-F_N=ma→F_N=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。
归纳，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。
②上升阶段：F_合=运动方向的力-反向的力
F_N - mg=ma→F_N=m（g+a）>mg
即体重计的示数大于人所受的重力。
归纳，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。
当人相对于体重计静止不动时，F_N= mg。
注意：无论是超重还是失重，都是人的一种感受，你本身的重力mg并没有变化。

思考与讨论
人站在力传感器上完成下蹲动作。观察计算机采集的图线。通过多媒体课件动图展示：下蹲起立的过程。通过分析得到起立、蹲下和静止不动的三种情况下，所对于的超重和失重情况。
做一做

在电梯地板上获一台体重计，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。
通过多媒体课件动图展示：电梯上下过程。观察示数的变化，变大时则为超重、变小则为失重。为此总结得下图。

电梯从低楼层出发加速上升，超重；到高楼层准备出电梯，做减速上升运动，失重；到下降的时候先是是加速下降，失重；到低楼层后减速下降，超重。
总结：高楼层不论什么运动都是失重，低楼层不论什么运动都是超重。
从加速上看，凡是加速度向上的都是超重、反之失重。
例题：设某人的质量为60kg，站在电梯内的水平地板上，当电梯以0.25 m/s²的加速度匀加速上升时，求人对电梯的压力。g取9.8 m/s²。

分析：人站在电梯内的水平地板上，随电梯上升程中受到两个力的作用：重力mg和地板的支持力F_N。
按照我们以前的解题步骤来解这道题。
解：设竖直向上方向为坐标轴正方向。
F_合=运动方向的力-反向的力
F_N - mg=ma→F_N=603N
根据牛顿第三定律，人对电梯地板的压力F_N'为
F_N'=-F =-603 N

这个结果同样也说明了。

当F_N'>mg：超重F_N'与mg 当F_N'<mg：失重
特别：当a= g,F_N'=0时：完全失重

当升降机以加速度 a = g 竖直加速下降时，物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力（视重）为零的现象。叫做完全失重。
我们平时的跳跃在脚离地后也是完全失重，在太空当中也是如此。
实际中有许多领域涉及超重和失重现象。
例如，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。通过多媒体课件动图展示：火箭发射。

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。动图展示刘亚平的水球实验。
超重和失重现象在实际中还有许多，请你通过读书、上网、请教专业人员等多种途径进一步学习和了解。
〖板书设计〗
4.6超重和失重
一、重力的测量
重力(体重）：由于地球的吸引而受到的力。
①第一种方法：公式法，G=mg
②第二种方法：平衡法，F_拉=mg
二、超重和失重
①视重：体重计的示数
即：物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力的大小。
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。
③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。
〖教学反思〗
< >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。2、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。

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4.6 超重和失重— 【新教材】人教版(2019)高中物理必修第一册教案

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