超重和失重教学设计

吴洪翔

摘要：本文介绍了超重和失重的教学设计，以期和各位同仁探讨。

关键词：物理教学；超重和失重；教学设计

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1992-7711（2016）01-0121

一、教材分析

本节是必修一第三章牛顿运动定律解决问题中的内容牛顿运动定律是高中物理的基础，通过本节的学习，能巩固和深化牛顿运动定律的理解，能更好地解释生活、生产以及航天事业中的超重和失重现象。

二、学情分析

1. 学生已学完牛顿运动定律的理论知识，但缺乏实际的应用。2. 本节的理论知识来源于生活，但学生对新事物、新情况了解较为片面，不能很好地由感性认识提升为理性认识，应通过本节的学习研讨，学生能掌握分析现象的一般方法。

三、教学设计思想

课堂设计中注意到通过学生亲身体验来激发学生学习兴趣。通过营造情境来让学生感性地认识物理现象，通过分析、归纳、总结、质疑、交谈、实验探究将感性认识上升到理性思考，进行有意义的概念建构，通过对知识的迁移来拓展学生的想象空间培养思维能力，通过对学习任务的精细设计和布置达到可持续性的学習。

四、教学目标

1. 知识与技能：了解超重失重现象，建构超重失重的概念，能够用牛顿运动定律分析超重失重现象；知道视重和实重的区别。2. 过程与方法：培养学生观察、质疑、推理和归纳概括的能力培养学生研究物理问题的方法。3. 情感态度与价值观：培养学生合作探究精神和对科学的严谨态度。

教学重点与难点

重点：理解产生超重和失重现象的条件

难点：超重和失重现象的实质，运用牛顿第二定律解决有关超重和失重问题并解释科技与生活中的现象。

五、教学过程

1. 动手实验，引入新课

教师拿矿泉水瓶，打一洞，装满水，从高处掉下，水没有流出来？提出问题这是为什么？引入新课。

2. 超重和失重产生的原因

（1）实重和视重

①实重：物体实际所受的重力.物体所受重力不会因物体运动状态的改变而变化。

②视重：当物体在竖直方向有加速度时（即ay≠0），物体对弹簧测力计的拉力或对台秤的压力将不等于物体的重力，此时弹簧测力计或台秤的示数叫物体的视重。

（2）超重和失重产生的原因

产生超重和失重的原因可以用图加以说明。图（甲）中质量为m的物体受重力和拉力两个力的作用，物体和弹簧测力计的受力情况如图（乙）所示。图中F′的大小就是弹簧测力计的读数（即视重），F′与F是一对作用力与反作用力，所以F′=F。

①如果物体处于静止或匀速直线运动状态，则F=mg，这种情况下视重等于实重。

②当物体具有向上的加速度a时，物体所受合力的方向向上，则有F-mg=ma，F=mg+ma>mg，但是F′=F仍然成立，即F′=mg+ma，所以物体处于超重状态。

定义：物体对水平支持物的压力（或悬挂物对竖直悬线的拉力） 大于___________物体所受重力的现象叫超重现象。

③当物体具有向下的加速度a时，物体所受合力的方向

向下，则有mg-F=ma，F=mg-ma定义：物体对水平支持物的压力（或悬挂物对竖直悬线的拉力）___________小于___________物体所受重力的现象叫失重现象。

④特例：当物体向下的加速度a=g时，有F=F′=0，即物体处于完全失重状态。

定义：物体对水平支持物的压力（或悬挂物对竖直悬线的拉力）____________等于___________的现象叫做完全失重现象。

3. 超重和失重现象的运动学特征

4. 物体运动方向、加速度方向与超重和失重的判断

（1）判断超重和失重是依据加速度的方向来判断，不是依据运动（速度）方向。

（2）加速上升或减速下降，即a方向向上，物体处于超重状态；

加速下降或减速上升，即a方向向下，物体处于失重状态。

（3）物体处于超重或失重状态时，物体所受的重力始终不变，只是物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力发生了变化，看起来好像是重力增大或减小了。

（4）物体的加速度a=g（竖直向下）时，处于完全失重。

规律总结：四七真经

超重失重两纷纷，拉力支持定乾坤；

重力长存无变故，超失须看加速度。

例题：

有一质量为60kg的人站在一放置于升降机的底板上的台秤上，当升降机作如下运动时，台秤的示数为多少？

1. 升降机以v=5m/s的速度匀速上升时；

2. 升降机以a=5m/s2的加速度加速上升时；

3. 升降机以a=5m/s2的加速度减速上升时

[课堂练习]

1. A和B是叠放在一起的两木块。现将它们一起以初速度υ向上抛出，不考虑空气阻力。则抛出后B的受力情况是（ ）

A. 只受重力作用

B. 受重力和A的压力作用

C. 受重力、A的压力和摩擦力作用

D. 受重力、A的压力和支持力作用

A （点拨：由于A、B抛出后它们的加速度均为重力加速度g，A、B均处于完全失重状态，其间没有挤压，不存在压力和摩擦力。）

2. 不习惯乘坐电梯的人，在电梯启动或停止时，会有一种说不出的不舒服的感觉，其实这是由于人体超重或失重造成的。超重或失重时，人体的内脏器官在身体内的位置较正常状态下发生了一些轻微的上移或下移，这种“五脏挪位”才是使人产生不舒服感觉的原因。关于“五脏挪位”跟电梯运动情况的关系叙述正确的是（ ）

A. 当电梯向上加速运动时，乘电梯的人处于超重状态，有内脏上顶的不舒服感

B. 当电梯向上减速运动时，乘电梯的人处于超重状态，有内脏下压的不舒服感

C. 当电梯向下加速运动时，乘电梯的人处于失重状态，有内脏上顶的不舒服感

D. 当电梯向下减速运动时，乘电梯的人处于失重状态，有内脏上顶的不舒服感

C （点拨：根据加速度方向来判断超重、失重情况，分析内脏的受力情况，即可得出结论。）

3. 一物体放在台秤上，台秤置于电梯内。下列哪种情况下台秤的示数最大？（ ）

A. 电梯匀速上升 B. 电梯匀速下降

C. 电梯加速上升 D. 电梯加速下降

C （点拨：根据加速度方向来判断超重、失重情况。超重时示数最大。）

总结：

超重的定义

产生条件

失重的定义

产生条件

绝招：超重失重两纷纷，拉力支持定乾坤；重力长存无变故，超失须看加速度。

课前问题解答“答案：当瓶子自由下落时，水不会从小孔喷出。因为在下落过程中，瓶子及瓶中的水均处于完全失重状态，瓶中各处的水的压强都是大气压强，故水不能从瓶中流出来。

超重与失重未知领域探索

1. 据报道，美国一产妇在完全失重的飞船里曾产下一男孩，现约8岁，该男孩所表现出的智力和体力远远超过了同龄儿童，被美国人戏称为“小超人”。

2. 完全失重的空间里还有许多未被开垦的处女地，各国宇航局都力图率先在这些领域取得突破性进展，为此，发达国家的宇航局也曾向世人征求可在飞船里进行实验的方案。北京市一名中学生曾设计出一个方案：即研究在完全失重的条件下，人的思维反应速度是不变、变快还是变慢。受到了发达国家宇航局的关注。如果在座的各位同学在这方面有什么奇思妙想，不妨寄予我国宇航部门，希望将来在我国飞船上进行的实验里，有你们设计的方案。

（作者单位：四川省南部中学 637000）