1、七、 超重和失重從容說課自從人造地球衛(wèi)星和宇宙飛船發(fā)射成功以來，人們常談到超重和失重，本節(jié)課就是要幫助學生正確理解超重和失重現象，并且運用超重和失重現象，并且運用超重和失重現象來解決一些實際問題.本節(jié)課的教學目標定位如下：1.知道什么是超重和失重.2知道產生超重和失重的條件 3了解生活實際中的超重和失重現象 4了解超重和失重在現代科學技術研究中的重要應用 本節(jié)的教學重點是：超重和失重的實質 本節(jié)的教學難點是：利用牛頓第二定律求解有關超重和失重問題 本節(jié)課采用實驗法、類比法、講練法。使學生對超重和失重有一個感性的認識；同時節(jié)后的“做一做”觀察失重現象，實驗材料易得，容易進行，又會引起學生興趣，教

2、學時可以在課堂上演示，也可指導學生在課外進行，以幫助學生理解失重現象 另外“失重和宇宙開發(fā)”這個閱讀材料可以開闊學生的眼界和思路，應組織學生閱讀，還可倡導學生查閱有關資料以培養(yǎng)學生的探究學習能力，培養(yǎng)他們的想象力和創(chuàng)新力 本節(jié)課的教學程序安排如下：學生參與體會，觀察現象，導入新課 結合牛頓第二定律，分析探討什么是超重和失重及其產生條件學生探究得到完全失重及其產生條件 課堂討論，拓展本節(jié)知識.教學目標一、知識目標1.了解超重和失重現象.2.運用牛頓第二定律研究超重和失重的原因.二、能力目標1.培養(yǎng)學生的觀察能力和分析推理能力.2.培養(yǎng)學生運用牛頓第二定律分析和解決問題的能力.三、德育目標滲透“學

3、以致用”的思想，激發(fā)學生的學習熱情.教學重點超重和失重的實質.教學難點利用牛頓第二定律計算有關超重和失重問題.教學方法實驗法、類比法、講練法.教學用具投影儀、投影片、體重計.課時安排1課時教學過程用投影片出示本節(jié)的課學習目標1.知道什么是超重和失重.2.知道產生失重和超重的條件.3.知道超重和失重的實質.學習目標完成過程一、導入新課教師同學們，人的體重或者物體的重力會不會發(fā)生變化呢？學生不會發(fā)生變化.教師現有一個簡易的體重計,用它可以來稱量我們的體重.現在請兩位同學上來,其中一個同學站在體重計上,另一個同學在旁邊注意觀察體重計的示數.學生甲、乙兩同學上來.甲觀察,乙站在體重計上.教師請問甲同學

4、,此時乙的體重是多少呢?把你看到的示數告訴同學們.學生甲55 kg.教師現在請乙同學快速下蹲,甲同學注意觀察乙下蹲過程中體重計示數,并把你看到的現象告訴同學們.學生甲體重計的示數變小了.教師再請乙同學快速站起,甲同學仍要注意觀察站起過程示數的變化.學生甲示數變大了.教師同學們都說人的體重是不會變的,為什么乙同學的體重在蹲下和站起來時發(fā)生了“變化”呢？難道他的體重真的變了嗎？學生回答可能有很多答案.教師究竟為什么會出現這種現象呢?學完這節(jié)課后,相信同學們都會明白的.二、新課教學（一）超重教師通過上節(jié)課的學習,我們知道應用牛頓運動定律可以解決物體運動和受力聯(lián)系的有關問題.現在先看這樣一個題目:投影

5、片出示:例1升降機地板上放一個彈簧式臺秤,秤盤上放一個質量為20 kg的物體(如圖示),當升降機:(1)以4 m/s 的速度勻速上升時，臺秤讀數是多少N？（2）以1 m/s2的加速度豎直上升時，臺秤的讀數是多少N？（3）以1 m/s2的加速度減速下降時，臺秤的讀數又是多少N？學生活動閱讀題目，并進行思考.教師在本題中,我們選誰作為研究對象更合理些呢?學生選物體更合理些.雖然,臺秤的示數是物體對臺秤的壓力所造成的,即力是直接作用在臺秤上的,但臺秤其他受力并不清楚,所以我們不能選臺秤作為研究對象,而應應用牛頓第三運動定律,把求物體對臺秤的壓力轉化為求臺秤對物體的支持力,這樣便可選已知條件較多的物體

6、作為研究對象.教師對物體來說又有哪些已知條件呢?學生重力及其運動情況.教師怎樣確定其運動情況呢?學生因為物體和臺秤都放在升降機中,并和升降機一起運動,所以它們的運動狀態(tài)和升降機的運動狀態(tài)是相同的.教師這幾個問題屬于牛頓運動定律能解決的哪類問題呢?學生第二類.即已知物體的運動情況去確定物體的受力情況.教師解這類問題的關鍵是什么呢?學生求運動的加速度.教師為什么呢?學生因為加速度是聯(lián)系物體運動和受力的橋梁.教師搞清楚這些問題后,請同學們獨立完成本題中的三個問題.學生活動完成本題.待完成后,用投影片出示本題答案.參考答案取向上為正.(1)由于升降機勻速上升,所以a=0根據牛頓第二定律知:F合=FN-

7、mg=0所以FN=mg=209.8 N=196 N(2)因升降機加速上升,且a=1 m/s2,方向向上,根據牛頓第二定律得:F合=FN-mg=maFN=mg+ma=209.8+201 N=216 N(3)因升降機減速下降,且a=1 m/s2,方向向上,根據牛頓第二定律得:F合=FN-mg=maFN=mg+ma=209.8+201 N=216 N教師物體的實際重量應是多少? 學生196 N.教師第（2)、（3）兩情況下秤的示數還是196 N嗎?學生不是.教師有什么變化呢?學生比物體的實際重量要大.教師增大的是物體的重量嗎?學生不是.教師那是什么呢?學生秤的示數實際是物體對秤壓力的大小,所以改變的

8、并不是物體的重量,而是物體對秤的壓力,或者物體受的支持力.教師如果拿繩吊著物體做同樣的運動,那么這時繩中拉力大小有什么特點呢?學生繩中的拉力應該和秤對物體的支持力所起的作用一樣,所以也應是比物體的重力大.教師總結從上面的討論知:物體對支持物的壓力(或懸繩的拉力)有時會大于物體本身的重量,我們把這種現象稱為超重.但超重并不是物體的重力變大,而是對支持物的壓力(或對懸繩的拉力)變大,重力在這時是不變的.那么在什么情況下才要發(fā)生這種現象呢?下面我們接著來分析.教師以物體作為研究對象,超重實際是指物體所受支持力(或拉力)大于重力,這時物體的合力能否為零?學生不能為零.教師合力不為零,那么它的方向應是什

9、么樣的呢?學生因為物體受到的支持力或拉力的方向豎直向上,且比物體重力大,所以其所受合力的方向應向上.教師根據牛頓第二定律,物體在這樣的合力作用下應產生怎樣的加速度呢?學生依據牛頓第二定律的矢量性知:物體應產生向上的加速度.教師結合運動學知識,物體有向上加速度時,它要做什么樣的運動呢?學生物體可能向上加速,也可能向下減速運動.教師總結由此可見:當物體具有豎直向上的加速度,做加速上升或減速下降的運動時,會發(fā)生超重現象.鞏固練習用投影片出示:1.飛機起飛和降落時所處的狀態(tài)是否是超重狀態(tài)?為什么?答案與解析：飛機是處于超重狀態(tài).飛機起飛時,開始速度為零,起飛后速度大于零,所以這一過程是一加速上升過程,

10、有向上的加速度.故是超重狀態(tài).而在下降過程中,開始速度大于零,到地面后速度為零,即:是一種減速下降過程,同樣具有向上加速度,所以下降過程也是處于超重狀態(tài).2.某鋼繩所能承受的最大拉力是4104 N,如果用這條鋼繩使3.5 t的貨物勻加速上升,則物體在7 s內發(fā)生的速度改變不能超過多少?(g取10 m/s2)答案與解析：要求速度改變量的最大值,根據加速度的定義式可知,在時間確定的情況下,實際上就是要求加速度的最大值.而由牛頓第二定律知,在質量確定的前提下,求加速度的最大值,實際上就是求合力的最大值.而在本題中物體只受重力和拉力兩個力作用,重力又是恒定不變的,所以只要知道拉力的最大值,即可解得此題

11、.已知:T=4104 N,m=3.5 t=3.5103 kg t=7 s,求v=?取向上方向為正.由力的運算知:F合=T-mg=4104-3.510310 N=5103 N由牛頓第二定律:F合=ma.得:a=F合/ m=5103/3.5103 m/s2=10/7 m/s2由加速度的定義式:a=v/t 得:v=at=10/77 m/s=10 m/s(二)失重引入失重時的幾個演示實驗演示一： 取一只舊塑料瓶(如可樂瓶)，在瓶的一端側壁上鉆幾個小孔。用手指堵住小孔，向瓶中裝滿水(向水中滴幾滴紅墨水，便于看得更清楚)，松開手指，則水就會噴射出來這是水的重力產生的壓強對瓶壁的作用，如果松開了拿瓶的手，讓

12、瓶自由下落，這時可以看到水立即停止噴出，這是由于正在自由下落的水處于完全失重狀態(tài)，水層之間不再存在壓力，故水不會從孔中流出 演示二： 用薄三合板自制一個斜面(稍長些)，把一小車通過細線固定在斜面的上端，此裝置放在帶有托盤的臺秤上(固定好)，待裝置靜止時觀察臺秤指針所指的示數點燃火柴燒斷系住小車的細線，小車將沿斜面加速下滑，這時可觀察到臺秤示數變小，這說明小車加速下滑過程中發(fā)生了失重現象教師下面我們再來看這樣一個例子(用投影片出示)例2質量為60 kg的人,通過光滑的定滑輪拉著m=20 kg的物體(如圖所示),當物體以5 m/s2的加速度勻加速下降時,人受到地面的支持力為多少?(g=10 m/s

13、2)學生活動閱讀題目.教師我們共同來分析一下本題.本題要求地面對人的支持力,我們應選誰來作為研究對象呢?學生選人作為研究對象.教師我們要通過人的受力來求受力中的其中一個力,故必須對人進行受力分析.活動同學生一起分析人的受力情況.人在此過程中,受重力、支持力、拉力三個力的作用(如圖所示)教師人在此過程中做什么樣的運動呢?學生靜止. 教師那么我們依據什么原理來求人受到的支持力大小呢?學生根據牛頓第二定律知:物體靜止時所受的合力應為零,即F拉+F支=mg.由此可得:F支=mg-F拉. 教師應用上式能求出F支嗎?學生不能.教師下一步該怎樣做呢?學生設法求出繩中拉力的大小.教師怎樣求呢?學生通過拉力作用

14、的另一物體的受力來求繩中拉力的大小.教師現在我們一起對物體進行受力分析；物體在此過程中受重力、拉力兩個力的作用,且處于加速下降狀態(tài).(如圖所示)教師依據什么原理來求F拉呢?學生依據牛頓第二定律F合=ma.在已知a的情況下可求得拉力的大小.教師此題分析至此即可求解,請同學們寫出解題的過程.投影片出示解題過程解：已知:m物=20 kg,a=5 m/s2,m支=60 kg.求F支=?取向上為正.根據牛頓第二定律:F合=ma得:F拉-mg=-maF拉=mg-ma=2010 N-205 N=100 N根據牛頓第一定律得:F支=mg-F拉=6010 N-100 N=500 N教師在上例中物體的重力大小是多

15、少?學生物體的重力為200 N.教師在此過程中繩的拉力為多少呢?學生物體受到拉力的大小為100 N.教師總結即使把懸繩換為支撐物,此時物體對它的壓力也會小于物體的重量.我們把物體對支持物的壓力(或對懸繩的拉力)小于物體所受重力的現象叫失重.那么,物體在什么情況下發(fā)生失重呢?下面我們一起來分析一下.教師從失重的定義知:當物體發(fā)生失重現象時物體所受支持力(或拉力)要小于它的重力,那么,此時物體所受的合力為零嗎?學生不為零.教師其合力方向呢?學生合力方向應向下.教師根據牛頓第二定律,它會產生一個什么樣的加速度呢?學生產生一個向下的加速度.教師此時物體能做什么運動呢?學生加速下降或減速上升.教師總結由

16、上述分析可見:當物體具有向下的加速度,做加速下降或減速上升運動時,物體會發(fā)生失重.鞏固訓練用投影片出示1.在升降機內頂板上固定一輕彈簧,下端懸掛一重物.某時刻升降機內觀察者看到彈簧秤示數小于物重,則升降機的運動狀態(tài)是( )A.一定是向上的加速運動B.可能是向上做加速運動或向下做減速運動C.一定是向下的加速運動D.可能是向下做加速運動或向上做減速運動2.質量為60 kg的人，站在運動的電梯里的臺秤上，臺秤的示數是539 N.問電梯的加速度是多大？是上升還是下降？參考答案1.D2.約0.82 m/s2,可能是加速下降也可能是減速上升（三）完全失重教師同學們想一下，在失重狀態(tài)中，拉力（或支持力）小于

17、物體的重力，從而產生了向下的加速度，那么這個加速度能取到無窮大嗎？學生不能.教師為什么呢？學生因為物體的合力有一最大值，即當拉力（或支持力）減為零時，F合最大，且大小等于物體的重力.教師總結由此可見：在失重狀態(tài)中，向下最大的加速度是重力加速度，我們把此時物體所處的狀態(tài)叫完全失重狀態(tài).處于完全失重狀態(tài)的物體有些什么特點呢？下面我們來做一個小實驗.找一個用過的飲料瓶,在靠近底部的側面打一小孔,當飲料瓶裝上水靜止不動時,請同學們仔細觀察有什么現象發(fā)生?學生水會從小孔噴出.教師為什么呢?學生因為瓶上小孔內部存在由于水的重力而產生的壓力(p0+p水)S大于外部壓力p0S,故水會噴出.教師由此可見,水噴出

18、的真正原因是由于水的重力而造成的.當瓶自由下落時又會有什么現象呢?演示瓶自由下落.學生水不再噴出了.教師總結由此可見,當物體處于完全失重狀態(tài)時,凡是和重力有關的現象將消失.鞏固練習用投影片出示:容器中盛滿水,現讓容器自由下落,設在整個下落過程中容器只發(fā)生平動,不發(fā)生轉動,那么下列說法正確的是( )A.下落瞬間水對容器底面壓力最大B.下落過程中水對容器底面壓力逐漸減小C.下落過程中水對容器底面壓力逐漸增大D.下落過程中水對容器底面無壓力參考答案 D教師總結通過本節(jié)學習可知:物體的重力在同一地點是恒定不變的,它和物體的運動狀態(tài)沒有關系,我們只所以看到秤的示數時而大于重力,時而小于重力,其根本原因是

19、物體對秤的壓力變化而造成的,而并不是物體的重力在發(fā)生變化.課堂討論 1超重與物體的重力增大了是否是一回事 失重與物體的重力減小了是否是一回事 2“只要物體向上運動，一定是超重，并且速度越大，超重越多；只要物體向下運動。一定失重，并且速度越大。失重越多”你認為這種說法是否正確? 3乘電梯從低層往高層運動時，何時超重，何時失重?從高層往低層運動時，何時超重，何時失重? 4從牛頓運動定律的角度看：超重和失重是不是一類特征問題 學生活動 討論并解答上述問題 教師點撥 1在超重和失重現象中，物體的重力并沒有變，超重指的是物體對支持面的壓力(或對懸掛物的拉力)大于重力，而失重則是物體對支持物的重力(或對懸

20、掛物的拉力)小于重力 2超重還是失重與物體的運動方向無關，僅取決于加速度的方向，只要加速度向上，不論物體向哪兒運動，都處于超重狀態(tài)只要物體的加速度向下，不論它向哪兒運動，都處于失重狀態(tài)，超重或失重多少與物體的速度也無關，而取決于加速度的大小 3電梯從低向高運動時。開始啟動時超重最后減速時失重；電梯從高向低運動時。啟動時失重，減速時超重 4超重和失重并不是一類特征問題。而是牛頓運動定律在豎直方向的應用 三、小結 投影小結思考題 1物體對支持物的壓力(或對懸掛物的拉力) 物體所受重力的情況稱為超重現象 2產生超重現象的條件是物體具有 的加速度，與物體的速度大小和方向無關 3物體對支持物的壓力(或對

21、懸掛物的拉力) 物體所受重力的情況稱為失重現象 4產生失重現象的條件是物體具有 的加速度與物體的速度大小和方向無關 5物體對支持物的壓力(或對懸掛物的拉力) 的狀態(tài)叫做完全失重狀態(tài) 6產生完全失重的條件是：當物體豎直向下的加速度等于 時。就產生完全失重現象四、作業(yè)1.課本P64練習六2.補充題請同學閱讀“失重和宇宙開發(fā)”一文，然后談談自己的太空試驗設想，可以充分發(fā)揮自己的想象力.五、板書設計六、本節(jié)優(yōu)化訓練設計1.質量為M的人站在地面上,用繩通過定滑輪將質量為m的重物從高處放下,若重物以加速度a向下降(ag,則人對地面的壓力大小為( )A.(m+M)g-maB.M(g-a)-maC.(M-m)

22、g+ma D.Mg-ma2.質量為60 kg的人站在升降機的體重計上，當升降機做下列各種運動時，體重計的示數是多少？(g=9.8 m/s2)( )(1)升降機勻速上升；（2）升降機以4 m/s2的加速度加速上升；（3）升降機以4 m/s2的加速度減速上升；（4）升降機以重力加速度g加速下降.3.如圖所示，繩和滑輪間的摩擦均不考慮，已知物體質量M=8 kg，m=2 kg，M與水平桌面間動摩擦因數=0.1，桌面和繩都足夠長，物體m距地面高h=0.15 m，求當物體m從高h處由靜止釋放后，水平桌面上的物體M在停止運動前通過的距離是多少？m下落過程中，繩的拉力是多大？（g取10 m/s2)參考答案1.

23、C以重物m為研究對象，物體受重力mg,方向豎直向下；繩的拉力FT，方向豎直向上兩個力的作用.取加速度a的方向為正方向，由牛頓第二定律，有mg-FT=ma.由此解得：FT=m(g-a)mg以人為研究對象，人受重力Mg,地面支持力FN，繩的拉力FT三個力作用，處于平衡狀態(tài).故有FN+FT-Mg=0.將FT的表達式代入上式，解得FN=（M-m）g+ma.由牛頓第三定律可知，人對在面的壓力大小為FN=FN=(M-m)g+ma.2.(1)588 N；(2)828 N；(3)348 N；(4)0.以人為研究對象，人受到重力mg、方向豎直向下；支持力FN，方向豎直向上兩個力的作用.(1)勻速上升時，加速度a=0.根據牛頓第二定律有FN-mg=0，故FN=mg=609.8 N=588 N.由牛頓第三定律可知：體重計的示數為588 N.(2)升降機以4 m/s2的加速度加速上升時，加速度方向向上，以加速度方向為正方向，受力示意圖（如圖甲所示），根據牛頓第二定律；有FN-mg=ma.解得：FN=m(g+a