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1、第四章牛顿运动定律第六节超重和失重一、教学目标1、知识与技能：1 .通过实验认识超重和失重现象，理解产生超重、失重现象的条件和实质.2 . 进一步熟练掌握应用牛顿运动定律解决问题的方法和步骤 .2、过程与方法：1 .培养学生的分析推理能力和实验观察能力 .2 . 引导帮助学生归纳总结发生超重、失重现象的条件及实质.3、情感态度与价值观：1 .渗透 “学以致用” 的思想，有将物理知识应用于生产和生活实践的意识， 勇于探究与日常生活有关的物理问题 .2 . 培养学生联系实际、实事求是的科学态度和科学精神.二、教学内容剖析1、 本节课的地位和作用：本节是牛顿定律的具体运用， 能否灵活的运用牛顿定律是
2、学号本章最关键的问题。 关于超重和失重，学生观察现象和生活体验都有一定的基础，接受起来不难，但弄清“视重”是关键。2、本节课教学重点：1 .发生超重、失重现象的条件及本质.3、本节课教学难点：1.超重、失重现象的实质. 正确分析受力并恰当地运用正交分解法.3、 教学思路与方法牛顿运动定律是经典力学的基础， 它在日常生活中有着广泛的应用。 上一节课主要是以理论的分析为主， 研究如何根据已知运动情况求解物体的受力情况和已知受力情况求解物体的运动情况。 本节课是从应用角度学习牛顿运动定律， 举例说明了牛顿运动定律的具体应用。主要用到的方法是力的正交分解和建立直角坐标系。 超重和失重研究的是在竖直方向
3、上物体的受力情况和物体运动情况的关系， 要注意引导学生区别视重和实际重力。 了解加速下落和减速上升其实加速度的方向是一样的。4、 教学准备课件、多媒体、体重称等。教学 环节教学内容师生互动设计意图备注引入问题：我们常见的物体的运动状 态有哪些种类？师：上一节课中我们学习了用 牛顿运动定律解决问题的两种 方法，根据物体的受力情况确 定物体的运动情况和根据物体 运动情况求解受力情况.这一 节我们继续学习用牛顿运动定 律解题.。思考几个问题。 师：我们常见 的物体的运动状态有哪些种 类？生：静止，匀速运动、加速、 减速等等。师：比如说在日常生活中，我 们会乘坐电梯，这时会在刚刚 向上运动时会加速、加
4、速完毕 向上运动时可能会匀速运动、 而到达所需要的楼层后会做减 速的运动。这做的运动就比较 复杂了。有一次，我乘坐电梯， 发现了这样一个现象：多人同 乘一台电梯，当电梯静止时， 超重报警装置并没有响，可是 当电梯刚向上启动时，报警装 置却响起来了。在运动时，人 的体重难道变大了 ？生：不可能。师：那么，发生什么现象了呢？ （让学生思考与讨论）师：结果我又发现电梯运行了 一段时间后，报警装置又不响 了，难道人的体重又发生变化 了？生：不可能。师：带着这个问题，我们来学 习超重和失重。通过“话 题”自主 思考，激 发学生探 索自然并 从中发现 问题的热 情。超重和超重和失重物体对支持物的压力（或先
5、做一个实验。实验过程：用一个体重称，让 学生在上面蹲卜或站起，让另引导学生 思考、想 象、归纳、五、课堂教学设计对悬挂物的拉力）大于物一个同学观察读数的变化并记总结；体受到的重力的现象称为 超重现象。物体对支持物的压力（或 对悬挂物的拉力）小于物 体所受的重力的情况称为 失重现象。注意：在超重现象和失重 现象中，物体对支持物压 力（或对悬挂物拉力）的 大小与物体的重力大小不 相等。但物体实际的重力 并没有发生改变。录。师：在甲同学蹲卜的过程中， 你观察体重称读书怎样变化？ 生：变小。师：在甲同学起来的过程中， 你观察体重称读书怎样变化？ 生：变大。这种现象中，甲同学的体重并 没有发生多大的改变
6、，体重称 示数却变化，体重称真的是测 量体重的么？（让学生讨论并思考）生：不是，是测量人给体重的 压力的。教师此时提出超重和失重的定 义。例题：人站在电梯中，人师：我们再来个例题。请注重引导的质量为m如果当电梯以 加速度a加速上升时，人分析。学生对物 理研究方对地板的压力为多大？生1：选取人作为研究对象， 分析人的受力情况：人受到两法的选 择，让学解：取向上为正方向，根个力的作用，分别是人的重力生明确物据牛顿第二定律写出支持和电梯地板对人的支持力。由理研究的力F、重力G质量m力口于地板对人的支持力与人对地一种重要速度a的方程F- G=ma由板的压力是一对作用力与反作方法是：此可得：F=Gma=
7、m (g+a)用力，根据牛顿第三定律，只 要求出地板对人的支持力就可抓住主要 因素、忽人对地板的压力 F与地 板对人的支持力人小相 等，即 F =m（g+a）由于 m（g+a） mg 所以当 电梯加速上升时，人对地 板的压力比人的重力大.另：当物体的加速度方向 向上时，物体的运动状态 是怎样的？人以加速度a减速上升， 这时人对地板的压力又是以求出人对地板的压力。师：当物体的加速度方向向上 时，物体的运动状态可能是怎 样的？（思考与讨论）生：应该是加速上升或者减速 下降。师：人以加速度 a减速上升， 这时人对地板的压力又是多 大？略次要因 素。超重和 失重的 解释多大？看影片。超重与失重。生：此
8、时人对地板的压力也是 小于重力的，压力大小是：F=m(g-a).生：加速度向上时物体的运动 状态分为两种情况，即加速向 上运动或减速向卜。视重和 完全失 重现象 加实验1、一位同学甲站在体重计 上静止，另一位同学说出 体重计白示数.注意观察 接卜来的实验现象.我们把物体对支持物的压 力或对悬挂物的拉力叫做 物体的视重，发生超重和失重现象时， 物体实际受的重力是否发 生了变化？2、取一装满水的塑料瓶， 在靠近底部的侧面打一小 孔，让其做自由落体运动.物体的加速度等于重力加 速度g,物体对支持物的压 力(或对悬挂的拉力)为 零，这种情况是失重现象 中的极限，称为完全失重 现象。学生活动：实验一：一
9、位同学甲站在体重 计上静止，另一位同学说出体 重计的示数.注意观察接下来 的实验现象.1、突然下蹲时，体重计的示数 是合艾化？怎样变化？生：体重计的示数发生了变化， 示数变小了 .2、突然站起时，体重计的示数 是合艾化？怎样变化？生：体重计的示数发生了变化， 示数变大.3、当人下蹲和突然站起的过程 中人受到的重力并没有发生变 化，为什么体重计的示数发生 了变化呢？生：这是因为当人静止在体重 计上时，人处于受力平衡状态， 重力和体重计对人的支持力相 等，而实际上体重计测量的是 人对体重计的压力，在这种静 止的情况下，压力的大小是等 于重力的.而当人在体重计上 下蹲或突然站起的过程中，运 动状态发
10、生了变化，也就是说 产生了加速度，此时人受力不 冉平衡，压力的大小不再等于 重力，所以体重计的示数发生 了变化.师：我们把物体对支持物的压 力或对悬挂物的拉力叫做物体培养学生 通过分 析，自己 找到答案 的能力。 让学生自 己动手做 实验，不 仅可以满 足学生的 操作欲 望，而且 可以培养 学生的操 作技能， 有利于激 发学生的 学习兴 趣，培养 学生的创 新精神和 实践能 力。的视重，当物体运动状态发生 变化时，视重就不再等于物体 的重力，III是比重力大或小 .师：发生超重和失重现象时，物体实际受的重力是否发生了 变化？生：没有发生变化，只是物体 的视重发生了变化.实验二：取一装满水的塑料
11、瓶， 在靠近底部的侧面打一小孔， 让其做自由落体运动.生：观察到的现象是水并不从 小孔中喷出，原因是水受到的 重力完全用来提供水做自由落 体运动的加速度了 .师：物体的加速度等于重力加 速度g叫做完全失重【课堂训练】1.某人站在台秤的底板 上，当他向卜蹲的过程中A.由于台秤的示数等于人 的重力，此人向卜蹲的过 程中他的重力不变，所以 台秤的示数也不变B.此人向卜蹲的过程中， 台秤底板既受到人的重 力，又受到人向卜蹲的力， 所以台秤的示数将增大C.台秤的示数先增大后减 小D.台秤的示数先减小后增 大师：做课堂训练（可以真得用一个台秤，让同 学们上去做实验，然后，在一 起分析）。学生在教 师的引导
12、 下，得出 超重和失 重的结 论。并且 讨论说 明，加深 理解。初步把 握超重 和失重， 并用它 来说明 实际问 题。答案：D2、在一个封闭装置中，用 弹簧秤称一物体的重力， 根据读数与实际重力之间 的关系，以下说法中正确 的是A.读数偏大，表明装置加 速上升B.读数偏小，表明装置减 速卜降C.读数为零，表明装置运 动加速度等于重力加速 度，但无法判断是向上还 是向卜运动D.读数准确，表明装置匀 速上升或卜降答案：C小结教师对本节进行小结。本节课是牛顿运动定律的 具体应用，物体在竖直方 向上做变速运动时超重和 失重现象.对于这两种现 象，我们应该注意以下几 个问题：物体处于“超重” 或“失重”
13、状态，并不是 说物体的重力增大了或减 小了（甚至消失了），地 球作用于物体的重力始终 是存在的且大小也无变 化.即使是完全失重现象， 物体的重力也没有丝毫变 大或变小.当然，物体所受 重力会随局度的增加而减 小，但与物体超、失重并 没有联系.超（失）重现象 是指物体对悬挂物的拉力（或对支持物的压力）大7于(小于)重力的现象.“超重” “失重”现象与 物体运动的速度方向和大 小均无关，只决定于物体 的加速度方向.作业作业：1、搜索电脑中宇航员在太 空中的生活片段。2、做课后题1、2、3、4、5。研究性作 业利于拓 宽学生知 识面，课 后复习巩 固了基础 知识，渗 透了新课 标理念。视野拓展失重和
14、超重失重和超重(weightlessness and overweight )物体所受的重力可用弹簧秤来测量.把物体挂在对地面处于相对静止状态的弹簧秤下方，弹簧秤的示数就等于物体所受的重力.如果在一个对地面做相对运动的参考系中，把物体挂在弹簧秤的下方，随着参考系运动状态的不同，弹簧秤的示数可能不等于物体所受的重力.这时弹簧秤示数表示的力称为物体的视重.当视重为零时，称为物体处于失重状态；当视重大于物体所受的重力时，称为物体处于超重状态.视重不为零但小于物体所受重力时，物体处于部分失重状态失重和超重这两种状态都是由于物体所在的参考系相对于地面做加速运动造成的.自由降落的电梯、在轨道上运行的人造卫
15、星、沿抛物线下落的飞行器，它们相对于地面的加速度都等 于重力加速度g.在以这些物体为参考系的非惯性系中，物体都受到一个跟重力大小相等而 方向相反的惯性力，它抵消了重力的作用，使物体的视重为零，物体即处于失重状态.加速上升的火箭和飞机、正在返回地面的卫星等，它们相对于地面的加速度都跟重力的方向相反， 在这些参考系中，物体都受到一个跟重力方向相同的惯性力，二者之和使物体的视重大于物体的重力，物体即处于超重状态 .人在失重条件下，心跳和呼吸减慢，体液会在体内重新分布，大部分移到上身，身长增长， 体重减轻，腿部动静脉变得脆弱， 出现贫血.重返地面时会感到全身乏力和平衡感丧失.但这些反应会很快消失，一周
16、左右即可复原.比较严重的问题是在失重条件下，骨中所含的钙质会逐渐减少.因此，对于未来的长期航天飞行，须设计旋转的航天器，用惯性离心力来模拟 重力.宇航员在飞船起飞和返回地面时处于超重状态，特别是在升空时，超重可达重力的9倍.超重使人不适，起初会感到头晕、呕吐，超重达到3倍重力时即感呼吸困难，超重达到4倍重力时，颈骨已不能支持头颅，有折断的危险.所以升空时宇航员须采取横卧姿势，以增强对超重的耐受能力.，可是没办法，这是由于惯性。 7平衡、物体的平衡条件、平衡状态平衡指物体或系统的一种状态. 处于平衡状态的物体或系统，除非受到外界的影响，它本身不能有任何自发的变化 . 在不同的科学领域，它有不同的
17、含义 .在力学系统里， 平衡是指惯性参考系内， 物体受到几个力的作用， 仍保持静止状态，或匀速直线运动状态，或绕轴匀速转动的状态，叫做物体处于平衡状态，简称物体的“平衡” . 因稳度的不同，物体的平衡分为：稳定平衡、随遇平衡、不稳平衡三种情况.物体的平衡条件：要使物体保持平衡状态，作用在物体上的力或力矩必须满足一定的条件，这叫做“物体平衡条件” . 使物体保持平衡的条件： （ 1）使物体处于平动平衡的条件是，作用在物体上的合外力为零，即汇 =0; （2）使物体处于转动平衡的条件是，作用在物体上的所有力的合力矩为零，即汇 =0.当上述两个条件同时满足时，物体处于完全的平衡 .中学阶段只讨论平面力
18、系的平衡条件. 处于平衡状态的物体，可以是静态平衡，即物体既无平动又无转动，保持静止状态；也可以是动态平衡，即物体做匀速直线运动或匀角速转动. 无论物体处于静态平衡还是动态平衡， 物体受力状况并无区别， 区别在于物体的初始运动状态，即物体开始处于力平衡的即时，它是静止的还是做平动或转动. 处于平衡状态的物体，由于某种外界微小的作用而偏离了平衡状态时，可能有四种情形. 见平衡状态条.平衡状态： 处于平衡状态的物体， 由于外界某种微小的作用而偏离了平衡状态时， 因稳度的不同，物体的平衡状态可分为四种情形：稳定平衡；不稳平衡；亚稳平衡；随遇平衡. 这些平衡状态的区分，应视我们放置该物体的平衡位置而定
19、.稳定平衡： 凡能在被移动离开它的平衡位置后， 仍试图恢复其原来位置 （此时其重心比较低）从而恢复到原来的平衡状态的物体，它原来的平衡状态叫“稳定平衡” . 例如，圆球体在一个凹进的圆盘中时；一圆锥体以其底面竖立时，都属于稳定平衡状态.不稳平衡： 处于平衡状态的物体， 由于受到某种外界微小的作用， 如果物体稍有偏离就不能恢复到原来的平衡状态，这种情况叫“不稳平衡” . 例如，当一个圆球体放在一个凸起的圆盘上，或是一个圆锥体，以其尖端竖立在一个平面上，这些物体都处于不稳定平衡状态.翻倒后，一直要等到它们的重心相对地取得最低位置时，这些物体才会静止不动. 即任何微小的运动都能使其重心降低的物体，一
20、定处于不稳定平衡状态之下.亚稳平衡：如果物体在外力作用下，稍有偏离尚可恢复，而偏离稍大就失掉平衡的状态，称为“亚稳平衡”.随遇平衡： 如果物体在外界作用下， 它的平衡状态不随时间和坐标的变化而改变， 这种状态叫“随遇平衡”. 例如，当一个圆球体停在一个水平平面上的时候，或是一个圆锥体以其外壳的一条边线与平面相接触，即横向放在一个水平平面上时，都会出现随遇平衡状态. 这些物体如被移置到一个新的位置时， 虽然它们不能自动地恢复其原来的位置， 但它们在新的位置上，却仍能停住不动，其重心之高度，亦保持不变. 一般说来，任何微小之运动，既不能将其重心提高，亦不能使其重心降低之物体，一定处于随遇平衡状态之
21、下.上述几种平衡状态，是处于重力场以及其他有势场的物体在场作用下的平衡情况. 处于有势场的物体和场一起具有势能，而物体都有向势能较小位置运动的趋势. 稳定平衡是指物体处于势能最小位置，当稍有微小扰动，令其离开平衡位置，外界必须对它做功，势能增加，在扰动后物体将自动回到原来势能最少的位置. 所谓不稳平衡是指物体处于势能最大时的平衡任何微小的扰动即能引起重力对它做功，势能继续减少，不能再自动恢复原状. 而随遇平衡的物体，受到扰动，势能将保持不变，在任意位置可继续保持平衡. 在日常生活中对具体问题应具体分析，例如，放在桌上的鸡蛋，对旋转运动来说，是处于随遇平衡状态下；对倾倒运动而言，开始是不稳平衡，接着则为稳定平衡.10