超重和失重 教学设计 粤教必修2

一、教学目标

1、了解超重和失重现象

2、运用牛顿第二定律研究超重和失重的原因

3、加强学生运用牛顿第二定律分析和解决问题的能力

4、渗透“学以致用”的思想，激发学生的学习热情

二、教学重点

超重和失重的现象及实质

三、教学难点

在超重和失重中有关对支持物的压力或对悬挂物拉力的计算

四、教学方法

讲练法、类比法、启发教学法

五、教学道具

多媒体，塑料瓶

六、课时安排

1课时

七、教学过程

导入新课

一个重100N 的物体静止在水平地面上，它对地面的压力是多大呢？（100N。）

一个重100N 的物体悬挂在一个弹簧秤上，静止时，它对弹簧秤的拉力是多大呢？（100N。）

弹簧秤的示数是多少呢？（100N。）

那么，是不是物体在任何时候对支持物的压力或对悬挂它的物体的作用力都等于它的重力大小吗？（不是。）

大家都知道不是物体在任何时候对支持物的压力或对悬挂它的物体的作用力都等于它的重力大小，有的时候作用力大于物体的重力，此时我们叫做超重；而有的时候小于物体的重力，此时我们叫失重。那么究竟什么是超重，什么是失重，已经什么情况下会超重和失重呢？本节课，我们就来学习超重和失重。

新课教学：

一、超重

究竟什么是超重现象？下面我们来分析。同学仔细观察动画并思考。

[播放动画] 演示加速上升，减速上升，加速下降，减速下降过程。

同时学生观察升降机的运动情况和体重计的示数。

将数据填入表格中。

[教师讲解] 我们在读体重计的示数时，体重计显示的示数是

人对体重计的压力的大小。

[诱导思学] （1）当升降机静止时，人在体重计上的受力情况是：

受到竖直向下的重力G=mg
和竖直向上的支持力F支。

由平衡知 F_支=G=mg。

（2）当升降机加速上升时，体重计和人都加速上升，设加速度为a，以人为研究对象，规定加速度的方向竖直向上为正方向，根据牛顿第二定律 F=m a 可知F_支–G = m a ， G=mg

所以F_支= mg ＋ ma>mg= G。

[引导总结] 当物体有向上的加速度时，体重计对人的支持力大于物体的重力。根据牛顿第三定律，物体对体重计的压力大于物体的重力。当物体对支持物的压力大于物体的重力的现象，我们称为超重现象。

[学生思考] 若将一物体悬挂在一个升降机的顶板上，假如悬线不会断，升降机加速上升时，悬线对物体的拉力怎么样呢？（悬线对物体的拉力大于物体的重力。）

上述现象中，物体重力变了吗？（没有）

[引导总结] 发生超重现象时，物体对悬线或支持物的作用力增大了，但是物体自身的实际重量并没有改变。

物体超重时，具有竖直向上的加速度，物体的运动状态可能是向上加速运动，也可能是向下加速运动。

[学以致用] 一个质量为40㎏的人站在升降机内，若升降机以2.5 m/s²的加速度加速上升，升降机给人的支持力为多大？

当升降机加速上升时，加速度a =2.5 m/s²，以人为研究对象，规定加速度的方向竖直向上为正方向，根据牛顿第二定律 F = m a 可知F_支–G=m a ， G=mg 所以F_支= mg ＋ ma = 500N。

[继续分析]（3）当升降机加速下降时，体重计和人加速下降，设加速度为a , 以人为研究对象，规定加速度竖直向下的方向为正方向，根据牛顿第二定律，F=m a 可知G–F_支=m a ， G=mg

所以F_支= mg – ma< mg =G。

[引导总结] 当物体具有竖直向下的加速度时，物体对支持物的压力小于物体的重力的现象，我们称为失重。失重时，物体的重力并没有发生改变。失重时，物体的运动状态可能是向上做减速运动也可能是向下做加速运动。

[合作研究与交流]

（1）质量为40㎏ 的人站在升降机的体重计上，若升降机以2.5m/s²的加速度加速下降，则体重计的示数为多少？人的重力为多少？

当升降机加速下降时，体重计和人加速下降，加速度a = 2.5m/s², 以人为研究对象，规定加速度竖直向下的方向为正方向，根据牛顿第二定律，F=m a 可知G–F_支=m a ， G=mg

所以F_支= mg – ma = 300N。根据牛顿第三定律，体重计的示数为30㎏。此时人的重力仍然是400N。

（2）若升降机匀加速下降的加速度为a = g 时，测力计的示数又为多少呢？人的重力为多少呢？

当升降机加速下降时，体重计和人加速下降，加速度a = g, 以人为研究对象，规定加速度竖直向下的方向为正方向，根据牛顿第二定律，F=m a 可知G–F_支=m a ， G=mg

所以F_支= mg – mg = 0。根据牛顿第三定律，体重计的示数为0。而此时人的重力仍然是400N。

[归纳总结] 物体竖直向下的加速度为重力加速度时，物体对测力计的作用力完全消失的现象，叫完全失重。 完全失重时，由于重力完全使物体产生加速度，它对接触物产生的压力完全消失，导致平时由于重力产生的物理现象也消失，如液体的压强，浮力消失；天平也无法使用等等。

[学以致用] 找一个用过的饮料瓶，在靠近底部的侧面打一小孔，用手堵住小孔，在里面装上水。移开手，水会怎么样呢？我们来看这个实验。（水会从小孔中流出来。）

那么，当瓶子在空中下落时又会怎么样呢？（瓶子下落过程中，水不再流出来了。）

这是什么原因呢？

[教师点拨] 瓶静止时，由水的重力产生的压强使水对瓶壁有压力，故水从洞中流出，当瓶自由下落时，水处于失重状态，重力不再产生压力、压强，所以水将不从洞中流出。

课后，同学们可回家自己做做这个实验。

[总结拓展] 物体具有竖直向上的加速度时，物体就超重；物体具有竖直向下的加速度时就失重，若向下的加速度为重力加速度时，则完全失重。

超重和失重的实质是物体对悬挂物或对支持物的作用力增大或减小，而物体自身的重力并没有发生改变。

超重和失重在生活中常见，为减轻桥梁所受压力，鄂黄长江大桥造成凸型，使汽车过桥时有一个向下的加速度而使桥梁所受压力减轻。在宇宙飞船上，由于失重现象，食品主要是流体等等。

[创新延伸] “神州六号”飞船的试飞成功，极大的鼓舞了所有中国人。试问：飞船在起飞阶段和返回大气层后下落阶段，飞船内的航天员是处于超重状态还是失重状态？

作业

课本p78：1，2，3

超重与失重

一、超重

1、定义：物体对支持物或悬绳的作用力大于重力的现象

2、实质：作用力大于重力 F_N>G

3、条件：具有向上的加速度

二、失重

1、定义：物体对支持物或悬绳的作用力小于重力的现象

2、实质：作用力小于重力 F_N< G

3、条件：具有向下的加速度

4、完全失重：物体向下的加速度为重力加速度时，对支持物或悬绳的作用力为零