新教材物理人教版教案第四章運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系第六節(jié)超重和失重教案

1．認(rèn)識(shí)超重現(xiàn)象，理解產(chǎn)生超重現(xiàn)象的條件和實(shí)質(zhì)。2．認(rèn)識(shí)失重現(xiàn)象，理解產(chǎn)生失重現(xiàn)象的條件和實(shí)質(zhì)。3．能用超重、失重的觀點(diǎn)分析支持力或拉力的大小。4．了解常見的超重、失重現(xiàn)象。一、重力的測量1．重力：在地球表面附近，物體由于地球的eq\o(□,\s\up3(01))吸引而受到的力。2．重力的測量方法(1)公式法：先測量物體做自由落體運(yùn)動(dòng)的加速度g，再用eq\o(□,\s\up3(02))天平測量物體的質(zhì)量，根據(jù)G＝mg算出重力大小。(2)平衡條件法：將待測物體懸掛或放置在測力計(jì)上，使它處于eq\o(□,\s\up3(03))靜止?fàn)顟B(tài)。這時(shí)物體所受的重力和測力計(jì)對物體的拉力或支持力的大小相等。這是測量重力最常用的方法。二、超重和失重人站在體重計(jì)上向下蹲的過程中，體重計(jì)的示數(shù)會(huì)eq\o(□,\s\up3(01))變化。體重計(jì)的示數(shù)稱為eq\o(□,\s\up3(02))視重，反映了eq\o(□,\s\up3(03))人對體重計(jì)的壓力。1．超重(1)定義：物體對支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?eq\o(□,\s\up3(04))大于物體所受重力的現(xiàn)象。(2)產(chǎn)生條件：物體具有eq\o(□,\s\up3(05))向上的加速度。2．失重(1)定義：物體對支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?eq\o(□,\s\up3(06))小于物體所受重力的現(xiàn)象。(2)產(chǎn)生條件：物體具有eq\o(□,\s\up3(07))向下的加速度。(3)完全失重①定義：物體對支持物(或懸掛物)eq\o(□,\s\up3(08))完全沒有作用力的現(xiàn)象。②產(chǎn)生條件：a＝eq\o(□,\s\up3(09))g，方向eq\o(□,\s\up3(10))豎直向下。判一判(1)在地球表面附近，無論物體處于什么狀態(tài)，物體對懸繩的拉力都與重力大小相等。()(2)在水平面上做勻速直線運(yùn)動(dòng)的火車中，可以用彈簧秤測量物體的重力大小。()(3)物體處于超重狀態(tài)時(shí)重力增大了。()(4)物體處于失重狀態(tài)時(shí)重力減小了。()(5)物體處于超重或失重狀態(tài)時(shí)，物體的重力始終存在，大小也沒有變化。()(6)做自由落體運(yùn)動(dòng)的物體處于完全失重狀態(tài)。()提示：(1)×(2)√(3)×(4)×(5)√(6)√想一想向上運(yùn)動(dòng)就是超重狀態(tài)，向下運(yùn)動(dòng)就是失重狀態(tài)，這種說法正確嗎？提示：這種說法不正確。超重、失重現(xiàn)象的產(chǎn)生條件不是速度的方向向上或向下，而是加速度的方向向上或向下。加速度向上時(shí)，物體可能向上加速運(yùn)動(dòng)，也可能向下減速運(yùn)動(dòng)；加速度向下時(shí)，物體可能向下加速運(yùn)動(dòng)，也可能向上減速運(yùn)動(dòng)。所以判斷超重、失重現(xiàn)象要看加速度的方向，加速度向上時(shí)超重，加速度向下時(shí)失重。課堂任務(wù)對超重和失重的理解仔細(xì)觀察下列圖片，認(rèn)真參與“師生互動(dòng)”。站在體重計(jì)上向下蹲，你會(huì)發(fā)現(xiàn)，在下蹲的過程中，體重計(jì)的示數(shù)先變小，后變大，再變小。當(dāng)人靜止后，體重計(jì)的示數(shù)保持某一值不變，這是為什么？活動(dòng)1：如圖所示，體重計(jì)的示數(shù)稱為視重，試用牛頓第二定律分析視重為什么會(huì)這樣變化？提示：體重計(jì)的示數(shù)反映了人對體重計(jì)的壓力，根據(jù)牛頓第三定律，人對體重計(jì)的壓力與體重計(jì)對人的支持力FN大小相等，方向相反。人在下蹲時(shí)受到重力G和體重計(jì)的支持力FN，這兩個(gè)力的共同作用使人在下蹲的過程中，先后經(jīng)歷加速、減速和靜止三個(gè)階段。以向下為正方向，由牛頓第二定律對這三個(gè)過程分別列式：mg－FN1＝ma1，mg－FN2＝－ma2，mg－FN3＝0，解得FN1＝m(g－a1)<mg，F(xiàn)N2＝m(g＋a2)>mg，F(xiàn)N3＝mg?；顒?dòng)2：視重小于人的重力叫失重，視重大于人的重力叫超重。試分析人在體重計(jì)上站起過程中的超重和失重情況。提示：人站起的過程中，先加速后減速。以向上為正方向，由牛頓第二定律，有FN1－mg＝ma1，F(xiàn)N2－mg＝－ma2，解得FN1＝m(g＋a1)>mg，F(xiàn)N2＝m(g－a2)<mg，即人開始超重，后來失重?；顒?dòng)3：站在電梯里的體重計(jì)上，感受電梯啟動(dòng)、運(yùn)行和制動(dòng)過程中的超重和失重現(xiàn)象并總結(jié)。如果電梯自由下落，人會(huì)有什么感覺？提示：電梯勻速運(yùn)行時(shí)，人既不超重也不失重；電梯向上加速啟動(dòng)時(shí)人超重，電梯向上減速制動(dòng)時(shí)人失重；電梯向下加速啟動(dòng)時(shí)人失重，電梯向下減速制動(dòng)時(shí)人超重。如果電梯自由下落，人只受重力作用，不受電梯的支持力，體重計(jì)示數(shù)為0，人將感覺不到重力?；顒?dòng)4：討論、交流、展示，得出結(jié)論。1．超重、失重現(xiàn)象的分析2．對超重和失重的理解(1)超重與失重現(xiàn)象僅僅是一種表象，無論是超重還是失重，物體所受的重力都沒有變化。(2)物體處于超重還是失重狀態(tài)，只取決于加速度的方向，與物體的運(yùn)動(dòng)方向無關(guān)。(3)加速度的大小決定了超重或失重的程度。視重相對重力的改變量為ma，a為物體豎直方向的加速度。(4)完全失重是失重現(xiàn)象的極限。完全失重時(shí)，與重力有關(guān)的一切現(xiàn)象都將消失。(5)若物體不在豎直方向運(yùn)動(dòng)，而加速度在豎直方向有分量，即ay≠0，則當(dāng)ay豎直向上時(shí)物體處于超重狀態(tài)，當(dāng)ay豎直向下時(shí)物體處于失重狀態(tài)。例質(zhì)量為60kg的人站在升降機(jī)中的體重計(jì)上，當(dāng)升降機(jī)做下列各種運(yùn)動(dòng)時(shí)，體重計(jì)的讀數(shù)是多少？人處于什么狀態(tài)？(g取10m/s2)(1)升降機(jī)勻速上升；(2)升降機(jī)以3m/s2的加速度加速上升；(3)升降機(jī)以4m/s2的加速度加速下降。(1)如何求體重計(jì)的讀數(shù)？提示：體重計(jì)的讀數(shù)實(shí)質(zhì)是人對體重計(jì)的壓力大小，求出體重計(jì)對人的支持力，根據(jù)牛頓第三定律即可得出體重計(jì)的讀數(shù)。(2)如何求出體重計(jì)對人的支持力？提示：根據(jù)牛頓第二定律，結(jié)合加速度的方向列式F－mg＝ma或mg－F＝ma，即可求出F。[規(guī)范解答]人站在升降機(jī)中的體重計(jì)上，受力情況如圖所示。(1)當(dāng)升降機(jī)勻速上升時(shí)，由牛頓第二定律得F合＝FN－G＝0，所以人受到的支持力FN＝G＝mg＝600N，根據(jù)牛頓第三定律得人對體重計(jì)的壓力大小為600N，即體重計(jì)的讀數(shù)為600N，人處于平衡狀態(tài)。(2)當(dāng)升降機(jī)以3m/s2的加速度加速上升時(shí)，由牛頓第二定律得FN－G＝ma，F(xiàn)N＝ma＋G＝m(g＋a)＝780N，由牛頓第三定律得，此時(shí)體重計(jì)的讀數(shù)為780N，大于人的重力，人處于超重狀態(tài)。(3)當(dāng)升降機(jī)以4m/s2的加速度加速下降時(shí)，由牛頓第二定律得G－FN＝ma，F(xiàn)N＝G－ma＝m(g－a)＝360N，由牛頓第三定律得，此時(shí)體重計(jì)的讀數(shù)為360N，小于人的重力，人處于失重狀態(tài)。[完美答案](1)600N平衡狀態(tài)(2)780N超重狀態(tài)(3)360N失重狀態(tài)超重和失重問題的解題步驟(1)確定研究對象，并對其進(jìn)行受力分析，畫出受力示意圖；(2)分析物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，確定加速度的方向，并在受力示意圖旁邊標(biāo)出；(3)選取加速度的方向?yàn)檎较?，根?jù)牛頓第二定律列方程；(4)解方程，得到物體所受懸掛物的拉力或支持面的支持力；5由牛頓第三定律，判定物體對懸掛物的拉力或?qū)χС置娴膲毫εc物體重力的關(guān)系，從而判定物體處于超重還是失重狀態(tài)。eq\a\vs4\al([變式訓(xùn)練])圖甲是某人站在力傳感器上做下蹲、起跳動(dòng)作時(shí)的示意圖，中間的“·”表示人的重心，圖乙是根據(jù)傳感器采集到的數(shù)據(jù)畫出的力—時(shí)間圖線，兩圖中a～g各點(diǎn)均對應(yīng)，其中有幾個(gè)點(diǎn)在圖甲中沒有畫出，取重力加速度g＝10m/s2。根據(jù)圖像分析可知()A．人的重力為1500NB．c點(diǎn)位置人處于超重狀態(tài)C．e點(diǎn)位置人處于失重狀態(tài)D．人在d點(diǎn)位置的加速度小于在f點(diǎn)的加速度答案B解析開始時(shí)人處于平衡狀態(tài)，人對傳感器的壓力是500N，根據(jù)牛頓第三定律和平衡條件可知，人的重力也是500N，A錯(cuò)誤；由圖乙可知，人處于c點(diǎn)時(shí)對傳感器的壓力大于其重力，處于超重狀態(tài)，B正確；人處于e點(diǎn)時(shí)對傳感器的壓力大于其重力，處于超重狀