3.8 超重和失重

3.8 超重和失重【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。【重点难点】1、超重和失重现象产生的原因；2、超重和失重的应用。【教学方法】 实验、讲练结合【教学用具】 弹簧秤、钩码【教学过程】一、超重现象【演示1】弹簧秤挂着钩码做下列运动，试分析弹簧秤的示数变化情况。（1）静止；（2）匀速运动（向上或向下）；（3）匀加速向上运动（或匀减速向下运动）。【演示2】找一条纸带，在纸带中间部位剪个小缺口，纸带的一端固定一重物，另一端用手拿住，小心提起重物，这时纸带没有断。然后向上加速提起重物，纸带就断了；或者提起重物急剧向下运动后突然停住，纸带也会断裂。1、超重：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)大于物体所受重力的现象称为超重现象。2、特点：（1）动力学特点：支持面对物体的支持力(或悬线对物体的拉力)大于物体所受的重力。（2）运动学特点：物体具有向上的加速度（或向上的加速度分量）。它包括两种可能的运动情况： 向上加速运动或向下减速运动。 重力的作用效果：一方面使支持物（或悬挂物）发生形变，另一方面使物体本身的运动状态发生改变（产生加速度）。3、产生超重现象时，物体的重力并没有改变，只是对水平支持物的压力或对悬挂物的拉力增大。二、失重现象【演示3】弹簧秤挂着钩码做下列运动，试分析弹簧秤的示数变化情况。（1）静止；（2）匀速运动（向上或向下）；（3）匀加速向下运动（或匀减速向上运动）。1、失重：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)小于物体所受重力的现象称为失重现象。2、特点：（1）动力学特点：支持面对物体的支持力(或悬线对物体的拉力)小于物体所受的重力。（2）运动学特点：物体具有向下的加速度（或向下的加速度分量）。它包括两种可能的运动情况： 向下加速运动或向上减速运动。3、完全失重：ag（重力全部用来产生加速度）。 完全失重时，由于重力产生的一切现象均消失。如：（1）人站着睡觉和躺着一样舒服；（2）液体不再产生压强和浮力；（3）天平不能再使用；（4）液滴呈绝对球形（滚珠、泡沫金属）；4、产生失重现象时，物体的重力并没有改变，只是对水平支持物的压力或对悬挂物的拉力减小。三、实重、视重、失重（超重）1、实重：物体受到的实际重力（Gmg）。2、视重：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)秤的示数。3、失重（超重）：【注意】 （1）物体处于超重或失重状态时，物体的重力并没有改变，改变的是视重。 （2）判断物体处于超重（或失重）的依据是加速度的方向，而不是运动（速度）方向。【课内练习】【例1】某人在a=2 m/s2匀加速下降的升降机中最多能举m1=75kg的物体，则此人在地面上最多可举起多大质量的物体？若此人在一匀加速上升的升降机中最多能举起m2=50 kg的物体，则此升降机上升的最大加速度为多大？（g=10 m/s2）【例2】质量为2 kg的物体通过弹簧秤挂在升降机的顶板上，升降机在竖直方向运动时，弹簧秤的示数为16 N， 当升降机的速度为3 ms时，经过1 s，升降机的位移可能为多大（g取为10m/s2）。【例3】倾角为的光滑斜面体固定于水平面上，已知斜面体的质量为M，一质量为m的木块正沿斜面加速下滑，则木块下滑过程中，斜面体对木块的支持力多大？ 【课外作业】教材P64（2）、（3）【板书设计】【教学随感】【课外资料】完全失重情况下的一些物理现象 人造地球卫星、宇宙飞船、航天飞机等 航天器进入轨道后，其中的人和物将处于失重状态。航天器进入轨道后可以近似认为是绕地球做圆周运动，做圆周运动的物体的速度方向是时刻改变的，因而具有加速度，它的大小等于卫星所在高度处的重力的大小。这跟在以重力加速度下降的升降机中发生的情况类似，航天器中的人和物都处于完全失重状态。 你能够想像出失重的条件下会发生什么现象吗？你设想地球上一旦重力消失，会发生什么现象，在宇宙飞船中就会发生什么现象。物体将飘在空中，液滴呈绝对球形，气泡在液体中将污泥浊水 上浮。宇航员站着睡觉和躺着睡觉一样舒服，走路务必小心，稍有不慎，将“上不着天，下不着地”食物要做成块状或牙膏似的糊状，以免食物的碎渣“漂浮”在空中，进入宇航员的眼睛、鼻孔你还可以继续发挥你的想像力，举出更多的现象来。 你还可以再想一想，人类能够利用失重的条件做些什么？下面举几个事例，将会帮助你思考。这里所举的事例虽然还没有完全实现，但科学家们正在努力探索，也许不久的将来就会实现。 在失重的条件下，熔化了的金属的液滴，形状呈绝对球形，冷却后可以成为理想的滚珠。而在地面上，用现代技术制成的滚珠，并不呈绝对球形，这是造成轴承磨损的重要原因之一。 玻璃纤维（一种很细的玻璃丝，直径为几十微米），是现代光纤通信的主要部件。在地面上不可能制成很长玻璃纤维，因为没等到液态的玻璃丝凝固，由于重力的作用，它将被拉成小段。而在太空的轨道上，将可以制造出几百米长的玻璃纤维。 在太空的轨道上，可以制成一种新的泡沫材料泡沫金属。在失重条件下，在液态的金属中通以气体，气泡将不“上浮”，也不“下沉”，均匀地分布在液态金属中，凝固后就成为泡沫金属，这样可以制成轻得像软木塞似的泡沫钢,用它做机翼,又轻又结实。 同样的道理，在失重的条件下，混合物可以均匀地混合，由此可以制成地面上不能得到的特种使合金。电子工业、化学工业、核工业等部门，对高纯度材料的需要不断增加，其纯度要求为“6个9”至“8个9”，即99.9999%99.999999%.在地面上,冶炼金属需在容器内进行，总会有一些容器的微量元素掺入到被冶炼的金属中。而在太空中“悬浮冶炼”，是在失重条件下进行的，不需要用容器，消除了容器对材料的污染，可以获得纯度极高的产品。 在电子技术中所用的晶体，在地面上生长时，由于受重力的影响，晶体的大小受到限制，而且要受到容器的污染，在失重条件下，晶体的生长是均匀的，生长出来的晶体也要大得多。在不久的将来，如能在太空建立起工厂，生产出砷化镓的纯