新教材物理人教版教案第四章运动和力的关系第六节超重和失重教案

1．认识超重现象，理解产生超重现象的条件和实质。2．认识失重现象，理解产生失重现象的条件和实质。3．能用超重、失重的观点分析支持力或拉力的大小。4．了解常见的超重、失重现象。一、重力的测量1．重力：在地球表面附近，物体由于地球的eq\o(□,\s\up3(01))吸引而受到的力。2．重力的测量方法(1)公式法：先测量物体做自由落体运动的加速度g，再用eq\o(□,\s\up3(02))天平测量物体的质量，根据G＝mg算出重力大小。(2)平衡条件法：将待测物体悬挂或放置在测力计上，使它处于eq\o(□,\s\up3(03))静止状态。这时物体所受的重力和测力计对物体的拉力或支持力的大小相等。这是测量重力最常用的方法。二、超重和失重人站在体重计上向下蹲的过程中，体重计的示数会eq\o(□,\s\up3(01))变化。体重计的示数称为eq\o(□,\s\up3(02))视重，反映了eq\o(□,\s\up3(03))人对体重计的压力。1．超重(1)定义：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)eq\o(□,\s\up3(04))大于物体所受重力的现象。(2)产生条件：物体具有eq\o(□,\s\up3(05))向上的加速度。2．失重(1)定义：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)eq\o(□,\s\up3(06))小于物体所受重力的现象。(2)产生条件：物体具有eq\o(□,\s\up3(07))向下的加速度。(3)完全失重①定义：物体对支持物(或悬挂物)eq\o(□,\s\up3(08))完全没有作用力的现象。②产生条件：a＝eq\o(□,\s\up3(09))g，方向eq\o(□,\s\up3(10))竖直向下。判一判(1)在地球表面附近，无论物体处于什么状态，物体对悬绳的拉力都与重力大小相等。()(2)在水平面上做匀速直线运动的火车中，可以用弹簧秤测量物体的重力大小。()(3)物体处于超重状态时重力增大了。()(4)物体处于失重状态时重力减小了。()(5)物体处于超重或失重状态时，物体的重力始终存在，大小也没有变化。()(6)做自由落体运动的物体处于完全失重状态。()提示：(1)×(2)√(3)×(4)×(5)√(6)√想一想向上运动就是超重状态，向下运动就是失重状态，这种说法正确吗？提示：这种说法不正确。超重、失重现象的产生条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。加速度向上时，物体可能向上加速运动，也可能向下减速运动；加速度向下时，物体可能向下加速运动，也可能向上减速运动。所以判断超重、失重现象要看加速度的方向，加速度向上时超重，加速度向下时失重。课堂任务对超重和失重的理解仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。站在体重计上向下蹲，你会发现，在下蹲的过程中，体重计的示数先变小，后变大，再变小。当人静止后，体重计的示数保持某一值不变，这是为什么？活动1：如图所示，体重计的示数称为视重，试用牛顿第二定律分析视重为什么会这样变化？提示：体重计的示数反映了人对体重计的压力，根据牛顿第三定律，人对体重计的压力与体重计对人的支持力FN大小相等，方向相反。人在下蹲时受到重力G和体重计的支持力FN，这两个力的共同作用使人在下蹲的过程中，先后经历加速、减速和静止三个阶段。以向下为正方向，由牛顿第二定律对这三个过程分别列式：mg－FN1＝ma1，mg－FN2＝－ma2，mg－FN3＝0，解得FN1＝m(g－a1)<mg，FN2＝m(g＋a2)>mg，FN3＝mg。活动2：视重小于人的重力叫失重，视重大于人的重力叫超重。试分析人在体重计上站起过程中的超重和失重情况。提示：人站起的过程中，先加速后减速。以向上为正方向，由牛顿第二定律，有FN1－mg＝ma1，FN2－mg＝－ma2，解得FN1＝m(g＋a1)>mg，FN2＝m(g－a2)<mg，即人开始超重，后来失重。活动3：站在电梯里的体重计上，感受电梯启动、运行和制动过程中的超重和失重现象并总结。如果电梯自由下落，人会有什么感觉？提示：电梯匀速运行时，人既不超重也不失重；电梯向上加速启动时人超重，电梯向上减速制动时人失重；电梯向下加速启动时人失重，电梯向下减速制动时人超重。如果电梯自由下落，人只受重力作用，不受电梯的支持力，体重计示数为0，人将感觉不到重力。活动4：讨论、交流、展示，得出结论。1．超重、失重现象的分析2．对超重和失重的理解(1)超重与失重现象仅仅是一种表象，无论是超重还是失重，物体所受的重力都没有变化。(2)物体处于超重还是失重状态，只取决于加速度的方向，与物体的运动方向无关。(3)加速度的大小决定了超重或失重的程度。视重相对重力的改变量为ma，a为物体竖直方向的加速度。(4)完全失重是失重现象的极限。完全失重时，与重力有关的一切现象都将消失。(5)若物体不在竖直方向运动，而加速度在竖直方向有分量，即ay≠0，则当ay竖直向上时物体处于超重状态，当ay竖直向下时物体处于失重状态。例质量为60kg的人站在升降机中的体重计上，当升降机做下列各种运动时，体重计的读数是多少？人处于什么状态？(g取10m/s2)(1)升降机匀速上升；(2)升降机以3m/s2的加速度加速上升；(3)升降机以4m/s2的加速度加速下降。(1)如何求体重计的读数？提示：体重计的读数实质是人对体重计的压力大小，求出体重计对人的支持力，根据牛顿第三定律即可得出体重计的读数。(2)如何求出体重计对人的支持力？提示：根据牛顿第二定律，结合加速度的方向列式F－mg＝ma或mg－F＝ma，即可求出F。[规范解答]人站在升降机中的体重计上，受力情况如图所示。(1)当升降机匀速上升时，由牛顿第二定律得F合＝FN－G＝0，所以人受到的支持力FN＝G＝mg＝600N，根据牛顿第三定律得人对体重计的压力大小为600N，即体重计的读数为600N，人处于平衡状态。(2)当升降机以3m/s2的加速度加速上升时，由牛顿第二定律得FN－G＝ma，FN＝ma＋G＝m(g＋a)＝780N，由牛顿第三定律得，此时体重计的读数为780N，大于人的重力，人处于超重状态。(3)当升降机以4m/s2的加速度加速下降时，由牛顿第二定律得G－FN＝ma，FN＝G－ma＝m(g－a)＝360N，由牛顿第三定律得，此时体重计的读数为360N，小于人的重力，人处于失重状态。[完美答案](1)600N平衡状态(2)780N超重状态(3)360N失重状态超重和失重问题的解题步骤(1)确定研究对象，并对其进行受力分析，画出受力示意图；(2)分析物体的运动状态，确定加速度的方向，并在受力示意图旁边标出；(3)选取加速度的方向为正方向，根据牛顿第二定律列方程；(4)解方程，得到物体所受悬挂物的拉力或支持面的支持力；5由牛顿第三定律，判定物体对悬挂物的拉力或对支持面的压力与物体重力的关系，从而判定物体处于超重还是失重状态。eq\a\vs4\al([变式训练])图甲是某人站在力传感器上做下蹲、起跳动作时的示意图，中间的“·”表示人的重心，图乙是根据传感器采集到的数据画出的力—时间图线，两图中a～g各点均对应，其中有几个点在图甲中没有画出，取重力加速度g＝10m/s2。根据图像分析可知()A．人的重力为1500NB．c点位置人处于超重状态C．e点位置人处于失重状态D．人在d点位置的加速度小于在f点的加速度答案B解析开始时人处于平衡状态，人对传感器的压力是500N，根据牛顿第三定律和平衡条件可知，人的重力也是500N，A错误；由图乙可知，人处于c点时对传感器的压力大于其重力，处于超重状态，B正确；人处于e点时对传感器的压力大于其重力，处于超重状