《超重和失重》教学设计-2025-2026学年高一物理上册人教版必修第一册

4.6超重和失重教学设计

教材分析

重力测量与超失重现象是牛顿力学的重要应用，衔接了运动学与动力学知识，核心概念包

括重力G=mg、视重FN与加速度。的关系正N=加（。士。），对应相互作用观与运动与相互

作用观念。教材通过自由落体测量和测力计平衡两种方法建立重力概念，再以体重计示数

变化引出超失重现象，最后拓展至完全失重和航天应用，形成”测量方法一＞现象分析一＞实

际应用”的逻辑链条。采用图示分析（图4.6-1至4.63）和电梯例题的建模方法，将抽象

力学关系可视化。学习难点在于区分实重与视重的物理本质，理解心变化源于加速度而

非重力改变，以及完全失重a=g条件的特殊性。学生易混淆加速运动中的“失重”与重力

消失，需通过受力分析强调mg恒定性，并借助航天实例说明失重环境特点。

学情分析

学生已掌握重力、质量、牛顿第二和第三定律等基本概念，具备分析受力与运动关系的初

步能力。高中阶段学生抽象思维逐步发展，但对失重、超重等非直观现象易产生认知冲

突，常将“视重”误认为"实重”，难以脱离日常经验理解力学动态过程。本节重点是理解重

力测量原理及超重、失重的成因，难点在于结合加速度方向运用牛顿定律进行受力分析，

要求学生具备将实际运动情境转化为物理模型的能力，并准确区分实重与视重的概念本

质。

教学目标

物理观念:

能够区分实重与视重的概念，解释重力测量的两种方法，分析超重和失重现象的产生条

件。

科学思维:

会运用牛顿运动定律推导超重和失重的数学表达式，通过受力分析解决电梯运动中的力学

问题。

科学探究:

能设计简单实验验证超重和失重现象，通过体重计示数变化探究运动状态与受力关系。

科学态度与责任:

认识到航天技术中力学研究的重要性，对失重现象产生科学兴趣，关注物理知识在实际中

的应用。

重点难点

教学重点：

通过实例分析，理解重力测量的两种方法及原理

通过受力分析，掌握超重与失重现象的判断依据

教学难点：

通过运动状态变化，理解视重与实重的区别

通过加速度方向判断，掌握完全失重的条件4特征

课堂导入

同学们，你们有没有在游乐园玩过跳楼机？当机器突然下坠时，那种心脏仿佛要跳出胸口

的感觉，或者上升时身体被紧紧压在座椅上的体验，都让人印象深刻。更神奇的是，如果

这时你手里拿着一瓶水，会发现水面变得不再水平。为什么在快速升降的过程中，我们的

身体会有这样奇特的感受？为什么水面的形状会发生变化？

重力的测量

探究新知

创设情景

在日常生活中，我们常用电子秤称量物体的重量，例如买菜时称量一袋苹果。当苹果放在

电子秤上静止时，秤的显示屏会显示出一个数值，这个数值实际上反映了苹果所受重力的

大小。同样，弹簧测力计也可以用来测量物体的重力，如物理实验中悬挂钩码时指针的读

数。

问题探讨

问题：

问题1:为什么静止放在测力计上的物体，其重力可以通过测力计的示数来反映？

问题2：如果物体不在测力计上，而是做自由落体运动，还能直接读出重力吗？

问题3：自由落体运动的加速度与重力之间有什么关系？

问题4：能否通过测量质量和加速度来间接计算重力？

探讨：

问题1：当物体静止悬挂在测力计上或放置在其托盘上时，物体受到两个力：竖直向下

的重力和测力计提供的竖直向上的拉力或支持力。由于物体处于静止状态，根据力的平衡

条件，这两个力大小相等、方向相反，因此测力计的示数就等于物体所受重力的大小。

问题2：在自由落体过程中，物体只受重力作用且处于加速状态，无法通过测力计读数

直接获得重力，因为此时测力计与物体之间无相互作用力。但可通过测量其下落的加速度

来间接获取重力信息。

问题3：实验表明，所有物体在地球表面附近自由下落时的加速度均为g,这一加速度由

重力引起。根据牛顿第二定律，力等于质量乘以加速度，因此重力G与质量m和加速度g

的关系为G=mg。

问题4：是的，先用天平测出物体的质量加，再通过实验测得自由落体加速度g,利用公

式G=mg即可计算出物体所受重力。

归纳总结

1.地球表面附近的物体由于地球的吸引而受到重力。

2.测量重力的一种方法是先测量物体做自由落体运动的加速度g,再用天平测量物体

的质量m,利用牛顿第二定律可得G=mg。

3.另一种方法是利用力的平衡条件进行测量：将物体悬挂或放置在测力计上并保持静

止，此时物体所受重力与测力计的拉力或支持力大小相等，测力计的示数即为重力

大小。

4.这种利用测力计的方法是测量重力最常用的方法。

概念深化

问题

为什么用测力计测量重力时必须让物体处于静止状态？如果物体在加速上升或下降，示数

还能准确反映重力吗？

答案

只有当物体处于静止或匀速直线运动状态时，物体才满足力的平衡条件，此时测力计的拉

力才与重力大小相等。若物体加速上升，测力计需提供大于重力的拉力以产生向上的加速

度，示数将大于实际重力；若加速下降，拉力小于重力，示数偏小。因此，在非平衡状态

下，测力计示数不再等于重力，必须在静止状态下测量才能准确反映重力大小。

失重与超重

探究新知

创设情景

在电梯中，当电梯启动加速下降或即将停止而减速下降时，人们常会感到身体变轻或变

重。同样，当人站在体重计上突然下蹲或站起时・，体重计的示数也会发生明显变化。这些

现象表明，测量仪器显示的“重量”并不总是等于人平时所感受到的重力。

问题探讨

问题：

问题1:当人站在体重计上下蹲的瞬间，体重计示数如何变化？

问题2：为什么体重计的示数会发生变化，而人的实际重力并未改变？

问题3：在下蹲过程中，支持力与重力的关系在不同阶段有何不同？

问题4：什么情况下会出现视重大于实重的现象？

探讨：

问题1：下蹲初期，人向下加速运动，加速度方向向下。以人整体为研究对象，受重力

mg和体重计支持力FN，由牛顿第二定律得mg-FN=巾。，解得风=加（9一a）<巾9，

故视重减小，体重计示数变小。

问题2：实重是物体实际所受重力，始终为mg,与运动状态无关；而视重是支持力的反

映，即体重计显示的是其对人的支持力大小。当人有加速度时，支持力不再等于重力，导

致视重变化。

问题3：下蹲分为加速向下和减速向下两个阶段。加速阶段：Q向下，FN<mg；减速阶

段：Q向上（速度向下但减小），则mg-FN=-7兀得FN=+a）>mg,支持力

大于重力。

问题4：当人减速下降（如下蹲末段）或加速上升时，加速度方向向上，支持力大于重

力，出现视重大于实重的现象，称为超重。

归纳总结

1.实重：物体实际所受的重力，与运动状态无关。

2.视重：弹簧测力计或体重计的示数，反映物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力。

3.失重现象：物体对支持物的压力小于所受重力的现象，发生条件为具有向下的加速

度，且满足凤=根（。一口）。

4.超重现象：物体对支持物的压力大于所受重力的现象，发生条件为具有向上的加速

度，且满足凤=加（9+。）。

5.当物体静止或匀速直线运动时，视重等于实重，FN=mg.

概念深化

问题

宇航员在飞船发射升空和返回地球的过程中，都会经历强烈的超重感，而在轨道运行时却

感觉“漂浮请结合超重与失重的概念解释这一现象。

答案

发射升空时，飞船向上加速，加速度方向向上，宇航员处于超重状态，支持力大于重力，

因而感到身体沉重；返回地球过程中，飞船减速下降，加速度方向仍向上（速度向下但减

小），同样出现超重现象。而在轨道运行时，飞船和宇航员均以相同加速度自由落体绕地

球运动，两者之间无相互压力，支持力为零，视重为零，处于完全失重状态，因此产生

“漂浮”感。

电梯中的失重和超重

探究新知

创设情景

乘坐电梯时，人们常会感觉到身体变重或变轻。例如，当电梯刚启动上升的瞬间，会感觉

脚下压力增大；而当电梯接近目标楼层减速停止时;又会感觉身体略微“飘起”。这些日常

体验与电梯运动状态密切相关，反映了人与电梯之间相互作用力的变化。

问题探讨

问题：

问题1：

电梯启动加速上升时，人对电梯地板的压力与静止时相比有何不同？

问题2：

为什么人在电梯中会感觉到“变重”或“变轻”?

问题3：

如何利用牛顿第二定律分犷•人对电梯地板的压力？

问题4：

在什么运动状态下会出现压力大于重力的现象？

问题5：

如果电梯向下加速运动，人对电梯的压力会发生怎样的变化？

探讨：

问题1:当电梯加速上升的，人随电梯一起向上加速，必须有一个向上的合力。此时人

受到重力mg竖直向下，电梯地板施加的支持力FN竖直向上。根据牛顿第二定律，有FN-

mg=ma,解得尸％=小(9+。)，说明支持力大于重力，因此人对电梯的压力也随之增

大。

问题2：人感觉到的“重”或“轻”实际上是脚底所受支持力的大小变化。当支持力大于重力

时，感觉"变重''；当支持力小于重力时，感觉“变轻”。

问题3：以竖直向上为正方向，应用牛顿第二定律可得mg=ma,由此计算出支持

力FN，再根据牛顿第三定律，人对电梯的压力大小等于FN，方向相反。

问题4：当电梯向上加速或向下减速时，加速度方向向上，导致FN>mg,出现R力大于

重力的情况。

问题5：若电梯向下加速，则加速度方向向下，取向上为正方向时Q为负值，由即=

m(g4-a)可知FN<徵9，即人对电梯的压力小于自身重力，出现失重现象。

归纳总结

1.当物体具有向上的加速度时，支持力大于重力，出现超重现象，即F4>Gc

2.当物体具有向下的加速度时，支持力小于重力，出现失重现象，即以VG,

3.超重与失重的本质是系统加速度引起支持力变化，并非重力改变。

4.牛顿第二定律表达式为FN-巾9=小。，其中a为竖直方向加速度。

5.根据牛顿第三定律，人对电梯的压力与电梯对人的支持力大小相等、方向相反。

概念深化

问题

若电梯以加速度Q=g自由下落，人对电梯地板的压力是多少？此时人处于何种状态？

答案

由牛顿第二定律得FN—mg=m(-g)，解得FN=O0根据牛顿第三定律，人对电梯的压

力也为零。此时人不受支持力作用，处于完全失重状态。尽管重力依然存在，但由于人和

电梯以相同加速度下落，两者之间无挤压，故感觉“漂浮”，这是自由落体运动中的典型完

全失重现象。

完全失重

探究新知

创设情景

乘坐电梯时，当电梯刚启动向下加速下降的瞬间，人会感觉身体变轻，脚底对电梯地板的

压力减小。若电梯以自由落体的方式下落，理论上人将完全“飘”在电梯内，脚底不再受到

支持力的作用。这种现象与航天员在太空中的状态相似。

问题探讨

问题：

问题1:

为什么人在加速下降的电梯中会感觉“变轻”？

问题2：

当电梯的加速度等于重力加速度g时，体重计的示数为何为零？

问题3：

此时人是否仍受重力作用？这与“失重”是否矛盾？

问题4：

航天器绕地球运行时，内部物体为何会漂浮？

探讨：

问题1:人站在电梯中时，体重计测量的是人对它的压力，这个压力等于支持力。当电

梯向下加速时，人的加速度也向下，根据牛顿第二定但，有兀其中尸N为支

持力。当QVg时，FNVmg,所以人感觉“变轻”。

问题2：当。=。时，代入上式得mg-FN=mg,解得FN=0,即支持力为零，体重计

示数为零，人对支持物无作用力。

问题3：此时人仍受重力作用，但因与支持物以相同加速度自由下落，两者之间无挤

压，故表现为“失重”。失重不是重力消失，而是物体对悬挂物或支持物的作用力为零。

问题4：航天器绕地球运行时，其和内部物体均以相同的向心加速度自由"下落”，处于持

续的Q=g状态，因此物体间无相互压力，呈现漂浮现象。

归纳总结

1.完全失重定义：当物体以加速度Q=g加速下降时，物体对支持物（或悬挂物）完

全没有作用力，这种现象叫作完全失重状态。

2.完全失重表现：体重计示数为0,物体飘浮在空中，液滴呈球形，气泡在液体中不

上浮，行走时易”上不着天、下不着地”。

3.航天器中的状态：航天器在轨道上运行时，内部物体处于完全失重状态。

概念深化

问题

完全失重状态下，物体仍受重力作用，那为何会出现液滴呈球形、气泡不上浮等现象？

答案

这些现象的本质源于“表观重力'’的消失。虽然重力仍然存在并提供向心力，但由于系统整

体处于自由下落状态，物体之间不再因重力产生挤压或分层效应。液滴因表面张力作用趋

于最小表面积——球形；气泡与液体具有相同的加速度，不会相对上浮。因此，尽管重力

仍在，但其宏观力学效应在系统内部“不可见”，导致日常由重力引起的现象消失。

课堂练习

第1题

【题文】小明同学在河南宝泉旅游度假区体验了号称“崖壁穿梭机”的洞