【人教版2019必修第一册】高一物理6超重和失重（教学设计）教案

第6节超重和失重（教学设计）年级高一年级学科物理教师课题第6节超重和失重教学目标物理观念通过“超重”和“失重”内容的学习过程，引导学生归纳得出本节课的内容是应用牛顿运动定律来解决生活中的实际问题，由此逐步提升学生“运动与相互作用”的物理观念。科学思维引导学生经历探究过程中的信息整理、发现问题、提出问题等环节，通过科学的论证解决问题，逐步发展学生的科学思维，并形成尊重事实、敢于质疑、善于反思的科学态度。科学探究通过布置课前小任务——“拍摄电梯内体重计示数的变化”，让学生参与实验设计和实验器材的安装并完成实验，获取真实的数据，认识超重和失重现象，提升学生的科学探究能力。科学态度与责任通过分享交流，引导学生了解超重和失重在各个领域中的应用，鼓励学生利用已有的知识分析解释生活中的现象，对于存在的问题敢于质疑，并提出基于证据的合理解释，从而激发学生的学习热情和兴趣，形成良好的科学态度与社会责任。教学重难点1.熟练掌握测量重力的两种方法(重点)。2.掌握什么是超重和失重现象，理解超重和失重现象的本质(重点)。3.会利用牛顿运动定律分析超重和失重的问题(重难点)。教学过程教师活动学生活动导入新课教师：播放学生课前拍摄的电梯内体重秤示数变化的视频。教师：请大家猜想一下，为什么电梯内的人处于“静止”状态，体重秤的示数却会发生改变呢？新课讲授一、重力的测量教师：体重秤测量的真是我们的重力吗？谁能通过受力分析来说明一下？称体重有什么要求吗？学生：在称量体重时，要求站在秤上保持静止状态，然后读取体重秤上的示数。以人为研究对象，人受到两个力的作用，分别是竖直向下的重力和秤给人竖直向上的支持力，由于人处于静止状态，所以FN＝G。秤给人竖直向上的支持力FN，人给秤竖直向下的压力FN′，这是一对相互作用力，根据牛顿第三定律可知FN＝FN′。通过等量代换可得G＝FN′，所以称体重时一定要保持静止状态才可以。教师：将物体竖直悬挂在弹簧测力计的下方或放在水平台秤上，所显示的数字为物体的视重或示重。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，叫作失重。学生分小组做实验并展示。新课讲授二、超重和失重教师：你们能用手里的台秤创造出失重现象吗？台秤怎样运动能产生失重现象？学生：在台秤刚刚下落时，台秤上的示数小于钩码的重力，这个过程就是视重小于实重的情况，这种现象就是失重现象。所以下落过程中会出现失重现象。教师：播放电梯下降全过程的视频。教师：请大家观看视频，说一说，在电梯下降的过程中，是否出现了失重和超重现象?是什么时候出现的?学生：电梯下降的过程中，首先出现了失重现象，然后又出现了超重现象。教师：如果我们说物体下落时就会产生失重现象，这种说法是否合理呢？超重和失重的原因究竟是什么？你们能不能分析出为什么电梯下降的全过程中会出现“先失重，后超重”的情况呢？请填写下表，并总结出超重和失重的条件。特征状态加速度视重(F)与重力的关系运动情况受力图平衡a＝0F＝mg静止或匀速直线运动超重竖直向上或有竖直向上的分量由F－mg＝ma得F＝m(g＋a)>mg向上加速或向下减速失重竖直向下或有竖直向下的分量由mg－F＝ma得F＝m(g－a)<mg向下加速或向上减速完全失重a＝gF＝0自由落体运动、竖直上抛运动师生：总结：加速向下运动时出现失重现象，减速向上运动时出现失重现象;减速向下运动时出现超重现象，加速向上运动时出现超重现象。超重和失重现象与运动方向无关，主要是与加速度方向有关。例1(多选)几位同学为了探究电梯启动和制动时的运动状态变化情况，他们将体重计放在电梯中，一位同学站在体重计上，然后乘坐电梯从1层直接到10层，之后又从10层直接回到1层。用照相机进行了相关记录，如图所示。图1为电梯静止时体重计的照片，图2、图3、图4和图5分别为电梯运动过程中体重计的照片。根据照片推断正确的是()A.根据图2推断电梯一定处于加速上升过程，电梯内同学可能处于超重状态B.根据图3推断电梯一定处于减速下降过程，电梯内同学可能处于失重状态C.根据图4推断电梯可能处于减速上升过程，电梯内同学一定处于失重状态D.根据图5推断电梯可能处于减速下降过程，电梯内同学一定处于超重状态答案CD解析图2和图5中体重计示数大于图1，说明电梯内同学处于超重状态，电梯可能处于加速上升或减速下降过程；图3和图4中体重计示数小于图1，说明电梯内同学处于失重状态，电梯可能处于减速上升或加速下降过程。故C、D正确。例2升降机地板上放一个弹簧式台秤，秤盘放一个质量为20kg的物体(g＝10m/s2)，求：(1)当升降机匀速上升时，物体对台秤的压力大小；(2)当升降机以1m/s2的加速度竖直上升时，物体处于超重状态还是失重状态？物体对台秤的压力大小；(3)当升降机以5m/s2的加速度减速上升时，物体处于超重状态还是失重状态？物体对台秤的压力大小；(4)当升降机自由下落时，物体对台秤的压力。答案(1)200N(2)超重220N(3)失重100N(4)0解析(1)当升降机匀速上升时，由平衡条件知FN＝mg＝200N根据牛顿第三定律，物体对台秤的压力大小为200N。(2)当升降机以1m/s2的加速度竖直上升时，加速度方向向上，物体处于超重状态，根据牛顿第二定律有FN′－mg＝ma1解得FN′＝220N根据牛顿第三定律，物体对台秤的压力大小为220N。(3)当升降机以5m/s2的加速度减速上升时，加速度方向向下，物体处于失重状态，根据牛顿第二定律有mg－FN″＝ma2解得FN″＝100N根据牛顿第三定律，物体对台秤的压力大小为100N。(4)当升降机自由下落时，加速度等于重力加速度，则物体处于完全失重状态，对台秤的压力为0。例3(多选)某举重运动员在力传感器上训练做“下蹲”“站起”动作，某段时间内力传感器的示数随时间变化的图像如图所示。由稳定的站姿到稳定的蹲姿称为“下蹲”过程，由稳定的蹲姿到稳定的站姿称为“站起”过程，重力加速度g取10m/s2，下列说法正确的是()A.“下蹲”过程中，该运动员先处于失重状态后处于超重状态B.“站起”过程中，该运动员先处于失重状态后处于超重状态C.“下蹲”时，该运动员对力传感器的压力小于力传感器对他的支持力D.这段时间内，该运动员加速度的最大值为6m/s2答案AD解析“下蹲”过程中，该运动员先向下加速后向下减速，同时力传感器上的示数先小于重力，后大于重力，则该运动员先处于失重状态后处于超重状态，故A正确；“站起”过程中，该运动员先向上加速后向上减速，同时力传感器上的示数先大于重力，后小于重力，则该运动员先处于超重状态后处于失重状态，故B错误；“下蹲”时，该运动员对力传感器的压力和力传感器对他的支持力是一对相互作用力，大小相等，方向相反，故C错误；根据图像可知举重运动员在稳定的站姿和稳定的蹲姿状态中在竖直方向上受平衡力作用，可知该运动员重力为1000N，则该运动员质量m＝Gg＝100kg，力传感器示数最小时，处于失重状态，此时向下的加速度最大，此加速度大小a1＝mg−Fminm＝6m/s2，力传感器示数最大时，处于超重状态，此时向上的加速度最大，此加速度大小a2＝Fmax−mgm＝6m/s学生观看视频，回答问题。学生结合运动状态进行受力分析，小组合作，总结超重和失重的原因。课堂练习1.2021年9月17日，搭载着3名英雄航天员的神舟十二号载人飞船返回舱成功着陆于东风着陆场，标志着神舟十二号返回任务取得圆满成功．宇航员在火箭发射与飞船回收的过程中均要经受超重与失重的考验，下列说法正确的是()A．火箭加速上升时，宇航员处于超重状态B．火箭加速上升时，宇航员对座椅的压力小于自身重力C．在飞船绕地球运行时，宇航员处于完全失重状态，则宇航员的重力消失了D．飞船落地前减速下落时，宇航员处于失重状态答案A解析火箭加速上升时，加速度方向向上，根据牛顿第二定律可知宇航员受到的支持力大于自身的重力，宇航员处于超重状态，对座椅的压力大于自身重力，选项A正确，B错误；宇航员处于完全失重状态时，仍然受重力，选项C错误；飞船落地前减速下落时，加速度方向向上，根据牛顿第二定律可知宇航员受到的支持力大于自身的重力，宇航员处于超重状态，选项D错误。2.如图所示，A、B两物体叠放在一起，以相同的初速度上抛(不计空气阻力)．下列说法正确的是()A．在上升和下降过程中A对B的压力一定为零B．上升过程中A对B的压力大于A物体受到的重力C．下降过程中A对B的压力大于A物体受到的重力D．在上升和下降过程中A对B的压力均等于A物体受到的重力答案A解析A、B整体只受重力作用，做竖直上抛运动，处于完全失重状态，不论上升还是下降过程，A对B均无压力，只有A选项正确。3.如图所示，质量为M的斜面体始终处于静止状态，重力加速度为g，当质量为m的物体以加速度a沿斜面加速下滑时有()A．地面对斜面体的支持力大于(M＋m)gB．地面对斜面体的支持力等于(M＋m)gC．地面对斜面体的支持力小于(M＋m)gD．由于不知道a的具体数值，无法判断地面对斜面体的支持力的大小与(M＋m)g的关系答案C解析对斜面体和物体组成的系统，当物体具有向下的加速度而斜面体保持平衡时，可以认为系统的重心向下运动，故系统具有向下的加速度，处于失重状态，所受到的地面的支持力小于系统的重力(M＋m)g，故选C。4.某同学站在电梯底板上，如图所示的v－t图像是计算机显示电梯在某一段时间内速度变化的情况(竖直向上为正方向)．根据图像提供的信息．下列说法正确的是()A．0～8s内，电梯向上运动，该同学始终处于超重状态B．0～2s内，电梯加速上升，该同学处于超重状态C．6～8s内，该同学对电梯底板的压力大于他所受的重力D．12～14s内，电梯在减速下降，该同学处于失重状态答案B解析0～8s，电梯速度始终为正值，因此电梯向上运动，0～2s电梯加速向上，该同学处于超重状态，2～6s电梯该同学处于平衡状态，6～8s电梯减速向上，该同学失重状态，该同学对电梯底板的压力小于所受重力，故A、C错误，B正确；12～14s，电梯减速下降，加速度向上，该同学处于超重状态，故D错误。5.如图为某电梯铭牌，该电梯额定载客人数为14人，额定载重量为1050kg，当电梯受到的压力超过额定载重物体的重力时电梯会鸣笛警示．该电梯在八层停靠时进入15位乘客，15位乘客总质量1040kg.则下列说法正确的是()A．当第15位乘客进入电梯时，该电梯会鸣笛警示B．当电梯从八层开始向下运动时，电梯会鸣笛警示C．当电梯从八层下降到一层，快要停止时，电梯可能会鸣笛警示D．电梯从八层下降到一层停止全过程中一定不会鸣笛警示答案C解析由于15位乘客的总质量为1040kg，而电梯额定载重量为1050kg，则当第15位乘客进入电梯时，还没有达到电梯的额定载重量，所以电梯不会鸣笛警示，A错误；当电梯从八层开始向下运动时，加速度向下，由牛顿第二定律知ma＝mg－FN，由牛顿第三定律知FN＝FN′，则此时乘客给电梯的压力FN′小于乘客的重力，分析可得出电梯不会鸣笛警示，B错误；当电梯从八层下降到一层，快要停止时，加速度向上，由牛顿第二定律知ma＝FN－mg，由牛顿第三定律知FN＝FN′，则此时乘客给电梯的压力FN′大于乘客的重力，可能大于电梯的额定载重量，则电梯可能会鸣笛警示，C正确，D错误。课堂小结板书设计第6节超重和失重一、重力的测量1．方法一：利用牛顿第二定律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。2．方法二：利用力的平衡条件将待测物体悬挂或放置在测力计上，使它处于静止状态。这时物体受到的重力的大小等于测力计对物体的拉力或支持力的大小。二、超重和失重1．视重：体重计的示数称为视重，反映了人对体重计的压力。2．失重现象(1)定义：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。(2)产生条件：物体具有竖直向下(选填“竖直向上”或“竖直向下”)的加速度。3．超