超重和失重

1.概念理解 

情景引入：课前播放有关航天飞机发射、太空站的录像片，开场白：同学们也看过神舟五号升空的实况，都听说过超重和失重这两个名词。这节课我们一起来学习、探究“什么是超重和失重现象？引起超重和失重的原因是什么？”引出这节课的主题：超重和失重。

概念提出：引导同学观看在电梯中的录像。物体放在静止的台秤上，观察台秤的读数，该读数为物体对台秤的压力值，称为视重，此时的视重等于物体的重量；电梯起动的过程，观察到视重值大于正常测量值，电梯停止的过程中，观察到视重值小于正常测量值；如果是在电梯中用弹簧秤挂一个重物，电梯开始起动的过程，同样观察到视重值大于正常测量值，电梯停止的过程中，也观察到视重值小于正常测量值。就此提出概念“这种物体对支持物的压力（或悬挂物的拉力）大于物体重力的情况，称为超重现象。物体对支持物的压力（或悬挂物的拉力）小于物体重力的情况，称为失重现象。”

2.实验观察 

（ 1）让学生手托自己的词典，上下运动体验词典对手的压力，先缓慢上下运动体验压力再突然上下运动体验压力（2）让学生用自制的弹簧秤挂钩码，手提弹簧秤上下运动，观察弹簧秤的读数或感受手指受到的拉力。交流“有没有观察到超重和失重现象？什么时候观察到了超重现象、失重现象？”。引导学生就观察到的现象提出有关超重和失重的问题，老师在众多问题中，抓住主要问题“产生超重和失重的原因是什么？”老师肯定学生提出的问题，为了引导探究再把问题具体化“能否根据我们掌握的运动规律来探究产生超重和失重的原因？”。

3.理论探究 

组织学生自主探究“产生超重和失重的原因”。辅导学生用牛顿第二定律的分析方法来分析问题，指导学生把探究结果写在稿纸上。投影学生的探究结果，请学生上台进行讲解，针对学生的讲解，规范学生应用牛顿运动定律分析、解决问题的思路：假设运动（向上或向下、加速或减速），选取研究对象进行受力分析，根据牛顿第二定律列方程得出支持力的表达式，再根据牛顿第三定律对压力的变化进行判断。探究结果：“产生超重和失重的原因是在竖直方向上存在加速度”。 

思考：“水平方向的加速或减速运动会产生超重和失重吗？”，组织学生一起讨论：“向上的运动就一定产生超重，向下的运动就一定产生失重吗？”组织学生交流，同时屏幕打出以下四幅与运动对应的受力图，并指导学生一起分析。

投影归纳出来的规律：

得出结论：物体处于超重还是失重状态，仅由加速度方向决定，与运动方向无关。

4．结果外推 

演示实验：液体也会产生超重和失重现象吗？演示下方钻了孔的矿泉水瓶自由下落，通过实物投影观察漏水情况。“没有水漏出的原因是什么？”自由下落过程中上面的水对孔口的水没有产生压力的作用，产生了失重现象。强调：固体、液体、气体等一切物体只要满足条件，都会产生超重和失重现象。引出概念：如果一个物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）为零，称为 完全失重现象 。下落过程考虑到空气的阻力，只是接近完全失重的状态，这种接近完全失重的状态称为 微重力状态。

学生体验：弹簧秤挂钩码自由下落，观察弹簧秤的示数。同时屏幕打出：产生完全失重的条件是什么？水瓶向上抛出，孔口的水会流出来吗？的思考问题。瓶子抛出，上升和下落的过程水都处于完全失重状态。

知识应用：在完全失重情况下，弹簧秤还能测量物体的重力吗？天平还能测出质量吗？浸在水中的物体还受到浮力的作用吗？水银气压计还能测出气压吗？

5.方法求新 

引言：我们用弹簧秤来观察超重和失重现象，示数变化不定，且瞬间即逝，难于观察，有把瞬时的受力情况都记录下来的测力仪器吗？“力传感器”就是这种仪器，它能够帮助你解决观察瞬间受力这个难题。

根据课件讲解 ： 用数字采集器观测电梯中的超重和失重现象的方法。力传感器把受力大小转换成电信号，数据采集器把电信号转换成数字信号，计算机对数据进行处理，画出力随时间的变化曲线，力随时间的变化就永久记录下来了。根据 F-t图象看出物体各时间段的运动情况。应用：根据图象，求出电梯加速上升的最大加速度。（取g=10m/s 2 ）

解：受力分析如图：

根据牛顿第三定律 F=-F′得：最大拉力T m =3.5 N ,

根据牛顿第二定律 F 合 =ma得：最大加速度为a m =(T m -G)/m=1.4（m/s 2 ）

6.总结提高 

课堂小结，让学生以“本节课我学到了什么？”为话题进行评价性总结，同时在屏幕上打出“ (1)产生超重和失重的原因是在竖直方向上存在加速度，加速度方向向上产生超重,加速度方向向下产生失重,当向下的a=g时，产生完全失重。(2)物体处于超重和失重状态，重力没有发生变化，而是对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）发生了变化。（3）判断物体是处于超重或失重状态，是根据运动情况用牛顿运动定律来判断的。”

观看神舟五号运行的录像：升空时杨利伟为什么要采用平趟的姿势？杨利伟说：“当飞船升空时，感到有载荷，就是感到胸部受到压力，平时训练时这种压力可达到 8个G”。他说的这段话你现在能理解吗？杨利伟又说：“在船箭分离的时候，感到身体突然被抛了一下，就飘了起来，船里的小尘埃也飘起来了”。也就是说，这时船内的一切物体都处于完全失重状态，为什么完全失重状态出现在船箭分离的时候？飞船、太空站的完全失重状态和地面附近的自由下落完全失重状态是一样的吗？请以“太空飞船中的完全失重状态或 设计一种在微重力条件下的实验方案 ”为课题，以小组为单位利用寒假时间去开展研究性学习，完成研究性学习报告。屏幕打出：研究性课题：“有关太空飞船中的完全失重状态的研究”，同时打出作业布置：“作业布置:P78页实践与拓展第1题,练习第1、3两题。”

（三）前期准备：

1、教师准备：有关航天飞机发射、太空站的录像片；电梯中的录像；钻了孔的矿泉水瓶； 

杨利伟的一段话；弹簧秤挂钩码；投影等。

2、学生准备：收集并观看宇航员有关太空航行的资料

教育价值

本节课的亮点来自学生对超重和失重提出问题，有的学生可能会提出：超重与失重是不是惯性？体检时站在台秤上看到指针摆来摆去是不是超重和失重？从过山车上下滑感觉到身体轻飘飘的，是不是失重？也许还会有学生提出：直升机竖直下落人会不会飘起来？如果学生能够在课堂上提出诸如以上的问题，教师应该及时捕获这些创新思维的火花，并正确引导，不断鼓励，最终总结出要探究的关键性问题。