超重和失重教學設計

吳洪翔

摘要：本文介紹了超重和失重的教學設計，以期和各位同仁探討。

關鍵詞：物理教學；超重和失重；教學設計

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1992-7711（2016）01-0121

一、教材分析

本節是必修一第三章牛頓運動定律解決問題中的內容牛頓運動定律是高中物理的基礎，通過本節的學習，能鞏固和深化牛頓運動定律的理解，能更好地解釋生活、生產以及航天事業中的超重和失重現象。

二、學情分析

1. 學生已學完牛頓運動定律的理論知識，但缺乏實際的應用。2. 本節的理論知識來源于生活，但學生對新事物、新情況了解較為片面，不能很好地由感性認識提升為理性認識，應通過本節的學習研討，學生能掌握分析現象的一般方法。

三、教學設計思想

課堂設計中注意到通過學生親身體驗來激發學生學習興趣。通過營造情境來讓學生感性地認識物理現象，通過分析、歸納、總結、質疑、交談、實驗探究將感性認識上升到理性思考，進行有意義的概念建構，通過對知識的遷移來拓展學生的想象空間培養思維能力，通過對學習任務的精細設計和布置達到可持續性的學習。

四、教學目標

1. 知識與技能：了解超重失重現象，建構超重失重的概念，能夠用牛頓運動定律分析超重失重現象；知道視重和實重的區別。2. 過程與方法：培養學生觀察、質疑、推理和歸納概括的能力培養學生研究物理問題的方法。3. 情感態度與價值觀：培養學生合作探究精神和對科學的嚴謹態度。

教學重點與難點

重點：理解產生超重和失重現象的條件

難點：超重和失重現象的實質，運用牛頓第二定律解決有關超重和失重問題并解釋科技與生活中的現象。

五、教學過程

1. 動手實驗，引入新課

教師拿礦泉水瓶，打一洞，裝滿水，從高處掉下，水沒有流出來？提出問題這是為什么？引入新課。

2. 超重和失重產生的原因

（1）實重和視重

①實重：物體實際所受的重力.物體所受重力不會因物體運動狀態的改變而變化。

②視重：當物體在豎直方向有加速度時（即ay≠0），物體對彈簧測力計的拉力或對臺秤的壓力將不等于物體的重力，此時彈簧測力計或臺秤的示數叫物體的視重。

（2）超重和失重產生的原因

產生超重和失重的原因可以用圖加以說明。圖（甲）中質量為m的物體受重力和拉力兩個力的作用，物體和彈簧測力計的受力情況如圖（乙）所示。圖中F′的大小就是彈簧測力計的讀數（即視重），F′與F是一對作用力與反作用力，所以F′=F。

①如果物體處于靜止或勻速直線運動狀態，則F=mg，這種情況下視重等于實重。

②當物體具有向上的加速度a時，物體所受合力的方向向上，則有F-mg=ma，F=mg+ma>mg，但是F′=F仍然成立，即F′=mg+ma，所以物體處于超重狀態。

定義：物體對水平支持物的壓力（或懸掛物對豎直懸線的拉力） 大于___________物體所受重力的現象叫超重現象。

③當物體具有向下的加速度a時，物體所受合力的方向

向下，則有mg-F=ma，F=mg-ma定義：物體對水平支持物的壓力（或懸掛物對豎直懸線的拉力）___________小于___________物體所受重力的現象叫失重現象。

④特例：當物體向下的加速度a=g時，有F=F′=0，即物體處于完全失重狀態。

定義：物體對水平支持物的壓力（或懸掛物對豎直懸線的拉力）____________等于___________的現象叫做完全失重現象。

3. 超重和失重現象的運動學特征

4. 物體運動方向、加速度方向與超重和失重的判斷

（1）判斷超重和失重是依據加速度的方向來判斷，不是依據運動（速度）方向。

（2）加速上升或減速下降，即a方向向上，物體處于超重狀態；

加速下降或減速上升，即a方向向下，物體處于失重狀態。

（3）物體處于超重或失重狀態時，物體所受的重力始終不變，只是物體對支持物的壓力或對懸掛物的拉力發生了變化，看起來好像是重力增大或減小了。

（4）物體的加速度a=g（豎直向下）時，處于完全失重。

規律總結：四七真經

超重失重兩紛紛，拉力支持定乾坤；

重力長存無變故，超失須看加速度。

例題：

有一質量為60kg的人站在一放置于升降機的底板上的臺秤上，當升降機作如下運動時，臺秤的示數為多少？

1. 升降機以v=5m/s的速度勻速上升時；

2. 升降機以a=5m/s2的加速度加速上升時；

3. 升降機以a=5m/s2的加速度減速上升時

[課堂練習]

1. A和B是疊放在一起的兩木塊。現將它們一起以初速度υ向上拋出，不考慮空氣阻力。則拋出后B的受力情況是（ ）

A. 只受重力作用

B. 受重力和A的壓力作用

C. 受重力、A的壓力和摩擦力作用

D. 受重力、A的壓力和支持力作用

A （點撥：由于A、B拋出后它們的加速度均為重力加速度g，A、B均處于完全失重狀態，其間沒有擠壓，不存在壓力和摩擦力。）

2. 不習慣乘坐電梯的人，在電梯啟動或停止時，會有一種說不出的不舒服的感覺，其實這是由于人體超重或失重造成的。超重或失重時，人體的內臟器官在身體內的位置較正常狀態下發生了一些輕微的上移或下移，這種“五臟挪位”才是使人產生不舒服感覺的原因。關于“五臟挪位”跟電梯運動情況的關系敘述正確的是（ ）

A. 當電梯向上加速運動時，乘電梯的人處于超重狀態，有內臟上頂的不舒服感

B. 當電梯向上減速運動時，乘電梯的人處于超重狀態，有內臟下壓的不舒服感

C. 當電梯向下加速運動時，乘電梯的人處于失重狀態，有內臟上頂的不舒服感

D. 當電梯向下減速運動時，乘電梯的人處于失重狀態，有內臟上頂的不舒服感

C （點撥：根據加速度方向來判斷超重、失重情況，分析內臟的受力情況，即可得出結論。）

3. 一物體放在臺秤上，臺秤置于電梯內。下列哪種情況下臺秤的示數最大？（ ）

A. 電梯勻速上升 B. 電梯勻速下降

C. 電梯加速上升 D. 電梯加速下降

C （點撥：根據加速度方向來判斷超重、失重情況。超重時示數最大。）

總結：

超重的定義

產生條件

失重的定義

產生條件

絕招：超重失重兩紛紛，拉力支持定乾坤；重力長存無變故，超失須看加速度。

課前問題解答“答案：當瓶子自由下落時，水不會從小孔噴出。因為在下落過程中，瓶子及瓶中的水均處于完全失重狀態，瓶中各處的水的壓強都是大氣壓強，故水不能從瓶中流出來。

超重與失重未知領域探索

1. 據報道，美國一產婦在完全失重的飛船里曾產下一男孩，現約8歲，該男孩所表現出的智力和體力遠遠超過了同齡兒童，被美國人戲稱為“小超人”。

2. 完全失重的空間里還有許多未被開墾的處女地，各國宇航局都力圖率先在這些領域取得突破性進展，為此，發達國家的宇航局也曾向世人征求可在飛船里進行實驗的方案。北京市一名中學生曾設計出一個方案：即研究在完全失重的條件下，人的思維反應速度是不變、變快還是變慢。受到了發達國家宇航局的關注。如果在座的各位同學在這方面有什么奇思妙想，不妨寄予我國宇航部門，希望將來在我國飛船上進行的實驗里，有你們設計的方案。

（作者單位：四川省南部中學 637000）