超重和失重 同步练习
一、选择题
1.下列关于超重和失重的说法中，正确的是( )
A.物体处于超重状态时，其重力增加了
B.物体处于完全失重状态时，其重力为零
C.物体处于超重或失重状态时，其惯性比物体处于静止状态时增加或减小了
D.物体处于超重或失重状态时，其质量及受到的重力都没有变化
2.容器内盛有部分水，现将容器竖直向上抛出，设容器在上抛过程中不发生翻转，那么下列说法中正确的是( )
A.上升过程中水对容器底面的压力逐渐增大
B.下降过程中水对容器底面的压力逐渐减小
C.在最高点水对容器底面的压力大小等于水的重力大小
D.整个过程中对容器底面都没有压力
3.在一个封闭装置中，用弹簧称一物体的重力，如果读数与物体重力相比有下列偏差，则以下判断中正确的是( )
A.若读数偏大，则装置一定是在向上做加速运动
B.若读数偏小，则装置一定是在向下做加速运动
C.若读数为零，则装置一定是在向下做加速度为g的加速运动
D.若读数为零，则装置可能静止，也可能是在向上或向下做匀速运动
4.电梯内有一个质量为m的物体用细线挂在电梯天花板上.当电梯以?g/3?的加速度竖直加速下降时，细线对物体的拉力为( )
A. mg B. mg C. mg D.mg
5.升降机地板上放一个弹簧秤，盘中放一质量为m的物体，当秤的读数为0.8mg时，升降机的运动可能是( )
A.加速上升 B.加速下降 C.减速上升 D.减速下降
6.如图所示，试管中有一根弹簧，一个质量为m的小球压在弹簧上.开始时手握住试管处于静止状态，现在突然放手，则小球在开始阶段的运动，在地面上的人看来是( )
A.自由落体运动 B.向上升起一定高度后落下
C.向下做加速度小于g的运动 D.向下做加速度大于g的运动
二、填空题
7.某人在地面上最多能举起质量为60kg的物体；而在一个加速下降的电梯里，此人最多能举起质量为80kg的物体，则此时电梯的加速度应为 m/s2；若电梯以5m/s2的加速度上升，则此人在电梯中最多能举起质量为 kg的物体(g=10m/s2).
8.如图所示的装置以加速度2m/s2竖直上升时，装置中斜面体的倾角α＝37°.质量为10kg的小球对斜面的压力是 N；对竖直板的压力是 N(g取10m/s2).
三、计算题
9.质量为200kg的物体，置于升降机内的台秤上，从静止开始上升，运动过程中台秤的示数F与时间t的关系用如图7-6所示，求升降机在这段时间上升的高度.(g取10m/s2)
10.如图所示，固定在地面上的斜面体B，质量为M，与水平方向的夹角为α，物体A的质量为m，A与B之间无摩擦，当A以初速度v0沿斜面向上滑动时， B对地面的压力多大?
参考答案
1.D 2.D 3.D 4.A 5.BC 6.C 7.2.5 40 8.150 90
9.50m 10.Mg＋mgcos2α
超重与失重 练习与解析
一、选择题
1．下面关于失重和超重的说明，正确的是（ ）
A．物体处于失重状态时，所受重力减小，处于超重状态时所受重力增大
B．在电梯上出现失重状态时，电梯必定处于下降过程
C．在电梯上出现超重现象时，电梯有可能处于下降过程
D．只要物体运动的加速度方向向上，必定处于失重状态
解析：加速度向下物体处于失重状态，加速度向上物体处于超重状态，超重和失重并非物体的重量增大或减小，而是使悬绳或支持面的弹力增大或减小；电梯加速向上运动时，物体处于超重状态，电梯减速下降时，也处于超重状态．
答案：C
2．如图6—14所示，质量分别为M和m的物体用细线连接，悬挂在定滑轮上，定滑轮固定在天花板上，已知M＞m，不计滑轮及线的质量，摩擦不计，则下列说法正确的是（ ）
图6—14
A．细线的拉力一定大于mg
B．细线的拉力一定小于Mg
C．细线的拉力等于（m＋M）g／2
D．天花板对定滑轮的拉力等于（M＋m）g
解析：物体运动过程中，m加速向上，处于超重状态，所以绳子的拉力大于mg，而M加速向下，处于失重状态，故绳子的拉力小于Mg．
答案：AB
3．在封闭系统中用弹簧秤称一物体的重量，由弹簧秤读数的变化可以判断系统的运动状态，下列说法正确的是（ ）
A．读数准确，则系统做匀速直线运动或处于静止状态
B．读数偏大，则系统一定向上加速运动
C．读数时大时小，则系统一定做上下往复运动
D．读数偏小，说明加速度一定向下
解析：读数准确，则系统做匀速直线运动或处于静止状态；读数偏大，物体超重，则系统向上加速运动或向下减速运动；读数时大时小，则系统可能做一个方向的时加速时减速的运动；读数偏小，物体失重，说明加速度一定向下．
答案：AD
4．A、B、C三球大小相同，A为实心木球，B为实心铁球，C是质量与A一样的空心球，三球同时从同一高度由静止落下，若受到的阻力相同，则（ ）
A．B球下落的加速度最大
B．C球下落的加速度最大
C．A球下落的加速度最大
D．B球落地时间最短，A、C球同时落地
解析：根据牛顿第二定律：a＝（mg－f）／m可得m越大，a越大．
答案：AD
5．物体m静止于固定的升降机中的斜面上，当升降机加速竖直向上时，如图6—15所示，与原来升降机静止时相比，不正确的是（ ）
图6—15
A．物体受到的斜面的支持力增加
B．物体受到的合力增加
C．物体m受到的重力增加
D．物体m受到的摩擦力增加
解析：当物体加速上升时，物体受到的斜面的摩擦力和支持力的合力增大，由于两力的夹角确定，所以，合力增大，支持力和摩擦力均增大．
答案：ABD
6．一根弹簧下端挂一重物，上端用手牵引使重物竖直向上做加速运动，加速度a＜g，从手突然停止时起到弹簧恢复原长时止，在这个过程中，重物加速度的数值将是（ ）
A．逐渐增大 B．逐渐减小
C．先减小后增大 D．先增大后减小
解析：弹簧原来处于伸长状态，当手突然停住时，物体仍有向上的速度，先使弹簧缩短至kx＝mg的长度，这个过程，加速度减小，然后弹簧继续缩短，并有可能被压缩，这个过程加速度又增大．
答案：C
二、非选择题
7．自由落体运动的物体处于________状态；竖直上抛运动的物体处于________状态．
解析：自由落体和竖直上抛运动加速度均为g，且方向竖直向下，所以均为完全失重状态．
答案：完全失重 完全失重
8．质量为50kg的人站在电梯上．当电梯静止时，人对电梯底板的压力大小为________N；当电梯以lm／s2的加速度上升时，人对电梯底板的压力大小为________N；当电梯以1m／s2的加速度做匀减速下降时，人对电梯底板的压力大小为________N．（g＝10m／s2）
解析：根据牛顿第二定律可得．
答案：500 550 450．
9．某人在以2.5m／s2的加速度匀加速下降的升降机里最多能举起80kg的物体，他在地面上最多能举起_______kg的物体，若此人在一匀加速上升的升降机中最多能举起40kg的物体，则此升降机上升的加速度为_______m／s2．
答案：60 5
10．如图6—16所示，A、B两个物体间用最大张力为100N的轻绳相连，mA＝4kg，mB＝8kg，在拉力F的作用下向上加速运动，为使轻绳不被拉断，F的最大值是多少?（g＝10m／s2）
解析：取系统为研究对象，据牛顿第二定律：
F－（mA＋mB）g＝（mA＋mB）a
取B物体为研究对象：T－mBg＝mBa
由以上两式代入T＝100N可得：F＝150N．
所以，为使绳不被拉断F不能超过150N．
答案：150N
超重与失重 课堂练习
1.弹簧秤上挂一个质量为14 kg的物体，在下列情况中，弹簧秤读数是多少？（g取10 m/s2）
(1)以0.5 m/s的速度竖直匀速上升，读数为___________;
(2)以0.5 m/s2的加速度竖直加速上升，读数为___________;
(3)以10 m/s2的加速度竖直减速上升，读数为___________;
(4)以10 m/s2的加速度竖直加速上升，读数为___________;
(5)以0.5 m/s2的加速度竖直减速上升，读数为___________;
2.关于超重和失重，下列说法中正确的是( )
A.超重就是物体受的重力增加了 B.失重就是物体受的重力减小了
C.完全失重就是物体一点重力都不受了 D.不论超重或失重物体所受重力是不变的
3.质量为m的物体用弹簧秤在升降机的顶板上，在下列哪种情况下，弹簧秤的读数是最小的( )
A.升降机匀速上升 B.升降机匀加速上升，加速度大小为g/2
C.升降机匀减速上升，加速度大小为g/2 D.升降机匀加速下降，加速度大小为g/2
4.某人站在台秤上，当他突然向下蹲的过程中，台秤示数的变化情况是( )
A.先变大后变小，最后等于他的重力 B.先变小后变大，最后等于他的重力
C.变大，最后等于它的重力 D.变小，最后等于它的重力
5.电梯内有一物体质量为m，用细线挂在电梯的天花板上，当电梯以g/3的加速度竖直加速下降时，细线对物体的拉力为( )
A.2mg/3 B.mg/3 C.4mg/3 D.mg
6.如图6-4-2所示，容器侧面开了三个小孔，先将孔堵住，然后盛满水，接着让容器做自由落体运动，同时将孔放开，那么( )
图6-4-2
A.水从三个孔中流出，孔3流速最大 B.三个孔中水的流速相同
C.水不会从三个孔中流出 D.水只会从第三个孔中流出
7.在以加速度a匀加速上升的电梯中，有一个质量为m的人，下述哪些说法正确( )
A.此人对地球的吸引力为m(g+a) B.此人对电梯的压力为m(g+a)
C.此人受的重力为m(g+a) D.此人的视重为m(g+a)
8.原来做匀速运动的升降机内，有一被伸长弹簧拉住的、具有一定质量的物体A静止在地板上，如图6-4-3所示，现发现A突然被弹簧拉向右方.由此可判断，此时升降机的运动可能是( )
图6-4-3
A.加速上升 B.减速上升 C.加速下降 D.减速下降
参考答案:
1.140 N 147 N 0 280 N 133 N 2.D 3.CD 4.B 5.A 6.C 7.B 8.BC
超重与失重 课堂练习
1.一个人站在竖直方向运行的电梯的台秤上，发现台秤的读数大于人的体重，则可以断定( )
A.电梯一定向上运动 B.电梯一定向下运动
C.电梯的加速度方向一定向上 D.电梯的加速度方向一定向下
2.下列有关牛顿定律的适用范围，说法正确的是( )
A.牛顿第三定律在非惯性系中不成立
B.牛顿第二定律可适用于解决宏观高速物体运动问题
C.牛顿第二定律可适用于解决高速微观粒子运动问题
D.牛顿第二定律只适用于解决宏观低速物体运动问题
3.质量分别为m、M的两个物体A和B叠放在一起，现以初速v0将A、B一起斜向上抛出，抛出后A对B的压力（未落地）( )
A.大于mg B.等于mg C.小于mg D.等于零
4.内装老鹰的密闭的大玻璃箱放在台秤的托盘上，当老鹰突然向上飞起时，台秤的读数将( )
A.不变 B.变大 C.变小 D.都有可能
5.竖直放置的框架中有两根被压缩的完全一样的弹簧，中间夹有一个重球（图6-4-11所示）.当框架竖直自由下落时，两根弹簧的压缩量Δx1、Δx2的变化情况将是( )
A.Δx1、Δx2不变
B.两弹簧的压缩量将变得相等,Δx1′=Δx2′
C.两弹簧的压缩量不会相等,Δx1变大，Δx2变小
D.两弹簧的压缩量不会相等,Δx1变小，Δx2变大
图6-4-11 图6-4-12
6.如图6-4-12所示，滑轮质量不计，如果m1=m2+m3,这时弹簧秤的读数为T.若把m2从右边移到左边的m1上，弹簧秤的读数T将( )
A.增大 B.减小 C.不变 D.无法判断
7.质量分别为5 kg、10 kg的重物A和B,用一根最多只能承受120 N拉力的细绳相连，现以拉力F使A、B一起竖直向上运动，如图6-4-13所示，为使细绳不被拉断，求拉力F的范围.(g取10 m/s2)
图6-4-13 图6-4-14
8.重力为500 N的人站在电梯内，电梯下降时v-t图如图6-4-14所示.试求在各段时间内人对电梯底板的压力是多大？(g取10 m/s2)
参考答案:
1.C 2.D
3.D
提示:物体做斜上抛运动时，只受重力作用，处于完全失重状态.
4.B
提示:老鹰起飞时向上加速.
5.B
提示:框架自由下落时，处于完全失重状态,对两弹簧均无作用力.
6.B
提示:将m2移至m1上时，左边加速下降，右边加速上升，但由于m1+m2＞m3,故系统重心加速下降，系统处于失重状态.
7.150 N—180 N
解析:
使物体A、B一起向上运动的最小拉力为:F1=mAg+mBg=150 N.匀加速上升时:以整体为研究对象，F2-(mAg+mBg)=(mA+mB)a ①
以B物体为研究对象，N-mBg=mBa ②式中N=120 N,解①②两式得F2=180 N.
8.400 N 500 N 550 N
解析:由v-t图可知，第一段为匀加速下降，第二段为匀速，第三段为匀减速下降，则有:a1=2.0 m/s2 a2=0 m/s2 a3=-1.0 m/s2,G-F1=ma1 F1=400 N F2=500 N F3-G=ma3 F3=550 N.
超重与失重-例题解析
【例1】跳高运动员从地面起跳的瞬间，下列说法正确的是（ ）
A．运动员给地面的压力大于运动员受到的重力
B．地面给运动员的支持力大于运动员受到的重力
C．地面给运动员的支持力大于运动员对地面的压力
D．地面给运动员的支持力等于运动员对地面的压力
答案：ABD
解析：地面给运动员的支持力和运动员对地面的压力是一对作用力和反作用力，永远大小相等，方向相反，作用在一条直线上，与运动员的运动状态无关．所以选项C错误，选项D正确．跳高运动员从地面起跳的瞬间，必有向上的加速度，这是因为地面给运动员的支持力大于运动员受到的重力，运动员所受合外力竖直向上的结果．所以选项B正确．依据牛顿第三定律可知，选项A正确．
点评：本题着重考查对力的概念，牛顿第三定律以及超重失重的理解．
【例2】质量是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?（g＝10m／s2）
图6—13
（1）升降机匀速上升；
（2）升降机以4m／s2的加速度加速上升；
（3）升降机以5m／s2的加速度加速下降．
解析：人站在升降机中的受力情况如图6—13所示．
（1）当升降机匀速上升时，
由牛顿第二定律得：FN—mg＝0
所以，人受到的支持力
FN＝mg＝60×10N＝600N．
根据牛顿第三定律，人对体重计的压力即体重计的示数为600N．
（2）当升降机以4m／s2的加速度加速上升时，根据牛顿第二定律得
FN—mg＝ma，FN＝mg＋ma＝60×（10＋4）＝840N，此时体重计的示数为840N，人处于超重状态．
（3）当升降机以5m／s2的加速度加速下降时，根据牛顿第二定律得
mg—FN＝ma，FN＝mg—ma＝60×（10—5）＝300N，此时体重计的示数为300N，人处于失重状态．
点评：当物体处于超重、失重状态时，其本身的重力保持不变，物体所受的拉力（或支持力）的大小，可根据牛顿第二定律计算出来，再根据牛顿第三定律可知物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力大小．
超重与失重-备课资料(1)
一、目标制定依据
1.通过三条牛顿运动定律的学习，学生已经具备了一定的运用牛顿运动定律分析解决问题的能力.
2.牛顿三大运动定律并不是彼此孤立的，通过对超重和失重现象的探究和学习，可以加深学生对这三大定律的认识，进而提高了学生对已有知识的理解和分析解决问题的能力.
3.本节课复习了关于重力的知识，通过本节课的探究和学习，可以使学生区分清楚“重力”和“重量”这两个容易混淆的概念，从而进一步理解“重力”的本质.
二、评价标准
1.学生是否能够通过合作的探究式学习方式切身感受到生活中的超重和失重现象.
2.学生是否能够根据已有的牛顿定律的知识从理论上理解超重和失重现象的本质.
3.学生是否能够把所学到的对超重和失重现象本质的理解应用到具体的生产和生活中
去并且解释和解决一些具体的问题.
4.在合作的探究性学习的过程中，学生是否具有积极探索的创新精神、交流合作精神及对科学的好奇心与求知欲，是否乐于探究自然界的奥秘，能否体验到探索自然规律的艰辛与喜悦.
三、教学流程
四、一个小实验:
用冰淇淋纸杯做失重实验
如图6-4-1，把两个金属螺母（M1012 mm）拴在一根橡皮筋的两端，再把橡皮筋的中点用一短绳固定在冰淇淋纸盒（或铁罐）底部正中，让螺母挂在空盒的口边上.实验时让空盒从约2 m的高处自由下落，你会发现螺母被橡皮筋拉回盒中，并发生“咔哒”的撞击声.请你试一试，并思考下列问题:
图6-4-1
（1）为什么下落时，螺母会被拉到盒内？
（2）在空盒放手后的初始阶段，螺母是否以重力加速度g自由下落?
（3）放手后，空盘是否以重力加速度g下落？
五、教学过程中的几点体会
如果这节课可以认为比较成功，能有可供他人借鉴之处的话，我有以下体会:
1.要以优化课堂教学为目标，勇于探索，大胆创新，改革课堂教学模式，才能把全面推进素质教育落到实处.
2.教学中，在充分体现学生主动学习的同时，又要发挥教师的主导作用，导的要求是:
①要面向全体学生，使不同层次的学生都学有所得；
②要导在点子上，既要明确学的目的又要有利于激发学生的学习潜能.
③教师的教学语言要简练生动，板书要工整规范，通过教师的口语、体语、板书、板画，学生的实验操作等，体现物理学的外在美，通过发掘和展示现象的本质，以及物理知识在生活、生产、技术中的应用，体现物理学的内在美.
④良好的外部环境是开展教育科研必不可少的条件.
六、进行分组实验的意义
1.通过学生亲自动手实验，把学习的主动权交给了学生；通过引导学生观察实验现象，分析原因,总结出物理概念并将所学的知识用于解决具体问题.这样，让学生懂得，依靠自己的能力是可以探索并掌握新的知识的，从而树立持久的学习信心.更重要的是，在实验、观察、总结过程中，使学生潜移默化地感受到“实践—认识—再实践—再认识”的认知规律.从近期来看，可以培养学生良好的学习方法，从长远发展来看，可以培养学生受益终身的学习能力.
2.通过进行学生的分组实验,可以培养学生的动手能力、观察能力、分析能力和学生之间的协作能力，使学生全面素质的提高落到实处.
3.通过进行学生的分组实验，抛弃了那种由教师分析总结并得出结论的传统教学模式，科学、合理地探索随堂实验课这种教学模式所遵循的一般规律.
七、教材130页作业第4题参考资料
国家微重力试验室National Microgravity Laboratory Chinese Academy of Science（NMLC）
中国科学院国家微重力实验室是我国微重力科学研究的中心.国家微重力实验室以微重力基本规律研究为主，同时组织重大的微重力基础研究和开拓重大有应用前景的微重力课题研究,积极承担国家的重大科学和应用任务.国家微重力实验室以微重力流体科学作为基点，发展与空间材料科学和空间生物技术的交叉学科研究.主要学科方向包括微重力条件下的具有界面或自由面的流体力学过程、空间生物技术的机理研究、空间材料制备的机理研究、微重力条件下的燃烧、组织微重力基础问题的研究，同时发展先进的实验方法和测试技术.
国家微重力实验室位于中关村地区，主要建筑包括2 000 m2的实验楼及我国第一座110 m高的进行微重力实验研究的落塔和52 m高的落管.此外，100余台(套)性能优良、指标先进的仪器设备，构成国家微重力实验室完整的、系统的实验研究体系.“神舟”四号飞船将在太空完成多项科学实验.
中国载人航天工程空间应用系统总设计师顾逸东在此间接受新华社记者采访时说，“神舟”四号飞船在太空飞行期间将要完成微重力流体物理实验、空间细胞电融合仪和空间电泳仪等多项空间科学实验项目.
他说，流体物理学研究是微重力科学的重点基础领域，微重力环境下的液滴（Marangoni）迁移动力学问题，既有理论方面的重要性，也有很强的应用背景，如在微重力环境下的材料加工、晶体掺杂、空间焊接及电泳过程中都会遇到液滴或气泡的迁移问题.在“神舟”四号飞船上安排的实验项目，采用我国自行研制的通用流体实验装置，在不同条件下实验，期望在相关理论研究中取得新的突破.
这位总设计师介绍说，细胞融合技术是生物加工、培育新品种和生物制药的新技术.空间微重力条件下，细胞在融合液中的重力沉降现象消失，可以提高电融合杂种细胞得到率和细胞活力，为人类利用微重力资源进行空间制药探索新方法.“神舟”四号飞船上的电融合仪由我国自行设计，在一套实验装置中同时分别进行动物细胞和植物细胞的两项电融合实验，以求获得新药物和新植物品种的方法和技术.
这位专家介绍说，生物医学和生物技术的发展，使一些高纯度的生物材料如氨基酸、蛋白质的分离纯化方法成为重要的基础应用技术.连续自由流电泳分离具有效率高、设备操作简单、分辨率好、过程和条件可控、对产物损伤小等优点，是制备型的主要分离手段.在“神舟”四号上安排的电泳分离实验主要目的是为研究其规律，通过实验积累经验，为我国的蛋白质和其他生物大分子分离纯化技术的研究发展奠定基础.
据介绍，“神舟”四号飞船空间应用系统的有效载荷分别安装在飞船的返回舱、轨道舱和附加舱段，其任务以微波遥感对地探测、空间环境综合监测和科学实验为主，自主飞行期间主要进行微重力流体物理科学和生物技术研究实验.飞船轨道舱留轨运行半年期间，将进行微波遥感对地探测和空间环境监测等新技术试验.
教材130页作业第5题参考资料
我国的载人航天活动
航天知识简介
1.从天谈起
“天”又称太空、空间、外层空间,目前尚无确切范围.一般指距地面100 km以上的稀薄的大气层以外的空间.(又一说为75 km)
天是继海、陆、空以外的第四疆域，是一个待人类开发的新疆域.
2.天与航天的区别与关系
天(太空)是自然客观存在的，航天则是有人的参与，是人类认识自然和改造自然的过程.过去有“空”与航空，现在则有“天”与航天.
3.人类对太空的向往和追求
自古中国就有“嫦娥奔月”的传说，敦煌莫高窟有着“飞天”的壁画.中国是最早发明和使用火箭的国家.公元10世纪已有火药用于火箭的文字记载.14世纪末，中国明代工匠万户手持风筝试图借助火箭的推力和风筝的升力飞上天，虽然失败了，但他是人类第一个利用火箭升空的人.后来人们为了纪念他，在月球背面有一个环形山以“万户”命名.
4.从幻想到科学——航天科学的三位先驱
(1)俄国的齐奥尔科夫斯基
齐奥尔科夫斯基于1903年发表了《利用喷气工具研究宇宙空间》一文和以他的名字命名的公式，奠定了火箭和液体发动机的理论基础.他还证明了脱离地球引力必须使用多级火箭.齐奥尔科夫斯基有一句名言:“地球是人类的摇篮.人类绝不会永远躺在这个摇篮里，而会不断地探索新的天体和空间.人类首先将小心翼翼穿过大气层，再然后去征服太阳系空间.”
(2)美国的戈达德
戈达德在理论和实验上都为火箭作出过卓越贡献.1926年他研制出世界上第一枚液体火箭.虽然这枚火箭只飞行了2.5 s，达到12 m高、56 m远，但这是火箭技术非常重要的开端.
(3)德国的冯·布劳恩
第二次世界大战时，纳粹德国在波罗的海边的佩内明德建了一个秘密导弹工厂.冯·布劳恩带领一批科学家在那里研制出现代导弹的鼻祖V2.V2导弹在二战中被成批生产并用于实战，主要用来轰炸伦敦.
5.为什么人类对进入太空这么感兴趣？
从现代的眼光看，太空有无可替代的资源.这些资源包括:航天器(卫星、飞船、空间站)相对地球表面的高位置资源；航天器中的微重力环境资源；太空的高真空、高洁净、高能粒子辐射和大范围高低温变化的环境资源.
(1)空间高位置资源
航天器居高临下俯瞰全球，在军事上和民用上都有无可比拟的优势.表1列出了几个不同高度的飞行器可观察到地球总面积的百分比.
表1 几个不同高度的飞行器可观察到地球总面积的百分比
飞行体位置
高度
地球面积(%)
视野扩大倍数
飞机飞行高度
10千米
0.08
1
近地轨道卫星
200千米
15.2
190倍
地球同步卫星
35 800千米
42.4
530倍
早在1945年英国科幻小说家阿瑟·克拉克就预言，在地球赤道上空放置3颗地球同步定点卫星就可进行全球通信.随着航天技术的发展，地球变得愈来愈小，人类可以把全球作为一个整体来观察和利用.据有了这种太空高位置，人类文明就前进了一大步.
(2)航天器内微重力环境资源
卫星或空间站能环绕地球飞行是由于其运动所产生的离心力与地球引力相互抵消，因而卫星或空间站内呈现微重力环境(其)，这种环境在地面上和飞机做抛物线飞行时仅能出现几十秒时间.航天器内长时间的微重力环境在地面上无法模拟仿真，是独一无二的太空资源.
(3)太空高真空、高洁净、高能粒子辐射、大范围高低温变化环境
这些环境与微重力环境结合起来的综合环境，对特殊材料的制备，完美晶体的生长，生物工程及药品的制备和提纯，高质量冶炼等都可获得地面上难以得到的结果.
由于在太空大气极度稀薄，对电磁波的全频谱辐射的吸收、折射、散射基本上不存在，因而是天文观测的理想环境，由此出现了太空望远镜和空间天文学这门新学科.
6.航天包含哪些内容？
2000年11月中国政府发表的《中国的航天》白皮书把航天活动归纳为航天技术、空间应用、空间科学.航天技术是手段,空间应用是目的，属于改造世界的范畴；空间科学则属于认识宇宙的范畴.
载人航天工程是我国航天史上最大、最复杂的系统工程.1999年11月20—21日我国“神舟”一号试验无人飞船首次试验飞行取得圆满成功，这标志着我国在载人航天领域迈出了可喜的第一步.“神舟”二号和“神舟”三号分别于2001年1月10日和2002年4月1日发射成功后，现在正准备发射“神舟”六号，我国进行载人航天飞行的日子不会很远了.
载人航天器与不载人航天器的最大区别是载人航天器必须设置环境控制和生命保障系统，以保证宇航员在发射入轨、在轨运行和返回着陆时能正常工作和生活.载人航天器由7个独立系统组成.
(1)宇航员系统
这是一个以宇航员为中心的医学与工程相结合的复杂系统.它负责宇航员的选拔和培训；在空间对宇航员进行医学监测和保障；负责航天服和生命保障系统的研制.
(2)飞船应用系统
进行对地观测，开展微重力条件下的科学实验，以及空间生命科学和空间天文学实验.
(3)载人飞船系统
载人飞船是载人航天工程的核心系统，由轨道舱、返回舱、推进舱及两对太阳能电池帆板组成.轨道舱是宇航员在轨飞行期间的工作和生活舱段，在飞行试验结束后留在天上，继续运行，并可作为将来做交会对接试验的空间对接目标.推进舱内有许多大大小小的火箭发动机，用来进行姿控、变轨、制动，在返回时扔掉后会在大气层内烧毁.唯一可返回地面的是返回舱，3名宇航员在上升段和返回段都坐在返回舱里面.返回采用升力控制方案及降落伞回收方案.
(4)“长征二号F”运载火箭系统
“长征二号F”运载火箭是在“长征二号E”的基础上研制的，在可靠性方面进行了大量改进，同时为保证宇航员的安全，增设了故障检测系统和逃逸救生系统.
(5)发射场
采用了垂直总装、垂直测试，箭、船整体垂直运输至发射塔架和远距离测试发射技术.
(6)测控通信系统
采用了全新的S波段统一系统.为提高全球覆盖率派出4艘测量船分布在太平洋、印度洋和大西洋，构建成陆海全球测控通信网.
(7)着陆场
有落区跟踪雷达、预测落点和S波段测控设备和回收队、人员和装备.
整个发射、飞行、返回过程大致分为以下阶段:
航天飞行按以下程序进行:
飞船和运载火箭在技术厂房按垂直组装和垂直测试的一系列程序完成技术准备工作后，整体垂直运输到脐带塔，并进行最后的功能检查.一切准备就绪后，火箭一级发动机及4个助推器同时点火.火箭升空，开始程序转弯，火箭继续飞行，抛逃逸塔，助推器分离，火箭一级二级分离，整流罩分离.二级发动机关机，随后船箭分离，飞船入轨.
入轨后，飞船捕获地球，建立轨道运行姿态，展开太阳电池帆板并对太阳定向.飞船入轨一段时间后，地面测控系统提供初始轨道数据，并通过测控站和测控船对飞船注目，飞船按预定轨道环绕地球飞行，飞行一周约90 min.当飞船进入海陆测控区时，飞船上的设备开机工作，发射遥测信息，接收遥控信息.在海陆测控区外，短波通信机工作.飞船在环绕地球飞行规定的圈数和完成科学试验任务后返回，在返回前由地面站和测量船发出调姿指令.轨道舱与返回舱分离，建立返回制动姿态.飞船制动进入返回轨道，返回舱降低至140 km的高度时，推进舱与返回舱分离，在降至100 km时，返回舱进入再入姿态调整，约80 km时，返回舱再入稠密大气层，进入黑障区后，通信中断，约40 km高度时，出黑障区，通信恢复.在返回舱再入大气层后，着陆场地面雷达站和测量站跟踪捕获目标，测量返回轨道，预报返回舱着陆点.在约10 km高度时，返回舱抛撒舱盖，拉出引导伞和辅助引导伞，拉出减速伞，减速伞分离，拉出主伞，主伞张开，抛返回舱防热大底，返回舱从斜吊挂状态改为垂直吊挂，当下降到离地面约1 m高度时，着陆缓冲发动机工作，返回舱着陆.随后，截断主伞，抛天线罩，弹出回收信标天线，发射信标.空中搜索直升机和地面搜索车辆发现目标后迅速赶往着落地点回收返回舱.至此，这次“神舟”号的飞行任务就结束了.
第一步:准备就绪
第二步:火箭发射
一切准备就绪后，火箭一级发动机及4个助推器同时点火.
第三步:程序转弯
火箭升空，开始程序转弯.
第四步:抛逃逸塔
火箭继续飞行，抛掉逃逸塔.
第五步:抛助推器
助推器分离.
第六步:整流罩分离
火箭一级二级分离，整流罩分离.
第七步:船箭分离
二级发动机关机，随后船箭分离.
第八步:展开帆板
飞船入轨.入轨后，飞船捕获地球，建立轨道运行姿态，展开太阳电池帆板并对太阳定向.
第九步:测控站对飞船监控
飞船入轨一段时间后，地面测控系统提供初始轨道数据，并通过测控站和测控船对飞船监控.
第十步:按预定轨道飞行
飞船按预定轨道环绕地球飞行.
第十一步:飞船接受发射信息
飞行一周约90 min.当飞船进入海陆测控区时，飞船上的设备开机工作，发射遥测信息，接收遥控信息.
第十二步:飞船调姿1
在海陆测控区外，短波通信机工作.飞船在环绕地球飞行规定的圈数和完成科学试验任务后返回，在返回前由地面站和测量船发出调姿指令.
第十三步:飞船调姿2
在海陆测控区外，短波通信机工作.飞船在环绕地球飞行规定的圈数和完成科学试验任务后返回，在返回前由地面站和测量船发出调姿指令.
第十四步:轨道舱与返回舱分离
轨道舱与返回舱分离.
第十五步:推进舱与返回舱分离
建立返回制动姿态.飞船制动进入返回轨道，返回舱降低至140 km的高度时，推进舱与返回舱分离.
第十六步:进入黑障区
在降至100 km时，返回舱进入再入姿态调整，约80 km时，返回舱再入稠密大气层.
第十七步:出黑障区
进入黑障区后，通信中断，约40 km高度时，出黑障区，通信恢复.
第十八步:拉出引导伞
在返回舱再入大气层后，着陆场地面雷达站和测量站跟踪捕获目标，测量返回轨道，预报返回舱着陆点.在约10 km高度时，返回舱抛撒舱盖，拉出引导伞和辅助引导伞.
第十九步:拉出减速伞
拉出减速伞.
第二十步:拉出主伞
减速伞分离，拉出主伞.
第二十一步:抛防热板
主伞张开，抛返回舱防热大底
第二十二步:缓冲发动机工作
返回舱从斜吊挂状态改为垂直吊挂，当下降到离地面约1 m高度时，着陆缓冲发动机工作.
第二十三步:发射信标
返回舱着陆.随后，截断主伞，抛天线罩，弹出回收信标天线，发射信标信号.
第二十四步:现场回收
空中搜索直升机和地面搜索车辆发现目标后迅速赶往着落地点回收返回舱.至此，这次“神舟”号的飞行任务就结束了.
超重与失重-备课资料(2)
一、实验探究
介绍装置，如图6-4-7架子上有两个滑轮，两边挂有重物.我们取左边的重物加以研究，重物静止时，弹簧秤的示数大小等于物体所受的重力，物体对弹簧秤的拉力等于物体所受的重力.放手后物体做向上的加速运动，我们再观察弹簧秤示数的变化.
图6-4-7
提问:看到了什么现象?弹簧秤的示数增大，物体对绳的拉力增大.以上实验可以用更简单的装置来完成，只不过观察时的效果稍差一些.弹簧秤下挂一重物，物体静止时，弹簧秤的示数等于物体所受的重力.当物体向上做加速运动时，弹簧秤的示数大于物体所受的重力，物体对绳的拉力大于物重.
学生小实验:细线拉重锤(绣花线、打点计时器用重锤).线系在重锤上，缓慢拉起，再让重锤做向上的加速运动，线断.
分析原因:取物体为研究对象，如图6-4-8,T-Ｇ=ma，T-mg=ma,弹簧秤的拉力为T＝mg+ma=m(g+a).
图6-4-8
讨论:(1)物体做向上的加速运动时，弹簧对物体的拉力大于物体静止时的拉力，T＞mg，物体对弹簧的拉力大于物重.
举例:起重机在吊起重物时，有经验的司机都不让物体的加速度过大是什么原因?
(2)学生列举生活中的感受:电梯向上启动时，电梯对人的支持力大于静止时的支持力，同样人对电梯的压力也大于物重；电梯下降刹车时也一样.只要物体的加速度方向是向上的，就会产生以上现象.
提问:在电梯中放一弹簧测力秤，人站在上面.当电梯向上加速度运动时秤的示数怎样变化?
(3)整理公式:T=m(g+a)=mg′，g′叫做等效重力加速度，g′＞g.站在电梯里的人在电梯向上加速或向下减速时，人对电梯的压力大于人的重力，好像是重力加速度g增大了.火箭起飞时有很大的向上的加速度，内部发生的是超重现象.发生超重现象时，物重并没有变化.
二、失重现象
实验:如图6-4-9,重物静止时，弹簧秤的示数大小等于物体所受的重力，物体对弹簧秤的拉力等于物体所受的重力.放手后物体做向下的加速运动，我们再观察弹簧秤示数的变化.提问:看到了什么现象?弹簧秤的示数减少，物体对悬挂物的拉力减小.学生实验:观察感受失重现象.弹簧秤下挂一重物，物体静止时，弹簧秤的示数等于物体所受的重力.当物体向下做加速运动时，弹簧秤的示数小于物体所受的重力.(注意对减速时的示数增大的解释)取物体为研究对象，如图6-4-10,G-Ｔ＝ma，弹簧秤的拉力为T=mg-ma=m(g-a).
图6-4-9 图6-4-10
讨论:(1)物体做向下的加速运动时，弹簧对物体的拉力小于物体静止时的拉力，T＜mg，物体对弹簧的拉力小于物重.
(2)学生列举生活中的感受:电梯向下启动时，电梯对人的支持力小于静止时的支持力，同样人对电梯的压力也小于物重；电梯上升刹车时也一样.
三、天平和弹簧秤的使用
由以上“超重”和“失重”理论的学习，我们再进一步讨论天平和弹簧秤的使用.
1.弹簧秤是测量力的大小的工具，其基本原理是二力平衡.当测物体重力时，必须保证物体静止或做匀速直线运动，否则弹簧秤的示数等于物体的视重.
2.天平是测量物体质量的工具，它的基本原理是力矩的平衡.相对地静止、匀速直线运动或加速运动时，都可以测物体质量，在完全失重的情况下，如在宇宙飞船中，天平将不能测物体质量.
超重与失重
教学目标
1、知识目标：
（1）知道什么是超重和失重．
（2）知道产生超重和失重的条件．
2、能力目标：观察能力、对知识的迁移能力
3、情感目标：培养学生学习兴趣，开阔视野．
教学重点：超重和失重的实质
教学难点：在超重和失重中有关对支持物的压力和对悬挂物的拉力的计算。
教学仪器：纸带、弹簧秤、钩码、体重计、塑料瓶、水、书本。
教学过程：
引入新课
师：将一条纸带对折后下面挂上钩码，想一想只用一只手能不能把纸带拉断？
生：动手实验。
师：纸带既然能够承受钩码的重力，为什么迅速向上提时纸带会断？
生：钩码对纸带的拉力增大。
师：在弹簧秤下挂上钩码当它加速向上和加速向下运动时，观察弹簧秤的示数有什么变化？
生：弹簧秤向上加速运动时，示数变大；加速向下运动时示数变小。
让一学生站到体重计上称体重。
师：当你站在体重计上下蹲时，观察到体重计的示数是怎样变化的？
生：体重计的示数变小。
师：以上观察到的实验现象就是本节要探究的课题——超重与失重。
板书：超重与失重
新课教学
师：围绕超重与失重，大家心中有什么疑问吗？想要解决什么问题？
生：（1）什么是超重与失重？（2）什么情况下会出现超重（失重）？（3）为什么会出现超重（失重）？
什么是超重与失重？
师：实验中钩码对纸带的拉力大于重力，挂有钩码的弹簧秤加速向上运动时示数变大，是超重现象。弹簧秤加速向下运动时示数变小，人下蹲时体重计示数变小，是失重现象。
板书：超重：物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）大于物体所受重力的情况称为超重。
失重：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情况称为失重。
师：在超重、失重现象中物体的实际重力变化了没有？
生：物体的m、g没有变化，则重力G不变。
师：物体的实际重力称为实重，物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）称为视重。
总结：超重——视重大于实重的现象。失重——视重小于实重的现象。
超重与失重的条件
学生在体重计上做实验，观察人在体重计上下蹲和站立过程中，体重计示数的变化。
学生汇报实验情况。
下蹲过程
站起过程
结论：加速度方向向上，出现超重现象；加速度方向向下，出现失重现象
学生看模拟电梯运动时体重计示数变化情况，并记录观察结果，填写下面表格：
电梯上升：
物体运动情况（匀速、加速、减速）
速度方向
加速度方向
压力与重力的比较（〈、〉、=）
判断超重、失重
静止
起动
中途
制动
静止
电梯下降
物体运动情况（匀速、加速、减速）
速度方向
加速度方向
压力、与重力的比较（〈、〉、=）
判断超重、失重
静止
起动
中途
制动
静止
师：加速度为零，情况怎么样？
生：既不超重也不失重，视重与实重相等。
超重（失重）产生的原因
以电梯加速上升为例对物体受力分析
师：你能否用牛顿第二定律写出支持力的表达式？
生：F-G=ma F=G+ma=mg+ma
F〉G
师：支持力F与人对体重计的压力F、有什么关系？
生：根据牛顿第三定律，F与F、是作用力与反作用力。大小相等，方向相反。
结论：超重：当物体存在向上的加速度时，它对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）大于物重。
以电梯加速下降为例对物体受力分析
生：G-F =ma F=G-ma=mg-ma F〈G
结论：失重：当物体存在向下的加速度时，它对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）小于物重。
学生游戏：1、让下端扎有小孔的盛有水的塑料瓶子下落时，站在旁边的同学身上会不会被淋湿？
2、两本交叉相叠的书本怎么样才能轻易拉开？
师：体重计（弹簧秤的示数）能不能为零？
生：当a=g时，F=0。
师：视重为零的现象称为完全失重。
4、课堂练习：
1）、根据下面对话，完成以下填空：
记者：在“神舟”五号飞船发射和运行过程中，你感觉怎样？
杨利伟：飞船发射时，感觉（ ）感比较强，最大达到5G，船箭分离时，我感觉有一种忽然腾空的感觉，这时又进入了（ ）状态。
记者：飞船成功着陆时你的感觉怎样？
杨利伟：飞船降落伞打开后船体晃动得较历害，……当时有很强的（ ）感，仪器显示有3至4G的载荷。
2）、升降机以0.5m/s2的加速度匀加速上升,站在升降机中的人的质量是50 kg,则人对升降机地板的压力是多大?
扩展：
（1）本题中人出现了什么现象？．
（2）其它条件不变，若升降机是减速下降呢？人对升降机地板的压力又是多大?
（3）其它条件不变，若升降机是加速下降呢？结果又是怎样？人出现了什么现象？
（4）其它条件不变，若升降机是减速上升呢？结果又是怎样？人出现了什么现象？
（5）若想人对升降机地板的压力为零，则升降机应怎样运动？
（三）、信息窗
飞船内的物体都处于完全失重状态，飞船内的空间是一完全失重的空间．在完全失重的空间里，科学家们可以进行大量的生物、生理、生化、物理、医学等实验，并能取得地面上进行同样实验无法达到的优秀效果．据报道，美国一产妇在完全失重的飞船里曾产下一男孩，现约8岁，该男孩所表现出的智力和体力远远超过了同龄儿童，被美国人戏称为“小超人”．同学们，完全失重的空间里还有许多未被开垦的处女地，各国宇航局都力图率先在这些领域取得突破性进展，为此，发达国家的宇航局也曾向世人征求可在飞船里进行实验的方案．北京市一名中学生曾设计出一个方案：即研究在完全失重的条件下，人的思维反应速度是不变、变快还是变慢．受到了发达国家宇航局的关注．如果在座的各位同学在这方面有什么奇思妙想，不妨寄与我国宇航部门，希望将来在我国飞船上进行的实验里，有你们设计的方案．
、课堂小结
（五）、作业：
1、在升降机中挂一个弹簧秤, 下吊一个小球, 如图（1）所示, 当升降机静止时, 弹簧伸长4cm. 当升降机运动时弹簧伸长2cm, 若弹簧秤质量不计, 则升降机的运动情况可能是（???? ）
A、以1 的加速度下降
B、以4.9的加速度减速上升
C、以1的加速度加速上升
D、以4.9的加速度加速下降
2、如图（2）所示，在原来匀速运动的升降机的水平地板上放一物体，受到一个伸长的弹簧的拉力作用，但仍能保持与升降机相对静止．现突然发现物体被弹簧拉动，则判定升降机的运动状态可能是（???? ）
A、加速上升??????? B、加速下降?????
C、减速上升?????? D、减速下降
3、质量为60kg的人站在电梯内的台秤上，电梯从静止开始运动，台秤上的人注意到开始3s内台秤示数为528N，接着8s内台秤的示数为588N，最后台秤示数增大到678N，直到静止时台秤又恢复到588N，试问电梯是上升还是下降？升降的总高度是多少？
4、以学习小组为单位，设计1至2个超重（失重）现象的小实验。并解释其原理。
答案：1、BD．? 2、BC．? 3、31.5m．
超重和失重
教学目标：
一、知识目标：
1：了解超重和失重现象
2：运用牛顿第二定律研究超重和失重的原因。
二、能力目标：
培养学生运用牛顿第二定律分析和解决问题的能力。
三、德育目标：
渗透“学以致用”的思想，激发学生的学习热情。
教学重点：
超重和失重的实质
教学难点：
在超重和失重中有关对支持物的压力和对悬挂物拉力的计算。
教学方法：
实验法、讲练法
教学用具：
弹簧秤、钩码、投影仪、投影片
课时安排
1课时
教学步骤：
一、导入新课
自从人造地球卫星和宇宙飞船发生成功以来，人们经常谈到超重和失重，那么：什么是超重和失重呢，本节课我们就来研究这个问题。
二、新课教学：
（一）用投影片出示本节课的学习目标：
1：知道什么是超重和失重；
2：知道产生超重和失重的条件；
（二）学习目标完成过程：
1：超重和失重：
（1）用投影片出示思考题组1：
a：物体的速度方向和运动方向之间有什么关系？
b：物体做加速或减速运动时，加速度方向和速度方向之间有什么关系？
（2）实例分析：
a：用投影品出示例题1：
升降机以0.5m/s2的加速度匀加速上升，站在升降机里的人的质量是50kg，人对升降机地板的压力是多大？如果人站在升降机里的测力计上，测力计的示数是多大？
b：分析题意：
1）人和升降机以共同的加速度上升，因而人的加速度是已知的，为了能够用牛顿第二定律，应该把人作为研究对象。
2）对人进行受力分析：
人在升降机中受到两个力：重力G和地板的支持里F，升降机地板对人的支持力和人对升降机地板的压力是一对作用力和反作用力，据牛顿第三定律，只要求出前者就可以知道后者。
3）取竖直向上为正方向，则F支，a均取正值，G取负值，据牛顿第二定律得：
F支－G＝ma
则：F支＝G＋ma
代入数值得F支＝515N，所以，F压＝F支＝515N。
c：问：如果升降机是静止的或做匀速直线运动，人对升降机地板的压力又是多大？
F压＝F支＝mg＝500N
d：比较前边两种情况下人对地板的压力大小，得到人对地板的压力跟物体的运动状态有关。
e：总结：升降机加速上升的时候，人对升降机地板的压力比人实际受到的重力大，我们把这种现象叫超重。
那么：在什么情况下产生超重现象呢？
（3）用投影片出示练习题：
一个质量是40kg的物体，随升降机一起以2m/s2的加速度竖直减速下降，求物体对升降机地板的压力大小，是大于重力还是小于重力？
学生自己分析得到：此时人对升降机地板的压力F＝480N，大于人的重力400N，即也产生了超重现象。
2：总结得到：
（1）当物体也向上的加速度时，产生超重现象；
（2）产生超重现象时，物体的重力并没有改变，只是对水平支持物的压力或对悬挂物的拉力增大。
3、用类比法得到：
（1）当物体有向下的加速度时，产生失重现象（包括匀减速上升，匀加速下降）。此时F压或F拉小于G。
（2）当物体有向下的加速度且a＝g时，产生完全失重现象，此时F压＝0或F拉＝0；
（3）产生失重和完全失重时，物体的重力并没有改变，只是对水平支持物的压力或对悬挂物的拉力小于物体的重力。
4、巩固训练：
质量为m的物体用弹簧秤悬在升降机的顶棚上，在下列哪种情况下，弹簧秤读数最小：
A：升降机匀速上升；
B：升降机匀加速上升，且a＝
c：升降机匀减速上升，且a＝
d：升降机匀加速下降，且a＝
5：解答本课上的思考与讨论：
三、小结：
1： 叫超重； 叫失重； 叫完全失重。
2、产生超重、失重及产生完全失重的条件分别是什么？
3、产生超重和失重时，重力、压力、拉力变化的是什么？不变的是什么？
四、作业：
课本练习
五、板书设计：
超重与失重
教学目标
理解超重和失重现象，并能应用牛顿第二定律解释此现象。
培养学生观察能力、分析推理能力和想象能力。
体验超重和失重，激发学生的求知欲望。了解超重和失重环境的奇妙性和重要性，培养学生的探究技能。
重点难点
认识超重、失重概念，理解超重、失重的原因。
引入新课
视频展示：翻滚过山车录相片断。
问题：从录相片段中，你们观察了什么？
学生：惊险、刺激、恐惧、不安……。
问题：为什么会出现这些心理反应？
学生1：因为速度太快，因为处于高空中，因为高速气流对人强烈冲击作用，因为高速带来的视觉上强烈刺激作用……
学生2：可能不单单是高速、高空带来刺激和不安，因为高空中高速飞行飞机中的乘客却没有表现出如此不安与恐惧。
……
老师：其实，过山车游客出现上述强烈心理和生理反应，除了同学们分析的原因之外，还有一个很重要的因素就是与我们这一节所学的两个物理现象有关，即超重和失重现象。
（设计本环节的目的是希望通过学生熟悉而又感兴趣生活现象激发学生学习兴趣，同时又点出本节课所要学习的物理内容，体现了从生活走向物理的教学设计理念。）
（对于实验条件不许可学校，教师也可改用如图6—？的实验引入新课。演示时，将装置升到天花板，当摆球摆到最高位置时，将绳子松开，让整个装置自由下落，请同学们观察现象，摆仍然保持在偏斜的位置，并不来回摆动。为什么？这就是本节课要揭示的秘密——失重现象）
为了揭开这个问题的本质，请同学们先看下面的问题。
问题1：站在地面上的同学，他对地面的压力多大？当他突然下蹲瞬间，人对地面的压力如何变化？
（问题一提出，学生坐不住了，跃跃欲试，想站起来找下蹲的感觉。学生之间议论纷纷，争论的焦点集中在后一个问题上，同学们各抒已见，思维之间相互冲突，归纳起来有两种看法）
学生1：对地面的压力变小了。
学生2：对地面的压力增大了，因为人下蹲时，人有向下冲击的作用，所以压力增大了。
（学生的认识往往依据自己已有的经验，因此课堂上如何引导，这个问题值得思考。应按认识规律，让学生在观察思考的过程中，引导他们不断修正自己的观点，形成正确的认识。）
体验实验：请一个学生站在台式体重计上，突然下蹲，观察示数的变化情况？（有条件的学校，可用一摄像头将示数变化情况投到屏幕上）
（选择这一实验理由，一是考虑可操作性，二是因为此过程既有超重问题，又有失重问题，合二为一，现象表现的问题比较突出）
观察结果：示数先变小，后又变大，即人对地面的压力先变小后变大——这就是失重和超重现象
这是为什么呢？如何解释这个现象？这是我们这一节课要研究的中心内容。
（如果说过山车录相所展示的场景，仅仅给学生对超重与失重现象认识带来“心灵”上感受，那么，这一段的设计却给学生对超重和失重带来“量”上感受。当然后续教学设计应该给学生以“质”上的认识。）
下面，我们通过具体实例从理论上探究上述现象产生的原因。
超重与失重现象
问题2：如图6—1所示，一个人在升降机内做一实验，实验时将一弹簧秤挂在升降机内，弹簧秤下挂一质量为m=5kg的物体。
问题（1）若升降机以大小a=0.8m/s2加速度向上加速运动时，此人看到的弹簧秤示数多少？此读数比重力大还是小？
给学生几分钟的思考、分析时间。在这段时间内教师最重要的工作是捕捉课堂上来自学生的有用教学信息，捕捉的信息不应只限制于学生正确的分析过程和答案，对于学生中出现的各种各样的不同的想法，同样是有用的课堂教学资源。教师选择几种有代表性的想法展示出来（板书在黑板或投影在屏幕上）。
学生的可能分析过程有：
学生1：物体受两个力作用，重力和弹簧秤对物体的拉力。因为物体的加速度向上，物体所受的合力向上，所以弹簧秤对物体的拉力大于重力，即弹簧秤的示数大于重力（定性分析）
学生2：物体受两个力作用，重力和弹簧秤对物体的拉力。因为物体的速度向上，物体所受的合力向上，所以弹簧秤对物体的拉力大于重力，即弹簧秤的示数大于重力（定性分析）
学生3：根据牛顿第二定律得 mg－T=ma
所以 T=mg－ma=（5×9.8－5×0.8）N=45.0N
弹簧秤的示数T′=T=45.0N＜mg=49.0N（定量分析）
学生4：根据牛顿第二定律得 T－mg=ma
所以 T=mg＋ma=（5×9.8＋5×0.8）N=53.0N
弹簧秤的示数T′=T=53.0N＞mg=49.0N（定量分析）
对于上述四个具有代表性的分析过程，教师如何点评，对学生最有帮助，收到最好的教学效果，值得思考。课堂上教师不仿引导学生进行讨论，倾听学生的不同想法，达到更大范围、更深程度曝露学生认知中存在的问题。在此基础上，教师进行必要点拔、穿针引线，让存在于学生中的问题靠学生自身努力加以解决，这是解决问题的最有效办法。它不仅解决了这个问题，更重要的是培养了学生分析解决问题的能力。
共识：学生1和学生4的分析是正确的。
有了解决（1）问题基础后，教师再抛出以下（2）、（3）、（4）问题
问题（2）若升降机以大小a=0.8m/s2加速度向下减速运动时，此人看到的弹簧秤示数多少？此读数比重力大还是小？
问题（3）若升降机以大小a=0.8m/s2加速度向下加速运动时，此人看到的弹簧秤示数多少？此读数比重力大还是小？
问题（4）若升降机以大小a=0.8m/s2加速度向上减速运动时，此人看到的弹簧秤示数多少？此读数比重力大还是小？
设计这三个问题的目的，是让学生进一步思考，电梯在不同的运动情况下，弹簧秤示数还有什么变化，从而让学生发现如下规律：
规律1：挂在弹簧下的物体，弹簧秤显示的示数不一定都等于物体的重力大小。
规律2：当电梯加速上升和减速下降的情况下，人观察到的弹簧秤示数（即视重）均大于重力。
规律3：当电梯加速下降和减速上升的情况下，人观察到的弹簧秤示数（即视重）均小于重力。
由此引出超重和失重概念。并注意强调超重、失重与物体重力变化的区别！
问题3：从上述几个实例中，分析产生超重、失重的本质原因是什么？
学生根据上述四个问题结论的比较，不难得出如下规律：
规律3：不论物体向上或向下运动，当物体具有向上加速度时，物体必然出现超重现象；当物体具有向下加速度时，物体必然出现失重现象。
请同学们解释本节引入新课的问题，人下蹲过程为什么对地面的压力先变小后变大。（目的是为了呼应本节开始时引入的问题，有回归之意，让本节的主题进一步得到突出。）
问题2中的最后一个问题
问题（5）：若升降机以大小a=g加速度加速下降时，此人观察到的弹簧秤示数为多少？
此问题由学生分析
学生可能分析预测：
定性分析：当物体以加速度a=g加速下降时，物体所受的合力大小等于重力，故弹簧秤对物体的无拉力。所以弹簧秤的读数为零。
定量分析：根据牛顿第二定律得 T－mg=ma
所以 T=mg－ma=mg－mg=0
由此引出失重中的一个特殊现象——完全失重概念，即物体具有向下加速度且大小等于重力加速度时，弹簧秤拉力等于零的现象。
值得一提的是定性分析和定量分析要灵活应用，定性分析往往比较直观、形象，在教学中要引起重视。
演示实验：失重现象
实验装置如图6—2所示，杆处于水平平衡，若将铁链一端的细绳烧断，杆还会平衡吗？为什么？
动手分组实验：如图6—3，取一可乐瓶，在瓶底部打一小孔，在瓶中盛一定量的水，水将从小孔中流出。若将可乐瓶从空中自由落下，水会从小孔中流出吗？请解释为什么？如果可乐瓶是向上抛出呢？
（三）超重和失重现象的利与弊
1．超重现象与人的生理反应
问题：飞船发射时加速上升，宇航员处于超重状态，而且发射时由于加速度很大，超重很“严重”，体内血液往下肢“坠”，一方面造成血管承受压力加大，另一方面造成血液循环困难，脑部会出现缺血和缺氧现象。为了减少超重对人的生理影响，飞船发射时，宇航员成什么姿势较好？
（设计本问题的目的是希望学生能够关注超重环境对生命系统带来的影响，把学科间的知识联系起来，培养学生综合分析问题的能力。）
超重环境模拟仪：为了训练宇航员适应超重环境，宇航员要在超重环境中进行训练。如图6—4所示就是超重环境模拟仪，当训练舱旋转时，舱处于超重状态。
（可用照片和视频图象展示，对于其中的原理可不做解释，但是可以给学生一个悬念——这是圆周运动的知识，其目的是为了进一步激发学生探究新知识的欲望，是后续教学的一个“伏笔”。）
失重现象
视频展示：宇宙员在空间站工作和生活画面，最好含有宇航员喝水画面。（在失重状态下水成球形，也可用一个模拟实验展示。取一玻璃瓶，装入半瓶水，后再往瓶中倒入一勺食用油。最后往瓶中逐渐加入酒精，并摇动瓶子直到油成球形。原理：当水和酒精混和液的密度等于油的密度时，油滴受到重力与浮力平衡，此时油在表面张力作用下成球形）
想象活动：根据你对失重现象的理解，想象，在地面上的生产、生活或实验现象在在失重情况可能出现什么现象或产生什么影响，这些现象有什么有利一面和不利另一面，不利的一面如何克服？有利的一面可能有什么应用？（例如：太空饮食问题，太空中排泄问题，太空中睡觉问题。太空中泡沫金属，太空中的晶体生长，太空中悬浮冶炼等等。）
（本环节设计的目的是希望学生不仅理解失重现象，而且能够把这种现象与生活、生产联系起来。一方面是为了培养学生探究新问题的能力，另一方面是培养学生解决实践问题的能力，再一方面是为了培养学生的想象能力，进而培养学生的创新思维。）
失重环境是一个特殊环境，它对生物生长或物理现象、化学现象等产生影响。为了鼓励青少年创新，同时也为了充分应用失重环境或微重力环境的宝贵资源，美国国家航空航天局（NASA）每次发射航天飞机之前，在世界各国中学生中征集飞船搭载实验方案，我国中小学生设计的方案曾被选中，例如，1990年，18岁的俞纬设计的“草履虫生成”实验项目从全国7000多个太空搭载实验项目中脱颖而出，被美国国家航空航天局选中，搭乘“发现号”航天飞机进行了太空实验。2003年，中国女生李桃桃提出的“蚕在太空吐丝结茧”搭载实验，由美国“哥伦比亚”号航天飞机送入太空，遗憾的是“哥伦比亚”号返回时坠毁，失去了宝贵观察记录。我国从87年开始开展太空搭载实验，取得了不少实验成果，从2003年开始，利用返回式卫星开展有偿征集太空搭载实验，云南省金实小学的学生申请的“跳舞草种子”搭载实验方案获得通过，并由我国第18个返回式卫星送上太空。以上有关方面的具体情况可上网查阅相关资料。
课件12张PPT。超重和失重一、超重现象和失重现象 演示：在弹簧秤下挂一砝码，当保持为静止状态（或匀速向上或向下运动）时，弹簧秤示数等于砝码的重力大小不变，当手提弹簧秤向上加速（或向下减速）时，其示数大于砝码重力大小．当手提弹簧秤向下加速（或向上减速）时，其示数小于砝码重力的大小．1．超重：（l）超重现象：物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）大于物体所受重力的情况称为超重现象．
（2）超重的动力学特征：支持面（或悬线）对物体的（向上）作用力大于物体所受的重力．
（3）超重的运动学特征：物体的加速度向上，它包括可能的两种运动情况：向上加速运动或向下减速运动．2．失重 （1）失重现象：物体对支持物（或对悬挂物的拉力）小于物体所受重力的情况称为失重现象．
当物体对支持物（或对悬挂物的拉力）等于零时，我们称物体处于完全失重状态．
（2）失重的动力学特征：支持面（或是线）对物体的（向上）作用力小于物体所受的重力，物体处于完全失重状态时，这一作用力为零．
（3）失重的运动学特征：物体的加速度向下，它包括可能的两种运动情况：向下加速运动或向上减速运动．物体处于完全失重状态时 失重实验 点击下图观看观看实验动画需要注意的是： 1．物体处于“超重”或“失重”状态，并不是说物体的重力增加了或减小了（甚至消失了）．地球作用于物体的重力始终是存在的且大小也无变化．即使是完全失重现象，物体的重力也没有丝毫变大或变小．当然，物体所受重力会随高度的增加而减少，但与物体超、失重并没有联系．2．超（失）重现象是指物体对悬挂物的拉力（或对支持物的压力）大于（小于）重力的现象．
3．“超重”“失重”现象与物体运动的速度方向和大小均无关，只决定于物体的加速度方向．
4．日常所说的“视重”与“重力”有区别．视重大小是指物体对支持物或悬挂物的作用力大小，只有当物体的加速度为零时，视重大小等于重力的大小．二、超重或失重的应用 超重或失重的解题根据：牛顿第二定律（解题时一般选加速度方向为正方向）．
失重和宇宙开发．例题： 一个人站在体重计的测盘上，在人下蹲的过程中，指针示数变化应是（ ）
A．先减小，后还原
B．先增加，后还原
C．始终不变
D．先减小，后增加，再还原 解析：人下蹲的过程经历了加速向下、减速向下和静止这三个过程．
１．在加速向下时，人获得向下的加速度a，由牛顿第二定律得： 由此可知,弹力FN将小于重力mg． ２．在向下减速时，人获得向上的加速度a，由牛顿第二定律得：由此可知,弹力FN将大于重力mg． ３．当人静止时 FN＝mg ． 所以，正确选项为D．小结：超重或失重是指物体对支持物（或悬挂物）的作用力大于或小于物体所受重力的现象．
物体具有向上的加速度时处于超重，物体具有向下的加速度时处于失重．
