[高一物理教案3-7]
3.7 超重和失重
一、教学目标
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。
3、培养学生分析和解决问题的能力。
二、重点难点
重点：超重和失重
难点：应用
三、教学方法
实验、讲练
四、教学用具
弹簧秤、钩码
五、教学过程
（一）、新课引入
自从人造地球卫星和宇宙飞船发射成功以来，人们经常谈到超重和失重。那么，什么是超重和失重呢，本节课对此作专题研究。
（二）、超重现象
例题1：升降机以0.5 m/s2的加速度匀加速上升，站在升降机里的人的质量是50 kg，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？
分析：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，运用隔离法,以人作为研究对象进行受力分析
人在升降机中受到两个力：重力G和地板的支持力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。
取竖直向上为正方向，则F支，a均取正值，G取负值，依牛顿第二定律得：
F支－G＝ma
则：F支＝G＋ma
代入数值得F支＝515 N，所以，F压＝F支＝515 N。
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＝500 N
比较上述两种情况，可以发现当升降级机加速上升时，人对升降机地板的压力大于人的重力。
例题2：
一个质量是40 kg的物体，随升降机一起以2 m/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？
学生分析得到： 此时人对升降机地板的压力F＝480 N，也超过人的重力400 N，即产生了超重。
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现象称为超重现象。
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。
超重的运动学特征：物体加速度向上,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。
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。
（三）、失重现象(类比法可以得到)
1、当物体有向下的加速度时，（包括匀减速上升，匀加速下降），F压或F拉小于G，产生失重现象。
2、当物体有向下的加速度且a＝g时，F压＝0或F拉＝0，产生完全失重现象。
失重现象：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称为失重现象。
失重的动力学特征：支持面(或悬线)对物体的(向上)作用力小于物体所受的重力。
失重的运动学特征： 物体加速度向下,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。
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。
（四）、巩固练习
１、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＝
２、解答课文上的【思考与讨论】.
（五）超重与失重的应用
例题２：某人在a=2 m/s2匀加速下降的升降机中最多能举m1=75kg的物体，则此人在地面上最多可举起多大质量的物体？若此人在一匀加速上升的升降机中最多能举起m2=50 kg的物体，则此升降机上升的最大加速度为多大？（g=10 m/s2）
解：设此人在地面上的最大“举力”是F，那么他在以不同的加速度运动的升降机中最大“举力”仍为F，以物体为研究对象：
当升降机以加速度a1=2 m/s2匀加速下降时，对物体有：
m1g-F=m1a1 F=m1(g-a1)
∴ F＝75×（10－2）＝600 N
设人在地面上最多可举起质量为m0的物体
则F＝m0g m0==60 kg
当升降机以a2匀加速上升时，对物体有：
F－m2g=m2a2 a2= m/s2
∴ 升降机匀加速上升的加速度为2 m/s2
例题3：质量为2 kg的物体通过弹簧秤挂在升降机的顶板上，升降机在竖直方向运动时，弹簧秤的示数为16 N， 当升降机的速度为3 m／s时，经过1 s，升降机的位移可能为（g取为10m/s2）
A.8m B.4m C.3m D.2m
解析：弹簧秤的示数小于物体受的重力，说明升降机有竖直向下的加速度，以物体为研究对象，这个加速度的大小由mg-F=ma得
m/s2=2m/s2
计时开始，若升降机正在匀加速下降，则1 s内它的位移是
h1=v0t+at2=(3×1+×2×1) m=4 m
若升降机正在匀减速上升，则1 s内它的位移是
h2＝v0t+at2=(3×1－×2×1) m=2 m
答案：B .D
（六）、课堂小结：
当物体有向下的加速度时，产生超重
超重
超重和 实质：重力不变 F＞mg
失重
当物体有向下的加速度时，产生失重
失重 当物体有向下的加速度，且a=g时，产生完全失重
实质：重力不变，０≤F＜mg
（七）、课外作业：
课本P64练习六(1)、（2）、（3）、（4）
※第八节、惯性性和非惯性系（略）
注：第九节请参照期中复习教案23、24的内容。
课件15张PPT。超重和失重第七节利用弹簧秤测重力原理匀速直线运动呢？静止时
F=G既不静止也不匀速直线运动？ 在体重计上下蹲的过程中，体重计的示数怎样变化？再起立又会怎样？一、 超重物体对悬挂物的拉力（或对支持物的压力）
大于物体的重力即F>G F-G=ma F=G+ma=mg+ma 向上加速 向下减速向上的加速度 物体存在向上的加速度处于超重状态 二、 失重物体对悬挂物的拉力（或对支持物的压力）
小于物体的重力即F球附近物体所受的的重力的大小并没有变
化。只是物体对支持物的压力（或对悬绳
的拉力）改变了。 小结【例1】质量为50kg的人站在竖直运动升降机中
的体重计上，此时体重计的读数为40kg，此时升
降机在怎样运动？并求加速度。（g取10m/s2） G=500NF=400NG-F=ma失重向下的加速度向下加速向上减速 三、超重和失重的应用
1.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）
2.失重与宇宙开发
见课本P62-P63页【例2】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3-7-1所示，现发现A突然被弹簧拉动向右方。由此可判断，此时升降机的运动可能是 ( )
A.????加速上升
B.?????减速上升
C.?????加速下降
D.???? 减速下降课件22张PPT。超重和失重超重和失重 作为中国首位进入太空的宇航员杨利伟，不仅要有丰富的知识，还要有过硬的身体，能够承受超重和失重的影响，那么什么是超重和失重呢？一、超重现象：我们通常怎样使用测力计测量物体重力呢？通常情况下，我们要保持物体静止，再来读取弹簧秤的读数。如果物体和弹簧秤一起运动，那么弹簧秤读数会有什么样的变化？如果物体和弹簧秤一起做匀速直线运动，那么弹簧秤的读数仍然等于物体的重力，但如果物体和弹簧秤一起做变速直线运动，情况就有所不同了。 请大家来做一个小实验：把钩码钩在弹簧秤下，保持静止状态，观察弹簧秤读数。 轻轻上下晃动弹簧秤，再观察弹簧秤的读数有何变化？一、超重现象：例1、在升降机（电梯）中测人的体重，已知人质量为40kg，当升降机以2.5m/s2的加速度匀加速上升，测力计的示数是多少？（g取10 m/s2)分析：测力计的示数大小等于人对测力计的压力大小。一、超重现象：例1、在升降机（电梯）中测人的体重，已知人质量为40kg，当升降机以2.5m/s2的加速度匀加速上升，测力计的示数是多少？（g取10 m/s2)解：人的重力G=mg=400N, 当升降机匀加速上升时，根据牛顿
第二定律可知FN-mg=ma得 FN =mg+ma=500N，根据牛顿第三定律可知，测力计对人的支持力与人对测力计的压力大小相等，∴测力计的示数为500N。一、超重现象：例1、在升降机（电梯）中测人的体重，已知人质量为40kg，当升降机以2.5m/s2的加速度匀加速上升，测力计的示数是多少？（g取10 m/s2)小结：电梯加速上升时，人对测力计的压力比人受到的重力大，我们把这种现象叫做超重。二、失重现象：例2、在上题中，如果升降机以2.5m/s2的加速度匀加速下降时，测力计的示数又是多少？ （g取10 m/s2)二、失重现象：例2、在上题中，如果升降机以2.5m/s2的加速度匀加速下降时，测力计的示数又是多少？ （g取10 m/s2)解：人的重力G=mg=400N, 当升降机匀加速下降时，根据牛顿
第二定律可知mg-FN=ma得 FN =mg-ma=300N，根据牛顿第三定律可知，测力计对人的支持力与人对测力计的压力大小相等，∴测力计的示数为300N。二、失重现象：例2、在上题中，如果升降机以2.5m/s2的加速度匀加速下降时，测力计的示数又是多少？ （g取10 m/s2)小结：电梯加速下降时，人对测力计的压力比人受到的重力小，我们把这种现象叫做失重。 在失重现象中，如果物体的加速度恰好为g时，情况又会怎样呢？例3、前例中，如果升降机在静止时，悬挂升降机的钢索突然断裂，升降机自由下落，测力计的示数又是多少？ （g取10 m/s2)解：人的重力G=mg=400N, 当升降机自由落体时，a=g，根据牛
顿第二定律可知mg-FN=ma得 FN =mg-ma=mg-mg=0N，根据牛顿第三定律可知，测力计对人的支持力与人对测力计的压力大小相等，∴测力计的示数为0N。小结：此时测力计示数为0，好象人完全没有受到的重力一样，我们把这种现象叫做完全失重。 在失重现象中，如果物体的加速度恰好为g时，情况又会怎样呢？例3、前例中，如果升降机在静止时，悬挂升降机的钢索突然断裂，升降机自由下落，测力计的示数又是多少？ （g取10 m/s2)小结：此时测力计示数为0，好象人完全没有受到的重力一样，这种状态下，人对测力计的压力为0，我们把这种现象叫做完全失重。对超重和失重的进一步认识例4、前例中，如果升降机以2.5m/s2的加速度减速上升，测力计的示数又是多少？ （g取10 m/s2)对超重和失重的进一步认识解：人的重力G=mg=400N, 对超重和失重的进一步认识当升降机匀减速上升时，根据牛顿第二定律可知mg-FN=maFN =mg-ma=300N，根据牛顿第三定律可知，测力计对人的支持力与人对测力计的压力大小相等，∴测力计的示数为300N。例4、前例中，如果升降机以2.5m/s2的加速度减速上升，测力计的示数又是多少？ （g取10 m/s2)总结：a、当物体有向上的加速度时（加速上升或减速下降），产生超重现象。
b、当物体有向下的加速度时（加速下降或减速上升），产生失重现象。当
a=g时，完全失重。
对超重和失重的进一步认识例4、前例中，如果升降机以2.5m/s2的加速度减速上升，测力计的示数又是多少？ （g取10 m/s2)超重、失重与物体所受重力的区别： 物体处于超重（失重）状态时，地球作用于物体的重力始终存在，且大小不变，只不过物体对水平支持物的压力（悬挂物的拉力）大于（小于）物体的重力。太空行走现实生活中的超（失）重现象：蹦
极我们来看一个实验： 当装有水的水杯壁上有一个孔时，在水压作用下，水会从孔中流出来。 如果让这个杯子自由下落又是什么情况呢？ 这时我们发现，虽然杯壁上有孔，但水却没有流出来，这是为什么呢？课堂练习： 某人在地面上最多只能举起60kg的物体，
那么他在一以2.5m/s2的加
速度匀加速下降的电梯里
最多能举起多重的物体？
（g取10m/s2）课堂练习： 某人在地面上最多只能举起60kg的物体，那么
他在一以2.5m/s2的加速度匀加
速下降的电梯里最多能举起多
重的物体？（g取10m/s2）解：因为人的最大举力恒定，本题中，此人的最大举力为600N，即他在电梯中所能提供给物体的最大支持力为600N， 以物体为研究对象，根据牛顿第二定律可知，G-FN=ma，即
mg=ma+ FN,∴m= FN /(g-a)=80kg；
