用牛顿运动定律解决问题（二）
—超重与失重
一、教学理念：
以学生发展为本，注重学生的主动参与，关注学生的兴趣、个性和创造力，培养学生的创新精神和实践能力。
二、教材分析：
1、教材的地位和作用：
超重与失重，既是牛顿运动定律的应用，又是日常生活中常见的物理现象，特别是自从人造地球卫星和载人飞船发射成功以来，人们就经常谈到超重和失重，因此，它还是当今宇宙开发和国家国防军事领域中要面临的重要问题。教材中安排这一节，既能进一步巩固学生学习过的受力分析、牛顿运动定律等知识，又能增强物理知识与日常生活、宇宙开发的联系，同时激发学生学习物理的兴趣、增强学生国防意识，培养学生爱科学、学科学、用科学的思想热情。
2、教学目标：
【知识与技能目标】
①知道什么是超重现象、失重现象和完全失重现象；
②理解产生超重现象和失重现象的原因；
③培养学生运用牛顿运动定律分析问题和解决问题的能力；
④通过实验锻炼学生的动手能力，提高其实验观察能力和正确表述实验现象的能力，培养学生的科学素质和研究能力；
⑤培养学生运用物理规律抽象生活实际问题的建模能力。
【过程与方法目标】
①经历观看录像、分组实验、讨论交流的过程，观察并体验超重和失重现象；
②经历探究产生超重和失重现象原因的过程，学习科学探究的方法，进一步学会运用牛顿运动定律解决实际问题的方法。
【情感、态度与价值观目标】
①通过探究性学习活动，体会到牛顿运动定律在认识和解释自然现象中的重要作用，产生探究的成就感；
②通过运用超重和失重知识解释身边物理现象，激发学习的兴趣，认识到掌握物理规律的价值；
③渗透“学以致用”思想，结合我国神舟号飞船升空，增强爱国热情，增强民族自豪感，增强强国强军意识。
3、重点与难点：
【重点】
指导学生做好实验，并由实验结论得出超重和失重现象的本质。
【难点】
对实验方法的理解，探索超重、失重和加速度之间的关系。
三、教学策略：
【教学方法】
探究、讨论和讲练相结合
【课时安排】
1课时
四、教具：
体重计、弹簧秤、钩码、矿泉水瓶、多媒体课件等
五、教学程序：
一、导入新课
1.演示实验:棉线悬挂重物,用手提住,迅速向上,观察发生什么现象?
提出问题：为什么手向上加速时，细线会断？是重力增大了吗？
2. 观看视频：升降机里的怪现象？
提出问题：当升降机加速上升或减速上升时，人的体重和正常体重有什么不同？为什么会有这种怪现象？
二、新课教学
1．实验探究：讲台上有一体重计，怎样测你的体重？
学生上讲台演示，教师强调该生在体重计上要保持静止状态。
2．学生分组实验１．给你弹簧秤和重0.5Ｎ的钩码，怎样测钩码的重量？
小组代表回答：先零校准弹簧秤，把钩码挂在弹簧秤上保持静止状态，视线正对刻度观察到弹簧秤示数0.5Ｎ
理论分析：
当弹簧秤悬挂钩码静止时，钩码受力分析如图所示
由二力平衡得：Ｆ＝Ｇ
由牛顿第三定律可知：
物体对弹簧秤的拉力Ｆ′＝Ｆ＝Ｇ
总结：当物体静止或匀速运动时，物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）等于物体所受重力.
板书：一、视重和实重
１．视重：人们习惯上用物体对支持面的压力或对悬挂物的拉力反映物体重力的大小，称为物体的视重。
２.实重：物体的真实重力，Ｇ＝ｍｇ。
３．学生分组实验２.给你一个钩码和弹簧秤，让钩码挂在弹簧秤上二者一起做以下运动，观察弹簧秤的示数？①静止②加速上升③加速下降
①当弹簧秤悬挂重物静止时
小组代表回答：视重等于实重
②当弹簧秤悬挂重物加速上升时
小组代表回答：观察到弹簧秤示数大于物体重力0.5Ｎ
理论分析：此时钩码受力分析如图所示
由牛顿第二定律得：Ｆ合＝Ｆ－Ｇ＝ｍａ
故：Ｆ＝Ｇ＋ｍａ
由牛顿第三定律可知：
物体对弹簧秤的拉力Ｆ′＝Ｆ＞Ｇ
板书：二、超重和失重现象
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，即视重大于实重的现象称为超重现象．
③当弹簧秤悬挂重物加速下降时
小组代表回答：观察到弹簧秤示数小于物体重力0.5Ｎ
理论分析：此时钩码受力分析如图所示
由牛顿第二定律得：Ｆ合＝Ｇ－Ｆ＝ｍａ
故：Ｆ＝Ｇ－ｍａ
由牛顿第三定律可知：
物体对弹簧秤的拉力Ｆ′＝Ｆ＜Ｇ
板书：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，即视重小于实重的现象称为失重现象．
４．探索规律：下面所示升降机的四种运动情况中，对物体m来说，哪几种发生超重现象？哪几种发生失重现象？
思考：超重和失重与什么因素有关?速度？还是加速度？
５．提出问题:解释导入实验和导入视频
例1、某人站在一台秤上，当它猛地下蹲到停止的过程中的，下列说法正确的是（ ）
A.台秤示数变大,最后等于他的重力;
B.台秤示数先变小,后变大,最后等于他的重力;
C. 物体的重力先变小，后变大；
D. 物体的重力没有发生变化；
思维点拨：人下蹲是怎样的一个过程？
人下蹲过程分析：由静止开始向下运动，速度增加，具有向下的加速度（失重）；蹲下后最终速度变为零，故还有一个向下减速的过程，加速度向上（超重）。
思考：如果人下蹲后又突然站起，情况又会怎样？
例2、一个人在地面上最多能举起1000N的重物，那么他在以5m/s2向下加速的电梯中，最多能举起多重的物体？ (g = 10m/s2)
学生上黑板做
教师分析：对同一个人来说，他能提供的最大举力是一定的，因此，它在电梯里对物体的支持力也为1000N，对物体受力分析可求出F合，由牛顿第二定律可求出加速度。
解：设物体的质量为m，对其受力分析如图。
由牛顿第二定律： F合 = mg -F=ma
故：m = F/（g-a）=200Kg
若在沿竖直方向做匀变速运动的电梯中，他最
多能举起80kg的重物。求电梯的加速度？
a =2.5m/s2方向：竖直向上
６．分组实验３：弹簧秤下面挂着一个钩码，现将钩码和弹簧秤一起放手让它们自由下落。
小组代表回答：观察到弹簧秤示数＝０
板书：物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）为零，即视重=0的现象称为完全失重。
演示实验：
思考：为什么塑料瓶自由下落时不流出水？重力失去了吗？
小组代表回答（教师适当引导）：当塑料瓶自由下落时，瓶中的水处于完全失重状态，水的内部及水和瓶壁间都没有压力，故水不会喷出。但瓶中水的重力仍然存在，其作用效果是用来产生重力加速度。
７．观看视频：杨利伟在太空
航天飞机中的人和物都处于 完全失重 状态。
在航天飞机中所有和重力有关的仪器都无法使用！
例4、宇宙飞船在太空绕地球做圆周运动时，能正常进行操作的实验有：（ ）
A.用天平测物体的质量。
B.用弹簧秤测物体的重力。
C.用温度计测舱内的温度。
D.用水银气压计测舱内气体的压强。
E.用密度计测液体密度。
三、总 结：
超重和失重的条件及实质：
（1）当物体有竖直向上的加速度时，F>G（视重 >实重），产生超重现象。
F-G=ma F=G+ma
（2）当物体有竖直向下的加速度时，F<G（视重 <实重），产生失重现象。
G-F=ma F=G-ma
（3）当物体有竖直向下的加速度且a=g时，视重 ＝０，产生完全失重现象。
视重是指支持物对物体的支持力（或悬挂物对物体的拉力），是可以改变的。
G-F=ma (a=g) , F=0
（物体发生超重和失重现象时，只与物体的加速度方向有关，而与物体的速度方向无关。）
? 实质：物体所受的重力仍然存在，且大小不变，只是对物体的拉力F拉或压力F压与重力Ｇ的大小关系改变。
四、课后探究
课外实验：每位同学拿出两本书，将其分页交叉，平放用力拉，如何把两书分开？
课外实验：用一根细橡皮筋悬挂一个较重的物体，手拉橡皮筋竖直加速上升以及竖直加速下降时，手有什么感觉？怎样解释？
例、如图所示，在托盘测力计上放一个斜木块，现使一小铁块沿斜面加速滑下，同时保证斜木块静止,则在小铁块下滑的过程中，测力计的示数会发生什么变化?
五、作业：练习六习题
六、教学反思：
１、学生自主探究时，有的学生根本不知道从哪入手，因此要求老师给予必要的引导，提示学生从运动和力这两方面去进行分析，如果疏于引导，就会拖延时间，导致后面教学被动。
２、完全失重的演示实验，在这里采用矿泉水瓶自由下落，让学生观察漏水的情况，由于下落太快难于观察，本节课采用了让染红了的水射向白纸，再用实物投影帮助观察，亦可利用摄象机拍下，进行慢放，效果会更好。
３、让学生体验完全失重，下落过程弹簧秤与钩码易脱节，老师要抓住这个微小环节，及时要学生分析脱开的原因。
总体来说，本节课的整个教学过程是成功的，学生真正成为了学习的“主角”，他们主动地学习，积极参与问题的分析、讨论、交流、体验，在自主学习的氛围中主动学习知识，增强了自主学习的意识，不仅掌握了应学的知识，而且在实践中体会到了学习的乐趣；在自主学习的过程中，更提高了学生发现问题、思考问题、解决问题的能力，提高了学生的自身素质。
