湖北省宜都市第一中学 周运琼
【教学内容】
高一《物理》第一册第三章第七节“超重和失重”。
学生通过“力”“直线运动”和“牛顿运动定律”的学习，具有了一定的知识基础，为本节内容的实验和研究性学习打下了知识基础，创造了一些可利用的条件。
【教学流程】
【研究提示】
1.预习教材“超重和失重”内容，弄清下面几个问题：
①什么是超重和失重？
②超重和失重是不是指物体增加和减少了重力？
③产生超重和失重的条件是什么？
2.课外探究完成下列任务
①观察、体验、调查、收集生活中出现的超重和失重现象。
②自行设计一个演示超重和失重现象的实验，完成实验报告。
【教学准备】
学生完成自主探究任务，教师检查他们的研究成果。
【教学过程】
一、导入新课
师：同学们在课前按老师要求对超重和失重现象进行了一些探索研究，这节课我们将各自的研究成果进行展示和交流，让我们对超重和失重现象的认识和理解更丰富一些。
二、进行新课
1.体验交流，分析特点
师：有没有同学亲身体验过超重和失重状态？先请这些同学介绍他们的体验经历。
生1：（介绍他暑期旅游时，在香港海洋公园玩“极速之旅”游戏的经历，并讲解“极速之旅”过程为自由落体运动，此运动过程中感到了失重。）
生2：（受生1的启发，介绍了他乘升降机上、下楼，在升降机开始启动和停止前一小段时间的感受，并说明了原因。）
生3：（通过向家长调查，他介绍了农民挑重担时，为了减轻对肩部的压力，让担子上下振动，并说明这样做的道理，即利用了失重。）
师：前三位同学结合体验和调查，给我们分析了几例超重和失重的现象，让我们进一步明确了这两种现象的特点，下面我们一起概括一下：
超重──物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）大于物体所受的重力的情况，叫超重
失重──物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）小于物体所受的重力的情况，叫失重
师：从定义上看，我们能不能说超重和失重就是某一物体增加了重力和减少了重力？为什么？
生：不能，因为重力大小由物体质量和重力加速度的乘积决定，与物体做什么运动无关。
2.实验展示，挖掘条件
师：这次研究性学习过程中，有不少同学找到了用实验显示超重和失重现象的方法，下面由他们来为我们进行实验演示，并展示他们的实验报告。（实验报告内容通过投影反映在大屏幕上，每生演示完毕，师生及时点评。）
生4：实验装置如图1所示。
①在钩码静止时，按图示方向粘贴纸条ab、cd；
②当手提细绳竖直向上加速运动时，纸条ab断裂；（演示超重）
③当手提细绳竖直向下加速运动时，纸条cd断裂。（演示失重）
生5：演示实验装置如图2所示。
①手握木条的一端，另一端加挂钩码，悬停空中；
②增挂钩码个数，至木条折断；
③手握另一相同木条一端，另一端挂好钩码（n-1），悬停空中；
④手举木条加速上移，木条折断。
生6：演示实验装置如图3所示。
①饮料瓶静悬空中和匀速上下移动时，均有水从小孔流出；
②饮料瓶从高处自由落下，无水流出；
③饮料瓶竖直上抛，无水流出。
生7：演示实验装置如图4所示。
①手握玻璃瓶静止或匀速上下移动，看到平常所见的火焰；
②手托玻璃瓶竖直加速下落时看到火焰变成椭圆形。
生8：演示实验如图5所示。
①一只手将纸条一端紧按在桌面上，纸条另一端压在重物与吊盘间，另一只手提着盘的吊绳缓慢下降，纸条拉紧后断裂。
②一只手将另一条相同纸条紧按在桌面上，纸条另一端压在重物与吊盘间，松开吊绳，重物与吊盘自由下落，纸条完好无损。
师：我们观看了以上几位同学的演示和实验报告，令人激动与佩服，真是“八仙过海，各显神通”。他们用不同的装置、不同状态的物质为我们显示出超重和失重的各种现象，并由物体运动状态分析出产生超重和失重的条件，我们一起归纳一下：
当物体向下的加速度a=g时处于完全失重的状态。
3.教师演示，激发情趣
师：看了同学们的研究过程，让老师在高兴之中产生了一种表演的欲望，下面由老师来给大家演示超重和失重的现象，大家说好不好？
生：好！
教师演示。
图6
①介绍实验装置；
②当箱体向上加速或向下减速时左灯亮；
③当箱体向上减速或向下加速时右灯亮。
师：观看了老师的实验，同学们从中可看出超重和失重现象能被我们加以利用。实际上各种物理现象均具有它的实用性，在生产技术和科学研究中，超重与失重早已被关注和利用，尤其是失重。如修建桥梁，为了减小车辆对桥梁的压力，将桥修成拱型，使车辆过桥时，处于失重状态。在宇宙的开发中，科学家利用航天器在进入轨道后处于失重状态的条件来实现在地面上难以实现的研究。将来建立了空间工厂，我们将会拥有泡沫金属，很长很细的玻璃丝，绝对圆的滚珠等一系列高质量、高标准产品，愿同学们能在那时大显身手。
通过对超重与失重的实验探究，使我们对超重和失重现象有了深刻的认识，但我们的研究还可进一步，因此老师最后再给大家留下一个研究问题，希望你们有兴趣继续研究：当物体有斜向上或斜向下的加速度时，是否产生超重或失重现象。
教学目标
1、知识目标：
（1）知道什么是。
（2）知道产生的条件。
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。
教学建议
教材分析
本节通过对运动的升降机中测力计的示数变化，讨论了什么是超重现象、失重现象以及完全失重现象，并指出了它们的产生条件。
教法分析
1、通过实例让学生分清“实重”和“视重”。从而建立的概念。同时认识到物体的重力大小是不会随运动状态变化而变化的。
2、依据力和运动的关系明确给出的产生条件。
3、借助实验和课件建立感性认识，辅助理解；与实际生活紧密联系，激发学习兴趣。
教学设计示例
教学重点：的概念及产生条件。
教学难点 ：视重和实重的区别。
示例：
（一）什么是
视频：台秤称物体视重。
问题：1、物体的实际重力变化了没有？2、台秤的视数变化了没有？怎样变的？3、物体的重力和台秤的视数反映的力从性质上说有什么不同？
通过学生的观察和讨论引出（分析时要建立如课本所示的模型）：
实重：即物体的实际重力，它不随物体运动状态变化而变化的。
视重：指物体对支持物的压力或悬挂它的物体的拉力，它随物体运动状态变化而变化。
超重：视重大于实重的现象。
失重：视重小于实重的现象。
完全失重：视重等于零的现象。
（二）的产生条件
分析典型例题1，总结出物体超重还是失重仅与其运动的加速度方向有关，而与其运动方向无关。
超重产生条件：物体存在竖直向上的加速度。设物体向上的加速度为 ，则该物体的视重大小为 .
失重产生条件：物体存在竖直向下的加速度。设物体向下的加速度为 ，则该物体的视重大小为 .当 时， ＝0，出现完全失重现象。
当物体运动加速度 ＝0时，视重等于实重，即物体对水平面的压力或悬绳对物体的拉力大小等于物体的重力。
为了加强感性认识，提供课件：完全失重现象。（也可作该实验）
探究活动
题目：做一个关于失重或超重的实验装置（或设计一个小实验）
（提示：用火柴盒和发光二极管演示完全失重现象）
组织：自愿结组。
方式：展示、比赛，评出优胜奖。
评价：培养学生动手能力和学习兴趣。
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.培养学生利用牛顿第二定律分析问题和解决问题的能力。
二、重点、难点分析
1.超重和失重在本质上并不是物体受到的重力发生了变化，而是物体在竖直方向有加速度时，物体对支持物的压力或拉力的变化，这一点学生理解起来往往困难较大。让学生理解超重和失重的本质是本节课教学的重点之一，也是后面理解航天器中失重现象的基础。
2.超重和失重中物体对支持物的压力和拉力的计算，是牛顿第二定律应用的一个方面，也应作为本节教学的重点之一。
三、教具
演示教具：超重和失重演示装置、弹簧秤、重物、细线、下面扎孔的可乐瓶、录像资料。
学生用具：弹簧秤、钩码、打点计时器用重锤、绣花线。
四、主要教学过程
(一)引入新课
看录像片《航天飞机上的失重现象》《失重物体的运动》.
提问：刚才所看到的录像片是在什么地方发生的？它向我们展示了一种什么现象？
这里给我们展示了失重现象，是在航天飞机中发生的。航天飞机在起飞中产生了超重现象，在太空中又产生了失重现象。超重和失重是怎么产生的呢？这就是我们这节课研究的内容。
(二)教学过程设计
板书：十、超重和失重
我们先来研究一下超重现象。
板书：1.超重现象
实验：介绍装置，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。
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，t-g=ma，t-mg=ma，弹簧秤的拉力为
t=mg+ma=m(g+a)
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：电梯向上起动时，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。
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)大于物重的现象叫做超重现象。
发生超重现象时，物重并没有变化。
2.失重现象
实验：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，物体对支持物的拉力减小。
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，g-t=ma，弹簧秤的拉力为t=mg-ma=m(g-a)
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：电梯向下起动时，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。
(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下加速或向上减速时，人对电梯的压力小于人的重力，好像是重力加速度g减少了。
失重：当物体存在向下的加速度时，它对支持物的压力(或拉力)小于物重的现象，叫做失重。当a=g时，t=0，叫做完全失重。
发生失重时，物重并没有变化。
实验：在可乐瓶下面扎一些小孔，装上水后水从小孔喷出。把水瓶抛出，喷水情况会怎样变化？分析瓶抛出后，水怎样喷。让学生先分析可能发生的现象，再观察上抛时的现象，下抛的情况让学生回家去做。解释现象出现的原因，抛出后水处于失重状态，对瓶无压力，水不喷。
3.例题
例1 关于电梯的几种运动中，支持力的变化情况如何？
思考题：一个在地面上能举起100千克质量杠铃的运动员在一个加速运动的电梯上能举起多大质量的杠铃？a=g，a=g/2，分向上和向下两种加速情况讨论。
(投影)例2：一台升降机的地板上放着一个质量为m的物体，它跟地面间的动摩擦因数为μ，可以认为物体受到的最大静摩擦力等于滑动摩擦力。一根劲度系数为k的弹簧水平放置，左端跟物体相连，右端固定在竖直墙上，开始时弹簧的伸长为δx，弹簧对物体有水平向右的拉力，求：升降机怎样运动时，物体才能被弹簧拉动？
分析：物体开始没有滑动是由于弹簧的拉力小于最大静摩擦力。这里f=μn，只有减小地面对物体的压力才能减少最大静摩擦力，当f=μn=kδx时物体开始滑动。
取物体为研究对象，受力如图，当物体做向下的加速运动或向上的减速运动时，才能使地面对物体的压力减小，即g-n=ma.
联解两式得：
a=(g-n)/m=(mg-kδx/μ)/m=g-kδx/μm
即升降机做a＞g-kδx/μm的向下的匀加速运动或向上的匀减速运动时，物体可以在地面上滑动。
(三)小结：发生超重和失重现象时，物体并没有变化，只是由于物体有竖直方向的加速度使得物体对支持物的作用力发生了变化。这里讨论的问题限于地面附近的物体所发生的超重和失重现象，没有讨论航天飞机中的失重现象。请大家思考一下，航天飞机中的物体受不受地球的引力，它上面的失重现象又是怎样发生的呢？
布置作业：练习(1)(2)(3)
五、说明
1.本节课可采用在教师引导下，教师跟学生共同讨论研究的方式进行。在教学中教师要注意学生对知识的接受情况，恰当地提出问题，对学生的认识给予正确的评价和解释。
2.课上安排的演示实验要自己制作，弹簧秤的量程要小，最好是0.2千克左右的，刻度要明显利于学生观察。两边重物的质量选择要合适，可使加速过程时间较长、较稳定。
3.两个学生小实验，拉断线的实验要注意器材的选择；用弹簧秤拉钩码的实验要注意现象的正确解释。
(彭梦华)
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。
教学建议
教材分析
本节通过对运动的升降机中测力计的示数变化，讨论了什么是超重现象、失重现象以及完全失重现象，并指出了它们的产生条件。
教法分析
1、通过实例让学生分清“实重”和“视重”。从而建立超重和失重的概念。同时认识到物体的重力大小是不会随运动状态变化而变化的。
2、依据力和运动的关系明确给出超重和失重的产生条件。
3、借助实验和课件建立感性认识，辅助理解；与实际生活紧密联系，激发学习兴趣。
教学设计示例
教学重点：超重和失重的概念及产生条件。
教学难点 ：视重和实重的区别。
示例：
（一）什么是超重和失重
视频：台秤称物体视重。
问题：1、物体的实际重力变化了没有？2、台秤的视数变化了没有？怎样变的？3、物体的重力和台秤的视数反映的力从性质上说有什么不同？
通过学生的观察和讨论引出（分析时要建立如课本所示的模型）：
实重：即物体的实际重力，它不随物体运动状态变化而变化的。
视重：指物体对支持物的压力或悬挂它的物体的拉力，它随物体运动状态变化而变化。
超重：视重大于实重的现象。
失重：视重小于实重的现象。
完全失重：视重等于零的现象。
（二）超重和失重的产生条件
分析典型例题1，总结出物体超重还是失重仅与其运动的加速度方向有关，而与其运动方向无关。
超重产生条件：物体存在竖直向上的加速度。设物体向上的加速度为 ，则该物体的视重大小为 .
失重产生条件：物体存在竖直向下的加速度。设物体向下的加速度为 ，则该物体的视重大小为 .当 时， ＝0，出现完全失重现象。
当物体运动加速度 ＝0时，视重等于实重，即物体对水平面的压力或悬绳对物体的拉力大小等于物体的重力。
为了加强感性认识，提供课件：完全失重现象。（也可作该实验）
探究活动
题目：做一个关于失重或超重的实验装置（或设计一个小实验）
（提示：用火柴盒和发光二极管演示完全失重现象）
组织：自愿结组。
方式：展示、比赛，评出优胜奖。
评价：培养学生动手能力和学习兴趣。
一、知识目标：
1：了解现象
2：运用牛顿第二定律研究的原因。
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：
的实质
教学难点 ：
在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，那么：什么是呢，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；
2：知道产生的条件；
（二）学习目标完成过程：
1：：
（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 ：
课本练习六
五、板书设计 ：
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 ：
课本练习六
五、板书设计 ：