高中物理新教材《超重和失重》导学案

6.超重和失重

1．认识超重现象，理解产生超重现象的条件和实质。

2．认识失重现象，理解产生失重现象的条件和实质。

3．能用超重、失重的观点分析支持力或拉力的大小。

4．了解常见的超重、失重现象。

一、重力的测量

1．重力：在地球表面附近，物体由于地球的□01吸引而受到的力。

2．重力的测量方法

(1)公式法：先测量物体做自由落体运动的加速度g，再用□02天平测量物体的质量，根据G＝mg算出重力大小。

(2)平衡条件法：将待测物体悬挂或放置在测力计上，使它处于□03静止状态。这时物体所受的重力和测力计对物体的拉力或支持力的大小相等。这是测量重力最常用的方法。

二、超重和失重

人站在体重计上向下蹲的过程中，□01变化。体重计的示数称为□02视重，反映了□03人对体重计的压力。

1．超重

(1)定义：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)□04大于物体所受重力的现象。

(2)产生条件：物体具有□05向上的加速度。

2．失重

(1)定义：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)□06小于物体所受重力的现象。

(2)产生条件：物体具有□07向下的加速度。

(3)完全失重

①定义：物体对支持物(或悬挂物)□08完全没有作用力的现象。

②产生条件：a＝□09g，方向□10竖直向下。

判一判

(1)在地球表面附近，无论物体处于什么状态，物体对悬绳的拉力都与重力大小相等。()

(2)在水平面上做匀速直线运动的火车中，可以用弹簧秤测量物体的重力大小。()

(3)物体处于超重状态时重力增大了。()

(4)物体处于失重状态时重力减小了。()

(5)物体处于超重或失重状态时，物体的重力始终存在，大小也没有变化。()

(6)做自由落体运动的物体处于完全失重状态。()

提示：(1)×(2)√(3)×(4)×(5)√(6)√

想一想

向上运动就是超重状态，向下运动就是失重状态，这种说法正确吗？

提示：这种说法不正确。超重、失重现象的产生条件不是速度的方向向上或向下，而是加速度的方向向上或向下。加速度向上时，物体可能向上加速运动，也可能向下减速运动；加速度向下时，物体可能向下加速运动，也可能向上减速运动。所以判断超重、失重现象要看加速度的方向，加速度向上时超重，加速度向下时失重。

课堂任务对超重和失重的理解

仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。

站在体重计上向下蹲，你会发现，在下蹲的过程中，体重计的示数先变小，后变大，再变小。当人静止后，体重计的示数保持某一值不变，这是为什么？

活动1：如图所示，体重计的示数称为视重，试用牛顿第二定律分析视重为什么会这样变化？

提示：体重计的示数反映了人对体重计的压力，根据牛顿第三定律，人对体重计的压力与体重计对人的支持力F N大小相等，方向相反。人在下蹲时受到重力G和体重计的支持力F N，这两个力的共同作用使人在下蹲的过程中，先后经历加速、减速和静止三个阶段。以向下为正方向，由牛顿第二定律对这三个过程分别列式：mg－F N1＝ma1，mg－F N2＝－ma2，mg－F N3＝0，解得F N1＝m(g－a1)mg，F N3＝mg。

活动2：视重小于人的重力叫失重，视重大于人的重力叫超重。试分析人在体重计上站起过程中的超重和失重情况。

提示：人站起的过程中，先加速后减速。以向上为正方向，由牛顿第二定律，有F N1－mg＝ma1，F N2－mg＝－ma2，解得F N1＝m(g＋a1)>mg，F N2＝m(g－a2)

活动3：站在电梯里的体重计上，感受电梯启动、运行和制动过程中的超重和失重现象并总结。如果电梯自由下落，人会有什么感觉？

提示：电梯匀速运行时，人既不超重也不失重；电梯向上加速启动时人超重，

电梯向上减速制动时人失重；电梯向下加速启动时人失重，电梯向下减速制动时人超重。如果电梯自由下落，人只受重力作用，不受电梯的支持力，体重计示数为0，人将感觉不到重力。

活动4：讨论、交流、展示，得出结论。

1．超重、失重现象的分析

2．对超重和失重的理解

(1)超重与失重现象仅仅是一种表象，无论是超重还是失重，物体所受的重力都没有变化。

(2)物体处于超重还是失重状态，只取决于加速度的方向，与物体的运动方向无关。

(3)加速度的大小决定了超重或失重的程度。视重相对重力的改变量为ma，a 为物体竖直方向的加速度。

(4)完全失重是失重现象的极限。完全失重时，与重力有关的一切现象都将消失。

(5)若物体不在竖直方向运动，而加速度在竖直方向有分量，即a y≠0，则当

a y竖直向上时物体处于超重状态，当a y竖直向下时物体处于失重状态。

例质量为60 kg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？人处于什么状态？(g取10 m/s2)

(1)升降机匀速上升；

(2)升降机以3 m/s2的加速度加速上升；

(3)升降机以4 m/s2的加速度加速下降。

(1)如何求体重计的读数？

提示：体重计的读数实质是人对体重计的压力大小，求出体重计对人的支持力，根据牛顿第三定律即可得出体重计的读数。

(2)如何求出体重计对人的支持力？

提示：根据牛顿第二定律，结合加速度的方向列式F－mg＝ma或mg－F＝ma，即可求出F。

[规范解答]人站在升降机中的体重计上，受力情况如图所示。

(1)当升降机匀速上升时，

由牛顿第二定律得F合＝F N－G＝0，

所以人受到的支持力F N＝G＝mg＝600 N，

根据牛顿第三定律得人对体重计的压力大小为600 N，即体重计的读数为600