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1、2022年高一物理 第三章 牛頓運算定律 超重和失重 第一課時 7教學目標一、知識目標1.了解超重和失重現(xiàn)象.2.運用牛頓第二定律研究超重和失重的原因.二、能力目標1.培養(yǎng)學生的觀察能力和分析推理能力.2.培養(yǎng)學生運用牛頓第二定律分析和解決問題的能力.三、德育目標滲透“學以致用”的思想，激發(fā)學生的學習熱情.教學重點超重和失重的實質(zhì).教學難點利用牛頓第二定律計算有關(guān)超重和失重問題.教學方法實驗法、類比法、講練法.教學用具投影儀、投影片、體重計.課時安排1課時教學過程用投影片出示本節(jié)的課學習目標1.知道什么是超重和失重.2.知道產(chǎn)生失重和超重的條件.3.知道超重和失重的實質(zhì).學習目標完成過程一、導

2、入新課教師同學們，人的體重或者物體的重力會不會發(fā)生變化呢？學生不會發(fā)生變化.教師現(xiàn)有一個簡易的體重計,用它可以來稱量我們的體重.現(xiàn)在請兩位同學上來,其中一個同學站在體重計上,另一個同學在旁邊注意觀察體重計的示數(shù).學生甲、乙兩同學上來.甲觀察,乙站在體重計上.教師請問甲同學,此時乙的體重是多少呢?把你看到的示數(shù)告訴同學們.學生甲55 kg.教師現(xiàn)在請乙同學快速下蹲,甲同學注意觀察乙下蹲過程中體重計示數(shù),并把你看到的現(xiàn)象告訴同學們.學生甲體重計的示數(shù)變小了.教師再請乙同學快速站起,甲同學仍要注意觀察站起過程示數(shù)的變化.學生甲示數(shù)變大了.教師同學們都說人的體重是不會變的,為什么乙同學的體重在蹲下和站

3、起來時發(fā)生了“變化”呢？難道他的體重真的變了嗎？學生回答可能有很多答案.教師究竟為什么會出現(xiàn)這種現(xiàn)象呢?學完這節(jié)課后,相信同學們都會明白的.二、新課教學（一）超重教師通過上節(jié)課的學習,我們知道應(yīng)用牛頓運動定律可以解決物體運動和受力聯(lián)系的有關(guān)問題.現(xiàn)在先看這樣一個題目:投影片出示:例1升降機地板上放一個彈簧式臺秤,秤盤上放一個質(zhì)量為20 kg的物體(如圖示),當升降機:(1)以4 m/s 的速度勻速上升時，臺秤讀數(shù)是多少N？（2）以1 m/s2的加速度豎直上升時，臺秤的讀數(shù)是多少N？（3）以1 m/s2的加速度減速下降時，臺秤的讀數(shù)又是多少N？學生活動閱讀題目，并進行思考.教師在本題中,我們選誰

4、作為研究對象更合理些呢?學生選物體更合理些.雖然,臺秤的示數(shù)是物體對臺秤的壓力所造成的,即力是直接作用在臺秤上的,但臺秤其他受力并不清楚,所以我們不能選臺秤作為研究對象,而應(yīng)應(yīng)用牛頓第三運動定律,把求物體對臺秤的壓力轉(zhuǎn)化為求臺秤對物體的支持力,這樣便可選已知條件較多的物體作為研究對象.教師對物體來說又有哪些已知條件呢?學生重力及其運動情況.教師怎樣確定其運動情況呢?學生因為物體和臺秤都放在升降機中,并和升降機一起運動,所以它們的運動狀態(tài)和升降機的運動狀態(tài)是相同的.教師這幾個問題屬于牛頓運動定律能解決的哪類問題呢?學生第二類.即已知物體的運動情況去確定物體的受力情況.教師解這類問題的關(guān)鍵是什么呢

5、?學生求運動的加速度.教師為什么呢?學生因為加速度是聯(lián)系物體運動和受力的橋梁.教師搞清楚這些問題后,請同學們獨立完成本題中的三個問題.學生活動完成本題.待完成后,用投影片出示本題答案.參考答案：取向上為正.(1)由于升降機勻速上升所以a=0根據(jù)牛頓第二定律知:F合=FN-mg=0所以FN=mg=209.8 N=196 N(2)因升降機加速上升,且a=1 m/s2,方向向上,根據(jù)牛頓第二定律得:F合=FN-mg=maFN=mg+ma=209.8+201 N=216 N(3)因升降機減速下降,且a=1 m/s2,方向向上,根據(jù)牛頓第二定律得:F合=FN-mg=maFN=mg+ma=209.8+20

6、1 N=216 N教師物體的實際重量應(yīng)是多少?學生196 N.教師第（2)、（3）兩情況下秤的示數(shù)還是196 N嗎?學生不是.教師有什么變化呢?學生比物體的實際重量要大.教師增大的是物體的重量嗎?學生不是.教師那是什么呢?學生秤的示數(shù)實際是物體對秤壓力的大小,所以改變的并不是物體的重量,而是物體對秤的壓力,或者物體受的支持力.教師如果拿繩吊著物體做同樣的運動,那么這時繩中拉力大小有什么特點呢?學生繩中的拉力應(yīng)該和秤對物體的支持力所起的作用一樣,所以也應(yīng)是比物體的重力大.教師總結(jié)從上面的討論知:物體對支持物的壓力(或懸繩的拉力)有時會大于物體本身的重量,我們把這種現(xiàn)象稱為超重.但超重并不是物體的

7、重力變大,而是對支持物的壓力(或?qū)依K的拉力)變大,重力在這時是不變的.那么在什么情況下才要發(fā)生這種現(xiàn)象呢?下面我們接著來分析.教師以物體作為研究對象,超重實際是指物體所受支持力(或拉力)大于重力,這時物體的合力能否為零?學生不能為零.教師合力不為零,那么它的方向應(yīng)是什么樣的呢?學生因為物體受到的支持力或拉力的方向豎直向上,且比物體重力大,所以其所受合力的方向應(yīng)向上.教師根據(jù)牛頓第二定律,物體在這樣的合力作用下應(yīng)產(chǎn)生怎樣的加速度呢?學生依據(jù)牛頓第二定律的矢量性知:物體應(yīng)產(chǎn)生向上的加速度.教師結(jié)合運動學知識,物體有向上加速度時,它要做什么樣的運動呢?學生物體可能向上加速,也可能向下減速運動.教師

8、總結(jié)由此可見:當物體具有豎直向上的加速度,做加速上升或減速下降的運動時,會發(fā)生超重現(xiàn)象.鞏固練習用投影片出示:1.飛機起飛和降落時所處的狀態(tài)是否是超重狀態(tài)?為什么?答案與解析：飛機是處于超重狀態(tài).飛機起飛時,開始速度為零,起飛后速度大于零,所以這一過程是一加速上升過程,有向上的加速度.故是超重狀態(tài).而在下降過程中,開始速度大于零,到地面后速度為零,即:是一種減速下降過程,同樣具有向上加速度,所以下降過程也是處于超重狀態(tài).2.某鋼繩所能承受的最大拉力是4104 N,如果用這條鋼繩使3.5 t的貨物勻加速上升,則物體在7 s內(nèi)發(fā)生的速度改變不能超過多少?(g取10 m/s2)答案與解析：要求速度改

9、變量的最大值,根據(jù)加速度的定義式可知,在時間確定的情況下,實際上就是要求加速度的最大值.而由牛頓第二定律知,在質(zhì)量確定的前提下,求加速度的最大值,實際上就是求合力的最大值.而在本題中物體只受重力和拉力兩個力作用,重力又是恒定不變的,所以只要知道拉力的最大值,即可解得此題.已知:T=4104 N,m=3.5 t=3.5103 kg t=7 s,求v=?取向上方向為正.由力的運算知:F合=T-mg=4104-3.510310 N=5103 N由牛頓第二定律:F合=ma.得:a=F合/ m=5103/3.5103 m/s2=10/7 m/s2由加速度的定義式:a=v/t 得:v=at=10/77 m

10、/s=10 m/s(二)失重教師下面我們再來看這樣一個例子(用投影片出示)例2質(zhì)量為60 kg的人,通過光滑的定滑輪拉著m=20 kg的物體(如圖所示),當物體以5 m/s2的加速度勻加速下降時,人受到地面的支持力為多少?(g=10 m/s2)學生活動閱讀題目.教師我們共同來分析一下本題.本題要求地面對人的支持力,我們應(yīng)選誰來作為研究對象呢?學生選人作為研究對象.教師我們要通過人的受力來求受力中的其中一個力,故必須對人進行受力分析.活動同學生一起分析人的受力情況.人在此過程中,受重力、支持力、拉力三個力的作用(如圖所示)教師人在此過程中做什么樣的運動呢?學生靜止.教師那么我們依據(jù)什么原理來求人

11、受到的支持力大小呢?學生根據(jù)牛頓第二定律知:物體靜止時所受的合力應(yīng)為零,即F拉+F支=mg.由此可得:F支=mg-F拉.教師應(yīng)用上式能求出F支嗎?學生不能.教師下一步該怎樣做呢?學生設(shè)法求出繩中拉力的大小.教師怎樣求呢?學生通過拉力作用的另一物體的受力來求繩中拉力的大小.教師現(xiàn)在我們一起對物體進行受力分析；物體在此過程中受重力、拉力兩個力的作用,且處于加速下降狀態(tài).(如圖所示)教師依據(jù)什么原理來求F拉呢?學生依據(jù)牛頓第二定律F合=ma.在已知a的情況下可求得拉力的大小.教師此題分析至此即可求解,請同學們寫出解題的過程.投影片出示解題過程解：已知:m物=20 kg,a=5 m/s2,m支=60

12、kg.求F支=?取向上為正.根據(jù)牛頓第二定律:F合=ma得:F拉-mg=-maF拉=mg-ma=2010 N-205 N=100 N根據(jù)牛頓第一定律得:F支=mg-F拉=6010 N-100 N=500 N教師在上例中物體的重力大小是多少?學生物體的重力為200 N.教師在此過程中繩的拉力為多少呢?學生物體受到拉力的大小為100 N.教師總結(jié)即使把懸繩換為支撐物,此時物體對它的壓力也會小于物體的重量.我們把物體對支持物的壓力(或?qū)依K的拉力)小于物體所受重力的現(xiàn)象叫失重.那么,物體在什么情況下發(fā)生失重呢?下面我們一起來分析一下.教師從失重的定義知:當物體發(fā)生失重現(xiàn)象時物體所受支持力(或拉力)要

13、小于它的重力,那么,此時物體所受的合力為零嗎?學生不為零.教師其合力方向呢?學生合力方向應(yīng)向下.教師根據(jù)牛頓第二定律,它會產(chǎn)生一個什么樣的加速度呢?學生產(chǎn)生一個向下的加速度.教師此時物體能做什么運動呢?學生加速下降或減速上升.教師總結(jié)由上述分析可見:當物體具有向下的加速度,做加速下降或減速上升運動時,物體會發(fā)生失重.鞏固訓練用投影片出示1.在升降機內(nèi)頂板上固定一輕彈簧,下端懸掛一重物.某時刻升降機內(nèi)觀察者看到彈簧秤示數(shù)小于物重,則升降機的運動狀態(tài)是A.一定是向上的加速運動B.可能是向上做加速運動或向下做減速運動C.一定是向下的加速運動D.可能是向下做加速運動或向上做減速運動2.質(zhì)量為60 kg

14、的人，站在運動的電梯里的臺秤上，臺秤的示數(shù)是539 N.問電梯的加速度是多大？是上升還是下降？參考答案：1.D2.約0.82 m/s2,可能是加速下降也可能是減速上升（三）完全失重教師同學們想一下，在失重狀態(tài)中，拉力（或支持力）小于物體的重力，從而產(chǎn)生了向下的加速度，那么這個加速度能取到無窮大嗎？學生不能.教師為什么呢？學生因為物體的合力有一最大值，即當拉力（或支持力）減為零時，F(xiàn)合最大，且大小等于物體的重力.教師總結(jié)由此可見：在失重狀態(tài)中，向下最大的加速度是重力加速度，我們把此時物體所處的狀態(tài)叫完全失重狀態(tài).處于完全失重狀態(tài)的物體有些什么特點呢？下面我們來做一個小實驗.找一個用過的飲料瓶,在

15、靠近底部的側(cè)面打一小孔,當飲料瓶裝上水靜止不動時,請同學們仔細觀察有什么現(xiàn)象發(fā)生?學生水會從小孔噴出.教師為什么呢?學生因為瓶上小孔內(nèi)部存在由于水的重力而產(chǎn)生的壓力(p0+p水)S大于外部壓力p0S,故水會噴出.教師由此可見,水噴出的真正原因是由于水的重力而造成的.當瓶自由下落時又會有什么現(xiàn)象呢?演示瓶自由下落.學生水不再噴出了.教師總結(jié)由此可見,當物體處于完全失重狀態(tài)時,凡是和重力有關(guān)的現(xiàn)象將消失.鞏固練習用投影片出示:容器中盛滿水,現(xiàn)讓容器自由下落,設(shè)在整個下落過程中容器只發(fā)生平動,不發(fā)生轉(zhuǎn)動,那么下列說法正確的是A.下落瞬間水對容器底面壓力最大B.下落過程中水對容器底面壓力逐漸減小C.下落過程中水對容器底面壓力逐漸增大D.下落過程中水對容器底面無壓力參考答案:D教師總結(jié)通過本節(jié)學習可知:物體的重力在同一地點是恒定不變的,它和物體的運動狀態(tài)沒有關(guān)系,我們只所以看到秤的示數(shù)時而大于重力,時而小于重力,其根本原因是物體對秤的壓力變化而造成的,而并不是物體的重力在發(fā)生變化.三、小結(jié)通過本節(jié)，我們主要學習：1.什么是超重、什么是失重、什么是完全失重.2.超重、失重的實質(zhì).3.產(chǎn)生超重、失重現(xiàn)象的條件.四、作業(yè)1.課本P64練習六2.補充題請同學閱讀“失重和宇宙開發(fā)”一文，然后談?wù)勛约旱奶赵囼炘O(shè)想，可以充分發(fā)揮自己的想象力.五、板書設(shè)計