2019-2020年高一物理 第三章 牛頓運(yùn)算定律 超重和失重 第一課時(shí) 7教學(xué)目標(biāo)一、知識(shí)目標(biāo)1.了解超重和失重現(xiàn)象.2.運(yùn)用牛頓第二定律研究超重和失重的原因.二、能力目標(biāo)1.培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力和分析推理能力.2.培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用牛頓第二定律分析和解決問題的能力.三、德育目標(biāo)滲透“學(xué)以致用”的思想，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情.教學(xué)重點(diǎn)超重和失重的實(shí)質(zhì).教學(xué)難點(diǎn)利用牛頓第二定律計(jì)算有關(guān)超重和失重問題.教學(xué)方法實(shí)驗(yàn)法、類比法、講練法.教學(xué)用具投影儀、投影片、體重計(jì).課時(shí)安排1課時(shí)教學(xué)過程用投影片出示本節(jié)的課學(xué)習(xí)目標(biāo)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(shí)質(zhì).學(xué)習(xí)目標(biāo)完成過程一、導(dǎo)入新課教師同學(xué)們，人的體重或者物體的重力會(huì)不會(huì)發(fā)生變化呢？學(xué)生不會(huì)發(fā)生變化.教師現(xiàn)有一個(gè)簡易的體重計(jì),用它可以來稱量我們的體重.現(xiàn)在請(qǐng)兩位同學(xué)上來,其中一個(gè)同學(xué)站在體重計(jì)上,另一個(gè)同學(xué)在旁邊注意觀察體重計(jì)的示數(shù).學(xué)生甲、乙兩同學(xué)上來.甲觀察,乙站在體重計(jì)上.教師請(qǐng)問甲同學(xué),此時(shí)乙的體重是多少呢?把你看到的示數(shù)告訴同學(xué)們.學(xué)生甲55 kg.教師現(xiàn)在請(qǐng)乙同學(xué)快速下蹲,甲同學(xué)注意觀察乙下蹲過程中體重計(jì)示數(shù),并把你看到的現(xiàn)象告訴同學(xué)們.學(xué)生甲體重計(jì)的示數(shù)變小了.教師再請(qǐng)乙同學(xué)快速站起,甲同學(xué)仍要注意觀察站起過程示數(shù)的變化.學(xué)生甲示數(shù)變大了.教師同學(xué)們都說人的體重是不會(huì)變的,為什么乙同學(xué)的體重在蹲下和站起來時(shí)發(fā)生了“變化”呢？難道他的體重真的變了嗎？學(xué)生回答可能有很多答案.教師究竟為什么會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象呢?學(xué)完這節(jié)課后,相信同學(xué)們都會(huì)明白的.二、新課教學(xué)（一）超重教師通過上節(jié)課的學(xué)習(xí),我們知道應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律可以解決物體運(yùn)動(dòng)和受力聯(lián)系的有關(guān)問題.現(xiàn)在先看這樣一個(gè)題目:投影片出示:例1升降機(jī)地板上放一個(gè)彈簧式臺(tái)秤,秤盤上放一個(gè)質(zhì)量為20 kg的物體(如圖示),當(dāng)升降機(jī):(1)以4 m/s 的速度勻速上升時(shí)，臺(tái)秤讀數(shù)是多少N？（2）以1 m/s2的加速度豎直上升時(shí)，臺(tái)秤的讀數(shù)是多少N？（3）以1 m/s2的加速度減速下降時(shí)，臺(tái)秤的讀數(shù)又是多少N？學(xué)生活動(dòng)閱讀題目，并進(jìn)行思考.教師在本題中,我們選誰作為研究對(duì)象更合理些呢?學(xué)生選物體更合理些.雖然,臺(tái)秤的示數(shù)是物體對(duì)臺(tái)秤的壓力所造成的,即力是直接作用在臺(tái)秤上的,但臺(tái)秤其他受力并不清楚,所以我們不能選臺(tái)秤作為研究對(duì)象,而應(yīng)應(yīng)用牛頓第三運(yùn)動(dòng)定律,把求物體對(duì)臺(tái)秤的壓力轉(zhuǎn)化為求臺(tái)秤對(duì)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(duì)象.教師對(duì)物體來說又有哪些已知條件呢?學(xué)生重力及其運(yùn)動(dòng)情況.教師怎樣確定其運(yùn)動(dòng)情況呢?學(xué)生因?yàn)槲矬w和臺(tái)秤都放在升降機(jī)中,并和升降機(jī)一起運(yùn)動(dòng),所以它們的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和升降機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是相同的.教師這幾個(gè)問題屬于牛頓運(yùn)動(dòng)定律能解決的哪類問題呢?學(xué)生第二類.即已知物體的運(yùn)動(dòng)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?學(xué)生求運(yùn)動(dòng)的加速度.教師為什么呢?學(xué)生因?yàn)榧铀俣仁锹?lián)系物體運(yùn)動(dòng)和受力的橋梁.教師搞清楚這些問題后,請(qǐng)同學(xué)們獨(dú)立完成本題中的三個(gè)問題.學(xué)生活動(dòng)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(jī)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(jī)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(jī)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+201 N=216 N教師物體的實(shí)際重量應(yīng)是多少?學(xué)生196 N.教師第（2)、（3）兩情況下秤的示數(shù)還是196 N嗎?學(xué)生不是.教師有什么變化呢?學(xué)生比物體的實(shí)際重量要大.教師增大的是物體的重量嗎?學(xué)生不是.教師那是什么呢?學(xué)生秤的示數(shù)實(shí)際是物體對(duì)秤壓力的大小,所以改變的并不是物體的重量,而是物體對(duì)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(yùn)動(dòng),那么這時(shí)繩中拉力大小有什么特點(diǎn)呢?學(xué)生繩中的拉力應(yīng)該和秤對(duì)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(duì)支持物的壓力(或懸繩的拉力)有時(shí)會(huì)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重力變大,而是對(duì)支持物的壓力(或?qū)依K的拉力)變大,重力在這時(shí)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(duì)象,超重實(shí)際是指物體所受支持力(或拉力)大于重力,這時(shí)物體的合力能否為零?學(xué)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(xué)生因?yàn)槲矬w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(xué)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(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí),物體有向上加速度時(shí),它要做什么樣的運(yùn)動(dòng)呢?學(xué)生物體可能向上加速,也可能向下減速運(yùn)動(dòng).教師總結(jié)由此可見:當(dāng)物體具有豎直向上的加速度,做加速上升或減速下降的運(yùn)動(dòng)時(shí),會(huì)發(fā)生超重現(xiàn)象.鞏固練習(xí)用投影片出示:1.飛機(jī)起飛和降落時(shí)所處的狀態(tài)是否是超重狀態(tài)?為什么?答案與解析：飛機(jī)是處于超重狀態(tài).飛機(jī)起飛時(shí),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：要求速度改變量的最大值,根據(jù)加速度的定義式可知,在時(shí)間確定的情況下,實(shí)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(shí)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(gè)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?yàn)檎?由力的運(yùn)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/s=10 m/s(二)失重教師下面我們?cè)賮砜催@樣一個(gè)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(dāng)物體以5 m/s2的加速度勻加速下降時(shí),人受到地面的支持力為多少?(g=10 m/s2)學(xué)生活動(dòng)閱讀題目.教師我們共同來分析一下本題.本題要求地面對(duì)人的支持力,我們應(yīng)選誰來作為研究對(duì)象呢?學(xué)生選人作為研究對(duì)象.教師我們要通過人的受力來求受力中的其中一個(gè)力,故必須對(duì)人進(jìn)行受力分析.活動(dòng)同學(xué)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(gè)力的作用(如圖所示)教師人在此過程中做什么樣的運(yùn)動(dòng)呢?學(xué)生靜止.教師那么我們依據(jù)什么原理來求人受到的支持力大小呢?學(xué)生根據(jù)牛頓第二定律知:物體靜止時(shí)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(xué)生不能.教師下一步該怎樣做呢?學(xué)生設(shè)法求出繩中拉力的大小.教師怎樣求呢?學(xué)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(duì)物體進(jìn)行受力分析；物體在此過程中受重力、拉力兩個(gè)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(xué)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(qǐng)同學(xué)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 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(xué)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(xué)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(shí)物體對(duì)它的壓力也會(huì)小于物體的重量.我們把物體對(duì)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(dāng)物體發(fā)生失重現(xiàn)象時(shí)物體所受支持力(或拉力)要小于它的重力,那么,此時(shí)物體所受的合力為零嗎?學(xué)生不為零.教師其合力方向呢?學(xué)生合力方向應(yīng)向下.教師根據(jù)牛頓第二定律,它會(huì)產(chǎn)生一個(gè)什么樣的加速度呢?學(xué)生產(chǎn)生一個(gè)向下的加速度.教師此時(shí)物體能做什么運(yùn)動(dòng)呢?學(xué)生加速下降或減速上升.教師總結(jié)由上述分析可見:當(dāng)物體具有向下的加速度,做加速下降或減速上升運(yùn)動(dòng)時(shí),物體會(huì)發(fā)生失重.鞏固訓(xùn)練用投影片出示1.在升降機(jī)內(nèi)頂板上固定一輕彈簧,下端懸掛一重物.某時(shí)刻升降機(jī)內(nèi)觀察者看到彈簧秤示數(shù)小于物重,則升降機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是A.一定是向上的加速運(yùn)動(dòng)B.可能是向上做加速運(yùn)動(dòng)或向下做減速運(yùn)動(dòng)C.一定是向下的加速運(yùn)動(dòng)D.可能是向下做加速運(yùn)動(dòng)或向上做減速運(yùn)動(dòng)2.質(zhì)量為60 kg的人，站在運(yùn)動(dòng)的電梯里的臺(tái)秤上，臺(tái)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(xué)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(gè)加速度能取到無窮大嗎？學(xué)生不能.教師為什么呢？學(xué)生因?yàn)槲矬w的合力有一最大值，即當(dāng)拉力（或支持力）減為零時(shí)，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(shí)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(diǎn)呢？下面我們來做一個(gè)小實(shí)驗(yàn).找一個(gè)用過的飲料瓶,在靠近底部的側(cè)面打一小孔,當(dāng)飲料瓶裝上水靜止不動(dòng)時(shí),請(qǐng)同學(xué)們仔細(xì)觀察有什么現(xiàn)象發(fā)生?學(xué)生水會(huì)從小孔噴出.教師為什么呢?學(xué)生因?yàn)槠可闲】變?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(huì)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(dāng)瓶自由下落時(shí)又會(huì)有什么現(xiàn)象呢?演示瓶自由下落.學(xué)生水不再噴出了.教師總結(jié)由此可見,當(dāng)物體處于完全失重狀態(tài)時(shí),凡是和重力有關(guān)的現(xiàn)象將消失.鞏固練習(xí)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(gè)下落過程中容器只發(fā)生平動(dòng),不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng),那么下列說法正確的是A.下落瞬間水對(duì)容器底面壓力最大B.下落過程中水對(duì)容器底面壓力逐漸減小C.下落過程中水對(duì)容器底面壓力逐漸增大D.下落過程中水對(duì)容器底面無壓力參考答案:D教師總結(jié)通過本節(jié)學(xué)習(xí)可知:物體的重力在同一地點(diǎn)是恒定不變的,它和物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)沒有關(guān)系,我們只所以看到秤的示數(shù)時(shí)而大于重力,時(shí)而小于重力,其根本原因是物體對(duì)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(xué)習(xí)：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(shí)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(xí)六2.補(bǔ)充題請(qǐng)同學(xué)閱讀“失重和宇宙開發(fā)”一文，然后談?wù)勛约旱奶赵囼?yàn)設(shè)想，可以充分發(fā)揮自己的想象力.五、板書設(shè)計(jì)