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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.
●教學難點
利用牛頓第二定律計算有關超重和失重問題.
●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
2、
［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.知道產生失重和超重的條件.
3.知道超重和失重的實質.
●學習目標完成過程
一、導入新課
［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］現有一個簡易的體重計,用它可以來稱量我們的體重.現在請兩位同學上來,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.
［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?把你看到的示數告訴同學們.
［學生甲］55 kg.
［教師］現在請乙同學
3、快速下蹲,甲同學注意觀察乙下蹲過程中體重計示數,并把你看到的現象告訴同學們.
［學生甲］體重計的示數變小了.
［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的變化.
［學生甲］示數變大了.
［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］究竟為什么會出現這種現象呢?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,我們知道應用牛頓運動定律可以解決物體運動和受力聯(lián)系的有關問題.現在先看這樣一個題目:
4、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，臺秤讀數是多少N？
（2）以1 m/s2的加速度豎直上升時，臺秤的讀數是多少N？
（3）以1 m/s2的加速度減速下降時，臺秤的讀數又是多少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,而應應用牛頓第三運動定律,把求物體對臺秤
5、的壓力轉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］解這類問題的關鍵是什么呢?
［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,
6、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
根據牛頓第二定律知:
F合=FN-mg=0
所以FN=mg=20×9.8 N=196 N
(2)因升降機加速上升,且a=1 m/s2,方向向上,根據牛頓第二定律得:
F合=FN-mg=ma
FN=mg+ma=20×9.8+20×1 N=216 N
(3)因升降機減速下降,且a=1 m/s2,方向向上,根據牛頓第二定律得:
F合=FN-mg=ma
FN=mg+ma=20×9.8+20×1
7、 N=216 N
［教師］物體的實際重量應是多少?
［學生］196 N.
［教師］第（2)、（3）兩情況下秤的示數還是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］繩中的拉力應該和秤對物體的支持力所起的作用一樣,所以也應是比物體的重力大.
［教
8、師總結］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,我們把這種現象稱為超重.但超重并不是物體的重力變大,而是對支持物的壓力(或對懸繩的拉力)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向上.
［教師］根據牛頓第二定律,物體在這樣的合力作用下應產
9、生怎樣的加速度呢?
［學生］依據牛頓第二定律的矢量性知:物體應產生向上的加速度.
［教師］結合運動學知識,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.
［教師總結］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
10、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4×104 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=4×104 N,m=3.5 t=3.5×1
11、03 kg t=7 s,求Δv=?
取向上方向為正.
由力的運算知:
F合=T-mg=4×104-3.5×103×10 N=5×103 N
由牛頓第二定律:F合=ma.得:
a=F合/ m
=5×103/3.5×103 m/s2
=10/7 m/s2
由加速度的定義式:a=Δv/t 得:
Δv=at
=10/7×7 m/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
12、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］那么我們依據什么原理來求人受到的支持力大小呢?
［學生］根據牛頓第二定律知:物體靜止時所受的合力應為零,即F拉+F支=mg.由此可得:
F支=mg-F
13、拉.
［教師］應用上式能求出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］依據什么原理來求F拉呢?
［學生］依據牛頓第二定律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=6
14、0 kg.求F支=?
取向上為正.
根據牛頓第二定律:F合=ma得:
F拉-mg=-ma
F拉=mg-ma=20×10 N-20×5 N=100 N
根據牛頓第一定律得:
F支=mg-F拉=60×10 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］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(或對懸繩的拉力)小于物體所受重力的現象叫失重.
那么,物體在什么情況下發(fā)
15、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)生失重現象時物體所受支持力(或拉力)要小于它的重力,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］合力方向應向下.
［教師］根據牛頓第二定律,它會產生一個什么樣的加速度呢?
［學生］產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］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.在升降機內頂板上固定一輕彈簧,下端懸掛一重物.某
16、時刻升降機內觀察者看到彈簧秤示數小于物重,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.質量為60 kg的人，站在運動的電梯里的臺秤上，臺秤的示數是539 N.問電梯的加速度是多大？是上升還是下降？
參考答案：1.D
2.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］
17、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合最大，且大小等于物體的重力.
［教師總結］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,在靠近底部的側面打一小孔,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］因為瓶上小孔內部存在由于水的重力而產生的壓力(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
18、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象呢?
［演示］瓶自由下落.
［學生］水不再噴出了.
［教師總結］由此可見,當物體處于完全失重狀態(tài)時,凡是和重力有關的現象將消失.
［鞏固練習］用投影片出示:
容器中盛滿水,現讓容器自由下落,設在整個下落過程中容器只發(fā)生平動,不發(fā)生轉動,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］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)沒有關系,我們只所以看到秤的示數時而大于重力,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
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.
3.產生超重、失重現象的條件.
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，然后談談自己的太空試驗設想，可以充分發(fā)揮自己的想象力.
五、板書設計
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
