本部分内容讲述超重和失重现象及其产生原因，并且将其应用在具体问题中：如电梯中的超失重和体重秤上的超失重等。

超重和失重的基本定义为：视重大于重力时为超重；视重小于重力时为失重；超失重时物体重力并不改变。

对超重和失重理解可以从运动学和动力学两个角度理解。运动学角度：当物体加速上升或减速下降时，物体处于超重状态；当物体加速下降或减速上升时，物体处于失重状态。动力学角度：当物体具有向上的加速度时，物体处于超重状态；当物体具有向下的加速度时，物体处于失重状态。前者为表象，后者为本质，两者为递进关系。

超重和失重是生活中的常见现象，因此讲解本部分内容时应尽量贴近生活，从生活中来，到生活中去，过程应多安排些学生的动手实验机会，让学生有切身的体会，同时也应安排些思考和探讨的话题，引发学生的思考和讨论，加深学生对超失重的理解。

（二）学生情况分析

1 、自然状况：学生为高一年级一个普通班，学生的学习基础处于年级中等水平，但班级中有一部分学生思维较活跃；

2 、知识基础：前面学生已经学习并较好掌握了运动学和牛顿运动定律知识，这为超重和失重学习打下一个比较好的基础；

3 、技能基础：本节课要进行 DIS 实验，学生在前面已经多次使用过 DIS 实验系统，尤其对力传感器已经比较熟悉，一些基本的研究方法也已掌握到位，所以授课过程中实验操作对课堂基本上不会产生影响。

（三）教学目标

知识与技能：

1 、了解超重与失重现象

2 、运用牛顿第二定律研究超重与失重现象

3 、运用超重与失重知识解决实际生活中的问题

过程与方法：

1 、体会应用 DIS 系统研究物理问题的过程

2 、体会运用牛顿第二定律解决问题的方法

情感态度价值观：

1 、通过对神舟六号的研究，增强民族自豪感，激发学习的动力。

（四）教学重难点

1 、理解超重与失重现象的力学本质

2 、了解完全失重现象

3 、运用超重与失重的原理解决实际问题

（五）教学设计思想

1 、以随堂小实验和 DIS 实验探究为核心

（ 1 ）感受超失重；（ 2 ） DIS 实验研究超失重；（ 3 ） DIS 实验探究完全失重；（ 4 ）观察水瓶的完全失重现象。

2 、以递进式的问题为引导

（ 1 ）什么是超失重现象？（ 2 ）什么情况下会发生超失重现象？（ 3 ）超失重现象的力学本质是什么？（ 4 ）什么是完全失重？其力学本质是什么？（ 5 ）怎样运用超失重知识解决实际问题？

3 、以神舟六号发射过程中的超失重现象的为背景

（ 1 ）神舟六号发射和在太空中飞行时有超失重现象；（ 2 ）神舟六号的超失重现象也有其力学本质；（ 3 ）如何为神舟六号设计超失重环境？

（六）教学器材

DIS 实验系统，细线，钩码，体重秤，水瓶

（七）教学过程流程图


（八）教学过程

课堂引入：神舟六号发射过程（视频），费俊龙太空翻跟头图片。

（ 1 ） 2005 年 10 月 12 日上午 9 点整，长征二号载着神舟六号，并且也载着两位宇航员（费俊龙和聂海胜）顺利发射。在升空过程中据航天专家介绍， “ 神六 ” 的两位航天员身体要承受相当他们自身重力 4 倍的重量。这是什么现象呢？

（ 2 ）当飞船进入太空后，宇航员在飞船中处于一种特殊的状态——漂浮，我们的宇航员费俊龙还即兴翻了两个跟头。这又是什么现象呢？

以上两种现象就是我们今天要学习的超重和失重现象。

那么什么是超重和失重呢？它们实际上在我们的生活中处处可见，我们随时都能感受超重和失重。

一、超重和失重现象

课堂实践：

（ 1 ）用手托住钩码，并保持静止，感受钩码的重力大小。

（ 2 ）手从静止开始突然向上运动，再从静止开始突然向下运动，过程中有何感受？

（ 3 ）用细线将钩码系住，手提另一端，重复刚才的动作，过程中又有何感受？

学生回答：

（ 1 ）突然向上运动时钩码好像变重，突然向下运动时钩码好像变轻。

（ 2 ）突然向上运动时细线崩断了，拉力增大，超过细线的最大拉力。

课堂思考：真的是钩码的重力变化了吗？没有，根据 G=mg 可知重力不变。

那么，过程中什么量发生了变化？钩码对手的压力和钩码对细线的拉力发生了变化。

定义：

物体对支持物的压力 ( 或对悬挂物的拉力 ) 大于重力的现象称为超重现象。

物体对支持物的压力 ( 或对悬挂物的拉力 ) 小于重力的现象称为失重现象。

注意：物体处于超重或失重状态时，其本身重力并没发生变化！

二、超重和失重现象的研究

刚才的简易实验并不能对超失重进行准确的研究，我们可以借助 DIS 实验室进行进一步研究，今天我们采用专业软件。

1 、实验探究：物体做什么运动时会发生超重或失重现象？

DIS 实验思考：

（ 1 ）怎样测量重力大小？

（ 2 ）怎样判断是否处于超重或失重状态？

（ 3 ）哪种运动过程对应超重现象？哪种运动过程对应失重现象？

实验步骤：

（ 1 ）用力传感器挂着物体处于静止状态时，读出拉力大小，即重力的大小；

（ 2 ）用力传感器挂着物体向上突然加速，观察拉力随时间的变化规律，并分析超失重状态。

（ 3 ）用力传感器挂着物体向下突然加速，观察拉力随时间的变化规律，并分析超失重状态。

实验提示：

（ 1 ）尽量先简化过程，只观察上升过程或只观察下降过程；

（ 2 ）上升过程可以分解成哪些运动阶段？下降过程可以分解成哪些运动阶段？

（ 3 ）注意力的变化规律一定要和运动过程一一对应；

学生总结：

当物体加速上升时，拉力大于重力，物体处于超重状态；

当物体减速上升时，拉力小于重力，物体处于失重状态。

当物体加速下降时，拉力小于重力，物体处于失重状态；

当物体减速下降时，拉力大于重力，物体处于超重状态。

2 、原理分析

课堂思考：为什么上面 4 种情况对应不同的超重和失重情况？我们学习了牛顿第二定律，知道如果已知物体的运动情况，就可以来求解物体的受力情况，请大家结合牛顿第二定律来分析超重和失重的原理。

当物体向上加速时或向下减速时，加速度向上，由 F 合 ＝ ma 知，合力向上， F 合 ＝ T – mg>0 ， T > mg ，所以物体处于超重状态；

当物体向上减速时或向下加速时，加速度向下，由 F 合 ＝ ma 知，合力向下， F 合 ＝ T – mg<0 ， T < mg ，所以物体处于失重状态；

超重和失重的力学特征：

（ 1 ）超重：物体具有向上的加速度，合力向上， F 合 ＝ T – mg>0 ， T > mg ；

（ 2 ）失重：物体具有向下的加速度，合力向下， F 合 ＝ T – mg<0 ， T < mg 。

课堂思考：超重或失重状态与物体的速度方向有关吗？

无关，关键看加速度方向。

思考分析：长征二号载着神舟六号发射过程中，两位航天员的超失重情况如何？

三、完全失重现象

课堂演示：有一个水瓶，靠近它底部的侧边有一小孔。先用手堵住小孔，正常情况下，松开手，水就会喷射出来。如果让它从空中自由下落 ，则会看到什么现象？为什么？

实验探索：用力传感器挂着物体，突然松手，观察拉力大小。

定义：

当物体对支持物或悬挂物完全没有作用力时，物体好像完全没有了重力，这种状态称为完全失重状态。

课堂思考：完全失重时物体对悬挂物的拉力为什么为零？

由牛顿第二定律得： F 合 ＝ mg - T ＝ ma ，因为 a=g ，所以得： T ＝ 0N

课堂思考：完全失重的力学特征如何？

物体具有向下的加速度，且 a=g ， F 合 ＝ mg ，其对支持物的压力 ( 或对悬挂物的拉力 ) 等于零。

思考分析：为什么水瓶自由下落时水就不喷射出来？

水瓶自由下落时，瓶小孔上方的水对小孔附近水的压力为零。

课堂思考：结合完全失重的力学特征，分析哪些情况下产生完全失重现象？

（ 1 ）自由落体；

课堂思考：物体只有自由落体时才出现完全失重现象吗？

匀变速运动的学习过程中我们还学习过一种特殊的运动——竖直上抛，物体的合力也等于重力，上抛过程中也处于完全失重状态。

（ 2 ）竖直上抛；

实验验证：将水瓶上抛，观察水喷射情况，发现水停止喷射。

课堂思考：还有其他完全失重的情况吗？

* 向任何方向抛出的物体都处于完全失重状态。 *

（ 3 ）绕地飞行；

关于第（ 3 ）种产生完全失重的方式，以后会学习，有兴趣的同学可以预习第二册课本内容。

四、运用超重和失重知识解决实际问题

1 、人站在体重秤上，在人下蹲过程或站起过程中，体重秤示数如何变化？为什么？

2 、请为我国的航天员设计超重和完全失重环境，让他们进行超重和失重的训练。

要求：完全失重时间至少为 30 秒，超重时人对支持物的压力为重力的 6 倍。

（九）实验参考图线

1 、将物体上提和下放过程中的超重和失重图线