研究超重与失重的原因
课题组成员：高二（ 2 ）班 吴翠瑜 、吴荻 、曾玥瑶、黄思敏
指导老师：徐园

选题背景

自从人造地球卫星和宇宙飞船发射成功以来，人们常常会谈到超重和失重，人造卫星及宇宙飞船进入轨道后，其中的人和物都处于失重状态，宇航人员不仅要有丰富的知识进行科学研究，还需要强健的体质去抵抗超重和失重带来的生理反应，因此，我们组选择研究产生超重与失重的原因。

研究的目的和意义

  我们以日常生活中的超重与失重现象为切入点，运用我们所学过的有关知识去研究、分析产生超重与失重的原因，更好地加深理解牛顿第二定律和拓展我们的知识面。还有，组员间能否融洽配合也是对我们的合作精神和组织协调能力的考验 。

研究的主要内容
1 、验证超重产生的原因是物体具有向上的加速度， 并探究其他产生超重的原因
2 、验证失重产生的原因是物体具有向下的加速度， 并探究其他产生失重的原因

研究的主要方法
1 、文献研究法：从百度网、课外书籍中采集资料进行分析研究。
2 、实验研究法：通过动手做实验进行定量研究。

研究计划

第一阶段：
    此阶段为理论分析阶段。明确研究的目的和意义，为接下来的实验验证阶段确定研究方向。本阶段计划用一周，分以下几个步骤进行： 1 、确定研究课题 2 、查阅文献资料 3 、设计研究方案，撰写开题报告。

第二阶段：
    此阶段为实验验证阶段。通过一系列实验，结合组员间的讨论定下报告初稿，再通过指导老师的指导，进行补充修改。最后形成正式的研究报告、论文。本阶段计划用一周时间，分以下几个步骤进行：
1 、进行实验研究，取得实验数据。
2 、整理、总结研究结果。
3 、撰写实验报告。
4 、成果展示。

六、初步认识

    对于超重，从课本中知道 物体具有竖直向上的加速度时处于超重状态，如：当人在升降机中时， 升降机地板对人的支持力和人对升降机地板的压力是一对作用力和反作用力。它们的大小相等，方向相反，作用在两个不同的物体上。升降机加速上升时，人对升降机地板的压力比人实际受到的重力要大。物体对支持物的压力 ( 或对悬挂物的拉力 ) 大于物体所受到的重力的情况称为超重现象。

    那么，产生失重的原因是什么呢？先让我们看一个实验：手持一个侧面靠近底部开有小孔的矿泉水瓶，矿泉水瓶中装入适量的水，先用手指封住小孔。当瓶处于静止时，放开手指，水从小孔喷出。然后，放开手指，并使瓶自由下落，观察到瓶下落过程中，水并不从小孔喷出。这就说明水随同瓶自由下落时，仿佛失去了重力，因而这时液体内部的压强也就不存在了，水自然不再喷出。这就是失重现象。通过这个实验我们可以知道：产生失重的原因是 物体具有竖直向下的加速度。

    产生超重与失重的原因很简单——当任何物体具有竖直向上的加速度时，物体处于超重状态；当任何物体具有竖直向下的加速度时，物体处于失重状态。

七、实验过程

1、实验原理
如图，用力传感器拉着重物在竖直方向上运动，通过力传感器得到拉力的大小，分析这个拉力大小与重物运动的加速度之间的关系。

2、实验器材
朗威 DISLab 传感器、计算机、重物。

3、实验步骤

（1）将力传感器接入数据采集器，选择“示波”显示方式：
（2）握住传感器的手柄，使其测钩竖直向下，点击“调零”；
（3）将重物（ 6N 左右）悬挂在力传感器测钩上；
（4）手持悬挂有重物的力传感器，沿垂直于地面的方向加速升降，观察波形变化
（5）点击“停止”，回放“ F-t ”图线
（6）根据实验获得的“ F-t ”图线，分析推断该图线不同区段所对应的运动状态，对我们实验之前的猜想加以验证；

4、数据分析

图中水平段的图线表示重力大小，

    AB 的上升趋势表明拉力 F 在不断地变大，并且每一时刻拉力 F 都比重力大，且在 B 点处有最大值。因此，这一阶段的物体处于超重状态。因为 F>mg, 由公式 F-mg=ma （我们设竖直向上为正方向）得出 a>0 且 a 不断变大 , 因此，当物体具有向上的加速度时，物体发生超重现象。

    在 BC 的拉力 F 虽然在不断减小，但拉力 F 仍然大于重力，因此，物体还是发生超重现象。

    CD 的下降趋势表明拉力 F 在不断地变小，并且每一时刻拉力 F 都比重力小，此时的物体处于失重状态。在 D 处有最小值，此时的拉力 F=0 ，物体处于完全失重状态。因为 F<mg ，由公式 F-mg=ma 得 a<0 ，所以，当 a<0 时，物体发生失重现象。

    在 DE 处的拉力 F 虽然在不断增大，但拉力 F 仍然小于重力，因此，物体还是发生失重现象。

八、实验结论

当物体具有竖直向上的加速度时，物体处于超重状态；当物体具有竖直向下的加速度时，物体处于失重状态。

九、教师点评：

物体的整个上升阶段与图象中的哪些曲线段相对应？物体的整个下降阶段又与图象中的哪些曲线段相对应？请进一步思考。

十、教师命题

    如图是用传感器完成的超重与失重的实验图线，图中哪些曲线段表示物体处于超重状态，哪些曲线段表示物体处于失重状态。由图可以发现加速度最大时，对应图中的 位置；速度最大时，对应图中的 位置。