“超重和失重”现象的实验

【教学内容】

高一《物理》第一册第三章第七节“超重和失重”。

学生通过“力”“直线运动”和“牛顿运动定律”的学习，具有了一定的知识基础，为本节内容的实验和研究性学习打下了知识基础，创造了一些可利用的条件。

【教学流程】

【研究提示】

1．预习教材“超重和失重”内容，弄清下面几个问题：

①什么是超重和失重?

②超重和失重是不是指物体增加和减少了重力?

③产生超重和失重的条件是什么?

2．课外探究完成下列任务

①观察、体验、调查、收集生活中出现的超重和失重现象。

②自行设计一个演示超重和失重现象的实验，完成实验报告。

【教学准备】

学生完成自主探究任务，教师检查他们的研究成果。

【教学过程】

一、导入新课

师：同学们在课前按老师要求对超重和失重现象进行了一些探索研究，这节课我们将各自的研究成果进行展示和交流，让我们对超重和失重现象的认识和理解更丰富一些。

二、进行新课

1．体验交流，分析特点

师：有没有同学亲身体验过超重和失重状态?先请这些同学介绍他们的体验经历。

生1：（介绍他暑期旅游时，在香港海洋公园玩“极速之旅”游戏的经历，并讲解“极速之旅”过程为自由落体运动，此运动过程中感到了失重。）

生2：（受生1的启发，介绍了他乘升降机上、下楼，在升降机开始启动和停止前一小段时间的感受，并说明了原因。）

生3：（通过向家长调查，他介绍了农民挑重担时，为了减轻对肩部的压力，让担子上下振动，并说明这样做的道理，即利用了失重。）

师：前三位同学结合体验和调查，给我们分析了几例超重和失重的现象，让我们进一步明确了这两种现象的特点，下面我们一起概括一下：

超重 物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）大于物体所受的重力的情况，叫超重

失重 物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）小于物体所受的重力的情况，叫失重

师：从定义上看，我们能不能说超重和失重就是某一物体增加了重力和减少了重力?为什么?

生：不能，因为重力大小由物体质量和重力加速度的乘积决定，与物体做什么运动无关。

2．实验展示，挖掘条件

师：这次研究性学习过程中，有不少同学找到了用实验显示超重和失重现象的方法，下面由他们来为我们进行实验演示，并展示他们的实验报告。（实验报告内容通过投影反映在大屏幕上，每生演示完毕，师生及时点评。）

生4：实验装置如图1所示。

①在钩码静止时，按图示方向粘贴纸条ab、cd；

②当手提细绳竖直向上加速运动时，纸条ab断裂；（演示超重）

③当手提细绳竖直向下加速运动时，纸条cd断裂。（演示失重）

生5：演示实验装置如图2所示。

①手握木条的一端，另一端加挂钩码，悬停空中；

②增挂钩码个数，至木条折断；

③手握另一相同木条一端，另一端挂好钩码（n-1），悬停空中；

④手举木条加速上移，木条折断。

生6：演示实验装置如图3所示。

①饮料瓶静悬空中和匀速上下移动时，均有水从小孔流出；

②饮料瓶从高处自由落下，无水流出；

③饮料瓶竖直上抛，无水流出。

生7：演示实验装置如图4所示。

①手握玻璃瓶静止或匀速上下移动，看到平常所见的火焰；

②手托玻璃瓶竖直加速下落时看到火焰变成椭圆形。

生8：演示实验如图5所示。

①一只手将纸条一端紧按在桌面上，纸条另一端压在重物与吊盘间，另一只手提着盘的吊绳缓慢下降，纸条拉紧后断裂。

②一只手将另一条相同纸条紧按在桌面上，纸条另一端压在重物与吊盘间，松开吊绳，重物与吊盘自由下落，纸条完好无损。

师：我们观看了以上几位同学的演示和实验报告，令人激动与佩服，真是“八仙过海，各显神通”。他们用不同的装置、不同状态的物质为我们显示出超重和失重的各种现象，并由物体运动状态分析出产生超重和失重的条件，我们一起归纳一下：

当物体向下的加速度a=g时处于完全失重的状态。

3．教师演示，激发情趣

师：看了同学们的研究过程，让老师在高兴之中产生了一种表演的欲望，下面由老师来给大家演示超重和失重的现象，大家说好不好?

生：好!

教师演示。

图6

①介绍实验装置；

②当箱体向上加速或向下减速时左灯亮；

③当箱体向上减速或向下加速时右灯亮。

师：观看了老师的实验，同学们从中可看出超重和失重现象能被我们加以利用。实际上各种物理现象均具有它的实用性，在生产技术和科学研究中，超重与失重早已被关注和利用，尤其是失重。如修建桥梁，为了减小车辆对桥梁的压力，将桥修成拱型，使车辆过桥时，处于失重状态。在宇宙的开发中，科学家利用航天器在进入轨道后处于失重状态的条件来实现在地面上难以实现的研究。将来建立了空间工厂，我们将会拥有泡沫金属，很长很细的玻璃丝，绝对圆的滚珠等一系列高质量、高标准产品，愿同学们能在那时大显身手。

通过对超重与失重的实验探究，使我们对超重和失重现象有了深刻的认识，但我们的研究还可进一步，因此老师最后再给大家留下一个研究问题，希望你们有兴趣继续研究：当物体有斜向上或斜向下的加速度时，是否产生超重或失重现象。