高一物理人教版必修1教案 超重和失重

2023-02-14 06:15:02 字數 3234 閱讀 9159

超重和失重

一、教學目標

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;

3.培養學生利用牛頓第二定律分析問題和解決問題的能力。

二、重點、難點分析

1.超重和失重在本質上並不是物體受到的重力發生了變化,而是物體在豎直方向有加速度時,物體對支援物的壓力或拉力的變化,這一點學生理解起來往往困難較大。讓學生理解超重和失重的本質是本節課教學的重點之一,也是後面理解太空飛行器中失重現象的基礎。

2.超重和失重中物體對支援物的壓力和拉力的計算,是牛頓第二定律應用的乙個方面,也應作為本節教學的重點之一。

三、教具

演示教具:超重和失重演示裝置、彈簧秤、重物、細線、下面扎孔的可樂瓶、錄影資料。

學生用具:彈簧秤、鉤碼、打點計時器用重錘、繡花線。

四、主要教學過程

(一)引入新課

看錄影片《太空梭上的失重現象》《失重物體的運動》。

提問:剛才所看到的錄影片是在什麼地方發生的?它向我們展示了一種什麼現象?

這裡給我們展示了失重現象,是在太空梭中發生的。太空梭在起飛中產生了超重現象,在太空中又產生了失重現象。超重和失重是怎麼產生的呢?這就是我們這節課研究的內容。

(二)教學過程設計

板書:十、超重和失重

我們先來研究一下超重現象。

板書:1.超重現象

實驗:介紹裝置,架子上有兩個滑輪,兩邊掛有重物。我們取左邊的重物加以研究,重物靜止時,彈簧秤的示數大小等於物體所受的重力,物體對彈簧秤的拉力等於物體所受的重力。

放手後物體做向上的加速運動,我們再觀察彈簧秤示數的變化。

提問:看到了什麼現象?彈簧秤的示數增大,物體對繩的拉力增大。

以上實驗可以用更簡單的裝置來完成,只不過觀察時的效果稍差一些。彈簧秤下掛一重物,物體靜止時,彈簧秤的示數等於物體所受的重力。當物體向上做加速運動時,彈簧秤的示數大於物體所受的重力,物體對繩的拉力大於物重。

學生小實驗:細線拉重錘(繡花線、打點計時器用重錘)。線繫在重錘上,緩慢拉起,再讓重錘做向上的加速運動,線斷。

分析原因:取物體為研究物件,t-g=ma,t-mg=ma,彈簧秤的拉力為

t=mg+ma=m(g+a)

討論:(1)物體做向上的加速運動時,彈簧對物體的拉力大於物體靜止時的拉力,t>mg,物體對彈簧的拉力大於物重。

舉例:起重機在吊起重物時,有經驗的司機都不讓物體的加速度過大是什麼原因?

(2)學生列舉生活中的感受:電梯向上起動時,電梯對人的支援力大於靜止時的支援力,同樣人對電梯的壓力也大於物重;電梯下降剎車時也一樣。只要物體的加速度方向是向上的,就會產生以上現象。

提問:在電梯中放一彈簧測力秤,人站在上面。當電梯向上加速度運動時秤的示數怎樣變化?

(3)整理公式:t=m(g+a)=mg′,g′叫做等效重力加速度,g′>g。站在電梯裡的人在電梯向上加速或向下減速時,人對電梯的壓力大於人的重力,好像是重力加速度g增大了。

火箭起飛時有很大的向上的加速度,內部發生的是超重現象。

當物體存在向上的加速度時,它對支援物的壓力(或對懸掛物的拉力)大於物重的現象叫做超重現象。

發生超重現象時,物重並沒有變化。

2.失重現象

實驗:重物靜止時,彈簧秤的示數大小等於物體所受的重力,物體對彈簧秤的拉力等於物體所受的重力。放手後物體做向下的加速運動,我們再觀察彈簧秤示數的變化。

提問:看到了什麼現象?彈簧秤的示數減少,物體對支援物的拉力減小。

學生實驗:觀察感受失重現象。彈簧秤下掛一重物,物體靜止時,彈簧秤的示數等於物體所受的重力。

當物體向下做加速運動時,彈簧秤的示數小於物體所受的重力。(注意對減速時的示數增大的解釋。)

取物體為研究物件,g-t=ma,彈簧秤的拉力為t=mg-ma=m(g-a)

討論:(1)物體做向下的加速運動時,彈簧對物體的拉力小於物體靜止時的拉力,t<mg,物體對彈簧的拉力小於物重。

(2)學生列舉生活中的感受:電梯向下起動時,電梯對人的支援力小於靜止時的支援力,同樣人對電梯的壓力也小於物重;電梯上公升剎車時也一樣。

(3)整理公式:t=m(g-a)=mg′,g′叫做等效重力加速度,g′<g。站在電梯裡的人在電梯向下加速或向上減速時,人對電梯的壓力小於人的重力,好像是重力加速度g減少了。

失重:當物體存在向下的加速度時,它對支援物的壓力(或拉力)小於物重的現象,叫做失重。當a=g時,t=0,叫做完全失重。

發生失重時,物重並沒有變化。

實驗:在可樂瓶下面扎一些小孔,裝上水後水從小孔噴出。把水瓶丟擲,噴水情況會怎樣變化?

分析瓶丟擲後,水怎樣噴。讓學生先分析可能發生的現象,再觀察上拋時的現象,下拋的情況讓學生回家去做。解釋現象出現的原因,丟擲後水處於失重狀態,對瓶無壓力,水不噴。

3.例題

例1 關於電梯的幾種運動中,支援力的變化情況如何?

思考題:乙個在地面上能舉起100千克質量槓鈴的運動員在乙個加速運動的電梯上能舉起多大質量的槓鈴?a=g,a=g/2,分向上和向下兩種加速情況討論。

(投影)例2:一台公升降機的地板上放著乙個質量為m的物體,它跟地面間的動摩擦因數為μ,可以認為物體受到的最大靜摩擦力等於滑動摩擦力。一根勁度係數為k的彈簧水平放置,左端跟物體相連,右端固定在豎直牆上,開始時彈簧的伸長為△x,彈簧對物體有水平向右的拉力,求:

公升降機怎樣運動時,物體才能被彈簧拉動?

分析:物體開始沒有滑動是由於彈簧的拉力小於最大靜摩擦力。這裡f=μn,只有減小地面對物體的壓力才能減少最大靜摩擦力,當f=μn=k△x時物體開始滑動。

取物體為研究物件,受力如圖,當物體做向下的加速運動或向上的減速運動時,才能使地面對物體的壓力減小,即g-n=ma。

聯解兩式得:a=(g-n)/m=(mg-k△x/μ)m=g-k△x/μm

即公升降機做a>g-k△x/μm的向下的勻加速運動或向上的勻減速運動時,物體可以在地面上滑動。

(三)小結:發生超重和失重現象時,物體並沒有變化,只是由於物體有豎直方向的加速度使得物體對支援物的作用力發生了變化。這裡討論的問題限於地面附近的物體所發生的超重和失重現象,沒有討論太空梭中的失重現象。

請大家思考一下,太空梭中的物體受不受地球的引力,它上面的失重現象又是怎樣發生的呢?

布置作業;練習(1)(2)(3)

五、說明

1.本節課可採用在教師引導下,教師跟學生共同討論研究的方式進行。在教學中教師要注意學生對知識的接受情況,恰當地提出問題,對學生的認識給予正確的評價和解釋。

2.課上安排的演示實驗要自己製作,彈簧秤的量程要小,最好是0.2千克左右的,刻度要明顯利於學生觀察。兩邊重物的質量選擇要合適,可使加速過程時間較長、較穩定。

3.兩個學生小實驗,拉斷線的實驗要注意器材的選擇;用彈簧秤拉鉤碼的實驗要注意現象的正確解釋。

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