第六章牛顿运动定律·超重和失重

1、第三章牛顿运动定律第三章牛顿运动定律超重和失重超重和失重 授课人：授课人：吴旺本吴旺本班级：班级：高一年一班高一年一班时间：时间：二二一一年一月一十三日星期三年一月一十三日星期三地点：地点：物理多媒体教室物理多媒体教室（一）（一） 引入新课：观看引入新课：观看神州五神州五、六号六号发射及返回录相发射及返回录相 载人航天：一个国家综合国力日益强大的重要标志 空间产业：制造加工独领风骚 载人飞船：展示高精尖最新科技成果的“摇篮” 从“两弹一星”到载人航天；日跃东方，叩启天穹。提问：提问：1.1.神州号发射有何意义？神州号发射有何意义？神五发射神五返神六返回(5).“(5).“空间产业空间产业”带动

2、相关产业发展带动相关产业发展; ;(1).(1).国家战略意义不容低估国家战略意义不容低估; ;(2).(2).占领世界高新技术前沿占领世界高新技术前沿( (3).3).开发太空获取经济利益（太空的微开发太空获取经济利益（太空的微重力、高洁净、全真空特殊环境，使它重力、高洁净、全真空特殊环境，使它成为人类最理想的新兴材料和生物工业成为人类最理想的新兴材料和生物工业加工地。）；加工地。）；(4).(4).培养尖端科技和管理人才；培养尖端科技和管理人才；背景一：背景一： 年月日，自力更生发展原子年月日，自力更生发展原子能的决定。能的决定。 年月日，中国第一颗原子年月日，中国第一颗原子弹爆炸成功；弹

3、爆炸成功； 年月日。酒泉卫星发射中心，年月日。酒泉卫星发射中心，中国的第一颗人造地球卫星送上了太空。中国的第一颗人造地球卫星送上了太空。 年月，发展载人航天被列入了著年月，发展载人航天被列入了著名的名的“” ” 计划。计划。 年月日年月日, ,中国第三个将自己中国第三个将自己的航天员送入太空并成功返回的国家。的航天员送入太空并成功返回的国家。 2.2.航天员在火箭发射与返回舱返回中，航天员在火箭发射与返回舱返回中，航天员遇到的最大生理问题是什么？航天员遇到的最大生理问题是什么？ 载人航天有较大风险，宇航员要面对载人航天有较大风险，宇航员要面对: :振动、振动、冲击、噪声、失重、超重、宇宙辐射、

4、高真冲击、噪声、失重、超重、宇宙辐射、高真空、昼夜节律变化、剧烈的温度变化、超负空、昼夜节律变化、剧烈的温度变化、超负荷的心理和工作压力等；荷的心理和工作压力等； 可能导致宇航员的心血管系统功能紊乱、航可能导致宇航员的心血管系统功能紊乱、航天运动病、骨骼与肌肉结构和功能变化、睡天运动病、骨骼与肌肉结构和功能变化、睡眠周期紊乱等一系列生物医学和心理方面的眠周期紊乱等一系列生物医学和心理方面的问题，严重者甚至可能威胁到宇航员的生命。问题，严重者甚至可能威胁到宇航员的生命。背景二背景二： 在载人航天器的发射加速上升段，宇航员要经受在载人航天器的发射加速上升段，宇航员要经受5 5倍于地球引力的超重过载

5、，倍于地球引力的超重过载，125dB125dB的高强噪声和振的高强噪声和振动刺激；宇航员返回地面时则要经受开伞减速和着动刺激；宇航员返回地面时则要经受开伞减速和着陆冲击的考验。这些统称为超重或者过载，重力作陆冲击的考验。这些统称为超重或者过载，重力作用于人体的方向由头至足的则称正超重；反之，重用于人体的方向由头至足的则称正超重；反之，重力的方向由足至头时称负超重。力的方向由足至头时称负超重。 正超重时，血液受惯性作用由上身转移到下身，引正超重时，血液受惯性作用由上身转移到下身，引起头部、上身缺血，视力障碍，严重时可发生晕厥。起头部、上身缺血，视力障碍，严重时可发生晕厥。 高高g g值的超重，人

6、取坐姿难以适应，所以宇航员通值的超重，人取坐姿难以适应，所以宇航员通常采取仰卧姿，这对人体的影响较轻。人对常采取仰卧姿，这对人体的影响较轻。人对8g8g值的值的横向超重可耐受十多分钟。航天中经受的这种横向横向超重可耐受十多分钟。航天中经受的这种横向超重，一般时间较短，经过训练的宇航员容易耐受。超重，一般时间较短，经过训练的宇航员容易耐受。超重超重 失重失重 失重可引起心血管功能的改变。失重时血液失重可引起心血管功能的改变。失重时血液和其他体液不像重力条件下那样惯常地流向和其他体液不像重力条件下那样惯常地流向下身。相反，下身的血液回流到胸腔、头部，下身。相反，下身的血液回流到胸腔、头部，可引起宇

7、航员面部浮肿，头胀，颈部静脉曲可引起宇航员面部浮肿，头胀，颈部静脉曲张，鼻咽部堵塞，身体质量中心上移。张，鼻咽部堵塞，身体质量中心上移。 长期失重会引起人体的骨钙质代谢紊乱。长期失重会引起人体的骨钙质代谢紊乱。 后果：骨质疏松和增大发生肾结石的可能。后果：骨质疏松和增大发生肾结石的可能。 长期失重还可引起对抗重力的肌肉出现废用长期失重还可引起对抗重力的肌肉出现废用性萎缩。性萎缩。 思考：什么是超重和失重？思考：什么是超重和失重？新课内容新课内容: : 提示提示1 1：重力是如何产生的？大小取决于：重力是如何产生的？大小取决于 什么？实验室如何测量钩码的重力？什么？实验室如何测量钩码的重力？a.

8、a.重力是由地球的吸引而产生的；重力是由地球的吸引而产生的；b.b.其大小取决于物体的质量及相对于地球其大小取决于物体的质量及相对于地球位置，重力公式位置，重力公式G=mgG=mg；c.c.实验室常采用弹簧秤测量重力的大小。实验室常采用弹簧秤测量重力的大小。实验探究一：每班分成实验探究一：每班分成2424组进行实验探究。组进行实验探究。运动运动情形情形静止静止时时匀 速匀 速上升上升匀速匀速下降下降斜 上斜 上匀速匀速斜 下斜 下匀速匀速示数示数速度速度方向方向0Fa=0 a=0 a=0 a=0 a=0a=0 a=0 a=0 a=0 a=0 不变不变不变不变不变不变不变不变运动情运动情形形 向

9、上加向上加速速向下加向下加速速向上减向上减速速向下减向下减速速 示数示数情景图情景图速度方速度方向向加速度加速度方向方向 变大变大 减小减小 减小减小 变大变大 讨论：讨论： . .什么情况下弹簧秤示数等于物体真实重力？什么情况下弹簧秤示数等于物体真实重力？ （a=0a=0） . .什么情况下弹簧秤示数大于物体真实重力？什么情况下弹簧秤示数大于物体真实重力？ (a(a向上向上) ) . .什么情况下弹簧秤示数小于物体真实重力？什么情况下弹簧秤示数小于物体真实重力？ （a a向下）向下）思考：思考： 弹簧秤测量力的原理是什么？弹簧秤测量力的原理是什么？ GF1F2依据弹簧受到的拉力与伸长的依据弹

10、簧受到的拉力与伸长的长度成正比，它只测量挂钩处的长度成正比，它只测量挂钩处的拉力拉力F2，如图所示。，如图所示。据牛顿第三定律必有据牛顿第三定律必有F F1 1= F= F2 2但只有悬挂物体处但只有悬挂物体处于平衡状态才有于平衡状态才有F F1 1=G=G故故F F2 2=G=G才成立。才成立。实实 验验 探探 究究 二二：每班分成24组进行实验探究。 探 究 内 容：用弹簧秤测量铝块的重力及在水中的视重。（空气中的浮力忽略） 情形情形示数（视重）示数（视重）铝块重力铝块重力空气中空气中水中水中讨论讨论： . .铝块挂在弹簧秤下时受几个力的作用？铝块挂在弹簧秤下时受几个力的作用？GF拉F浮浮

11、F拉拉G . .铝块挂在弹簧秤下浸入水中时受几个铝块挂在弹簧秤下浸入水中时受几个力的作用？力的作用？说明说明:我们把第三个图中弹簧秤示数又叫视重我们把第三个图中弹簧秤示数又叫视重.提示提示2 2：重力（实重）、视重的意思是：重力（实重）、视重的意思是什么？什么？ 视重：物体对弹簧秤的位力或对托盘秤视重：物体对弹簧秤的位力或对托盘秤的压力大小叫视重（的压力大小叫视重（G G视视）。）。 重力：由于地球的吸引而产生的力，近重力：由于地球的吸引而产生的力，近似等于地球给物体的万有引力。也泛指似等于地球给物体的万有引力。也泛指任何天体吸引其它物体的力。如月球重任何天体吸引其它物体的力。如月球重力、火星

12、重力等。力、火星重力等。 实重：物体的实际重力的大小。实重：物体的实际重力的大小。提示提示3 3：视重是否一定等于物体的重力？：视重是否一定等于物体的重力？ 演演 示示 一：拉压视力盘演示视重与重力的关系：一：拉压视力盘演示视重与重力的关系： 静止静止 向上加速向上加速 向下加速等向下加速等。 总结：总结： 当物体放在托盘秤上或挂在弹簧秤下时，若装当物体放在托盘秤上或挂在弹簧秤下时，若装置处于平衡状态，则置处于平衡状态，则G G视视= G= G物物. .而如果整个装置不是处于平衡状态，则而如果整个装置不是处于平衡状态，则G G视视 G G物物。FN=FNGG=FNG=FN提示提示4 4：（拓展

13、）：（拓展） 一般物体有时用拉住，有时用支持物托一般物体有时用拉住，有时用支持物托住，此时物体对悬线的拉力或对支持物住，此时物体对悬线的拉力或对支持物的压力与物体的重力关系如何？的压力与物体的重力关系如何？总结：可能相等，也可能不相等。总结：可能相等，也可能不相等。 总总 结：超重与失重结：超重与失重 1.1.超重现象：超重现象： 当物体对悬线的拉力或对支持物的压力当物体对悬线的拉力或对支持物的压力大于物体的重力的现象叫超重现象。大于物体的重力的现象叫超重现象。 演示二：细线下悬挂重锤（演示二：细线下悬挂重锤（2 2套）套） 操作：操作：缓慢上升和下降缓慢上升和下降 突然向上加速突然向上加速

14、突然向下减速等。突然向下减速等。实验探究三：用手托住重钩码（每人）实验探究三：用手托住重钩码（每人） 操作要求：操作要求：托住不动托住不动 突然向上加速突然向上加速 钩码一定高度释放，用另一手接住。钩码一定高度释放，用另一手接住。 有何感受：有何感受： 变重的感觉。变重的感觉。 思考：超重是如何引起的？思考：超重是如何引起的？ 超重分析：取加速上升或减速下超重分析：取加速上升或减速下降的物体为研究对象，受力如图。降的物体为研究对象，受力如图。 据牛顿第二定律有：据牛顿第二定律有： T-mg=maT-mg=ma 故拉力故拉力: : F=mg+ma=m(g+a)mgF=mg+ma=m(g+a)mg

15、 同理对于加速上升或减速下降的同理对于加速上升或减速下降的电梯中的物体为研究对象有：电梯中的物体为研究对象有： F FN N+mg=ma+mg=ma 故故 F FN N=mg+ma=m(g+a)mg=mg+ma=m(g+a)mgGT速度速度方向方向V 加速度加速度方向方向a GFN2 2失重现象：失重现象： 当物体对悬线的拉力或对支持面的压力当物体对悬线的拉力或对支持面的压力小于重力的现象叫失重现象。小于重力的现象叫失重现象。 实验探究四：用手托住重钩码（每人）实验探究四：用手托住重钩码（每人） 操作要求：操作要求： 托住不动托住不动 突然向下加突然向下加 向上突然减速。向上突然减速。 有何感

16、受有何感受? ? 变轻的感觉。变轻的感觉。 感觉真不错感觉真不错! !讨论：讨论： 如何分析失重现象？如何分析失重现象？对于悬线下的物体，据牛二有：对于悬线下的物体，据牛二有： mg-T=ma mg-T=ma 故故 T=mg-ma=m(g-a)mgT=mg-ma=m(g-a)mg对于支持面上的物体，据牛二有：对于支持面上的物体，据牛二有： mg-mg-FN =ma 故故 FN=mg-ma=m(g-a)GGG G视视GGV V向上向上V V向下向下V V向上向上V V向下向下a a向上向上a a向下向下a=ga=g时时口诀：口诀：超上失下。（指加速度的方向超上失下。（指加速度的方向) ) 总总

17、结结超重失重两纷纷，拉力压力定乾坤；超重失重两纷纷，拉力压力定乾坤；重力长存无变故，超失须看加速度。重力长存无变故，超失须看加速度。 加速度向上，加速度向上，“视重视重”变变“胖胖”； 加速度向下，加速度向下，“视视”小小“真真”大。大。1.1.一小孩站在升降机中，升降机的运动情况如下一小孩站在升降机中，升降机的运动情况如下时，判断超重、失重情况。时，判断超重、失重情况。A、升降机加速上升、升降机加速上升B、升降机减速上升、升降机减速上升C、升降机加速下降、升降机加速下降D、升降机减速下降、升降机减速下降超重超重失重失重失重失重超重超重理论联系实际：理论联系实际： F2GGF1 A.A.4.9

18、m/s4.9m/s2的加速度加速上升；的加速度加速上升； B.4.9m/sB.4.9m/s2的加速度减速上升；的加速度减速上升； C.C.4.9m/s4.9m/s2的加速度加速下降；的加速度加速下降； D.4.9m/s2的加速度减速下降。的加速度减速下降。2.2.在升降机里，一个小球系于弹簧下端，升降机静在升降机里，一个小球系于弹簧下端，升降机静止时，弹簧伸长止时，弹簧伸长4cm,4cm,升降机运动过程中，发现弹簧升降机运动过程中，发现弹簧伸长伸长2cm2cm时时, ,升降机的运动情况可能是（升降机的运动情况可能是（ ）分析过程：解分析过程：解: :当物体静止时，据平衡条件当物体静止时，据平衡

19、条件有有: :KxKx1 1-mg=0- -mg=0- 当物体运动时，设向上为正方向，据牛顿当物体运动时，设向上为正方向，据牛顿第二定律有：第二定律有：KxKx2 2-mg=ma-mg=ma-联立和和代入数据解得代入数据解得a=-4.9m/sa=-4.9m/s2 2, ,负号负号表示加速度方向向下，而速度可能向上和表示加速度方向向下，而速度可能向上和向下，故选向下，故选BCBC。3.3.火箭发射过程中的航天员处于火箭发射过程中的航天员处于_现象；现象；而当返回舱在返回过程中，其中的航天员处而当返回舱在返回过程中，其中的航天员处于于_现象。（填：现象。（填：“超重超重”或或“失重失重”） 发射时

20、速度向上增加，加速度向上，为发射时速度向上增加，加速度向上，为超重；超重； 返回时速度向下，但是减速，故加速度返回时速度向下，但是减速，故加速度还是向上，也为超重。还是向上，也为超重。4.4.站在自动电梯上的人随电梯向下做匀加速运动，下站在自动电梯上的人随电梯向下做匀加速运动，下叙研究电梯上的人受力情况分析正确的是：（叙研究电梯上的人受力情况分析正确的是：（ ）A.A.不受摩擦力的作用；不受摩擦力的作用； B.B.受到向左的摩擦力作用；受到向左的摩擦力作用；C.C.支持力小于重力，处于失重状态；支持力小于重力，处于失重状态；D.D.支持力大于重力，处于超重状态。支持力大于重力，处于超重状态。a aa2a1aFNGFfa分析：由于加速度与受力方向都不同，故我分析：由于加速度与受力方向都不同，故我们最好把加速度进行分解较快看出物理情景。们最好把加速度进行分解较快看出物理情景。 5.5.宇航员在进入太空