第六章牛頓運(yùn)動(dòng)定律·超重和失重

1、第三章牛頓運(yùn)動(dòng)定律第三章牛頓運(yùn)動(dòng)定律超重和失重超重和失重 授課人：授課人：吳旺本吳旺本班級(jí)：班級(jí)：高一年一班高一年一班時(shí)間：時(shí)間：二一年一月一十三日星期三二一年一月一十三日星期三地點(diǎn)：地點(diǎn)：物理多媒體教室物理多媒體教室（一）（一） 引入新課：觀看引入新課：觀看神州五神州五、六號(hào)六號(hào)發(fā)射及返回錄相發(fā)射及返回錄相 載人航天：一個(gè)國(guó)家綜合國(guó)力日益強(qiáng)大的重要標(biāo)志 空間產(chǎn)業(yè)：制造加工獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷 載人飛船：展示高精尖最新科技成果的“搖籃” 從“兩彈一星”到載人航天；日躍東方，叩啟天穹。提問：提問：1.1.神州號(hào)發(fā)射有何意義？神州號(hào)發(fā)射有何意義？神五發(fā)射神五返神六返回(5).(5).“空間產(chǎn)業(yè)空間產(chǎn)業(yè)”帶動(dòng)相

2、關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展; ;(1).(1).國(guó)家戰(zhàn)略意義不容低估國(guó)家戰(zhàn)略意義不容低估; ;(2).(2).占領(lǐng)世界高新技術(shù)前沿占領(lǐng)世界高新技術(shù)前沿( (3).3).開發(fā)太空獲取經(jīng)濟(jì)利益（太空的微開發(fā)太空獲取經(jīng)濟(jì)利益（太空的微重力、高潔凈、全真空特殊環(huán)境，使它重力、高潔凈、全真空特殊環(huán)境，使它成為人類最理想的新興材料和生物工業(yè)成為人類最理想的新興材料和生物工業(yè)加工地。）；加工地。）；(4).(4).培養(yǎng)尖端科技和管理人才；培養(yǎng)尖端科技和管理人才；背景一：背景一： 年月日，自力更生發(fā)展原子年月日，自力更生發(fā)展原子能的決定。能的決定。 年月日，中國(guó)第一顆原子年月日，中國(guó)第一顆原子彈爆炸成功；彈爆

3、炸成功； 年月日。酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心，年月日。酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心，中國(guó)的第一顆人造地球衛(wèi)星送上了太空。中國(guó)的第一顆人造地球衛(wèi)星送上了太空。 年月，發(fā)展載人航天被列入了著年月，發(fā)展載人航天被列入了著名的名的“” 計(jì)劃。計(jì)劃。 年月日年月日, ,中國(guó)第三個(gè)將自己中國(guó)第三個(gè)將自己的航天員送入太空并成功返回的國(guó)家。的航天員送入太空并成功返回的國(guó)家。 2.2.航天員在火箭發(fā)射與返回艙返回中，航天員在火箭發(fā)射與返回艙返回中，航天員遇到的最大生理問題是什么？航天員遇到的最大生理問題是什么？ 載人航天有較大風(fēng)險(xiǎn)，宇航員要面對(duì)載人航天有較大風(fēng)險(xiǎn)，宇航員要面對(duì): :振動(dòng)、振動(dòng)、沖擊、噪聲、失重、超重、宇宙輻射、高真沖

4、擊、噪聲、失重、超重、宇宙輻射、高真空、晝夜節(jié)律變化、劇烈的溫度變化、超負(fù)空、晝夜節(jié)律變化、劇烈的溫度變化、超負(fù)荷的心理和工作壓力等；荷的心理和工作壓力等； 可能導(dǎo)致宇航員的心血管系統(tǒng)功能紊亂、航可能導(dǎo)致宇航員的心血管系統(tǒng)功能紊亂、航天運(yùn)動(dòng)病、骨骼與肌肉結(jié)構(gòu)和功能變化、睡天運(yùn)動(dòng)病、骨骼與肌肉結(jié)構(gòu)和功能變化、睡眠周期紊亂等一系列生物醫(yī)學(xué)和心理方面的眠周期紊亂等一系列生物醫(yī)學(xué)和心理方面的問題，嚴(yán)重者甚至可能威脅到宇航員的生命。問題，嚴(yán)重者甚至可能威脅到宇航員的生命。背景二背景二： 在載人航天器的發(fā)射加速上升段，宇航員要經(jīng)受在載人航天器的發(fā)射加速上升段，宇航員要經(jīng)受5 5倍于地球引力的超重過載，倍于

5、地球引力的超重過載，125dB125dB的高強(qiáng)噪聲和振的高強(qiáng)噪聲和振動(dòng)刺激；宇航員返回地面時(shí)則要經(jīng)受開傘減速和著動(dòng)刺激；宇航員返回地面時(shí)則要經(jīng)受開傘減速和著陸沖擊的考驗(yàn)。這些統(tǒng)稱為超重或者過載，重力作陸沖擊的考驗(yàn)。這些統(tǒng)稱為超重或者過載，重力作用于人體的方向由頭至足的則稱正超重；反之，重用于人體的方向由頭至足的則稱正超重；反之，重力的方向由足至頭時(shí)稱負(fù)超重。力的方向由足至頭時(shí)稱負(fù)超重。 正超重時(shí)，血液受慣性作用由上身轉(zhuǎn)移到下身，引正超重時(shí)，血液受慣性作用由上身轉(zhuǎn)移到下身，引起頭部、上身缺血，視力障礙，嚴(yán)重時(shí)可發(fā)生暈厥。起頭部、上身缺血，視力障礙，嚴(yán)重時(shí)可發(fā)生暈厥。 高高g g值的超重，人取坐姿

6、難以適應(yīng)，所以宇航員通值的超重，人取坐姿難以適應(yīng)，所以宇航員通常采取仰臥姿，這對(duì)人體的影響較輕。人對(duì)常采取仰臥姿，這對(duì)人體的影響較輕。人對(duì)8g8g值的值的橫向超重可耐受十多分鐘。航天中經(jīng)受的這種橫向橫向超重可耐受十多分鐘。航天中經(jīng)受的這種橫向超重，一般時(shí)間較短，經(jīng)過訓(xùn)練的宇航員容易耐受。超重，一般時(shí)間較短，經(jīng)過訓(xùn)練的宇航員容易耐受。超重超重 失重失重 失重可引起心血管功能的改變。失重時(shí)血液失重可引起心血管功能的改變。失重時(shí)血液和其他體液不像重力條件下那樣慣常地流向和其他體液不像重力條件下那樣慣常地流向下身。相反，下身的血液回流到胸腔、頭部，下身。相反，下身的血液回流到胸腔、頭部，可引起宇航員面

7、部浮腫，頭脹，頸部靜脈曲可引起宇航員面部浮腫，頭脹，頸部靜脈曲張，鼻咽部堵塞，身體質(zhì)量中心上移。張，鼻咽部堵塞，身體質(zhì)量中心上移。 長(zhǎng)期失重會(huì)引起人體的骨鈣質(zhì)代謝紊亂。長(zhǎng)期失重會(huì)引起人體的骨鈣質(zhì)代謝紊亂。 后果：骨質(zhì)疏松和增大發(fā)生腎結(jié)石的可能。后果：骨質(zhì)疏松和增大發(fā)生腎結(jié)石的可能。 長(zhǎng)期失重還可引起對(duì)抗重力的肌肉出現(xiàn)廢用長(zhǎng)期失重還可引起對(duì)抗重力的肌肉出現(xiàn)廢用性萎縮。性萎縮。 思考：什么是超重和失重？思考：什么是超重和失重？新課內(nèi)容新課內(nèi)容: : 提示提示1 1：重力是如何產(chǎn)生的？大小取決于：重力是如何產(chǎn)生的？大小取決于 什么？實(shí)驗(yàn)室如何測(cè)量鉤碼的重力？什么？實(shí)驗(yàn)室如何測(cè)量鉤碼的重力？a.a.重

8、力是由地球的吸引而產(chǎn)生的；重力是由地球的吸引而產(chǎn)生的；b.b.其大小取決于物體的質(zhì)量及相對(duì)于地球其大小取決于物體的質(zhì)量及相對(duì)于地球位置，重力公式位置，重力公式G=mgG=mg；c.c.實(shí)驗(yàn)室常采用彈簧秤測(cè)量重力的大小。實(shí)驗(yàn)室常采用彈簧秤測(cè)量重力的大小。實(shí)驗(yàn)探究一：每班分成實(shí)驗(yàn)探究一：每班分成2424組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)情形情形靜止靜止時(shí)時(shí)勻 速勻 速上升上升勻速勻速下降下降斜 上斜 上勻速勻速斜 下斜 下勻速勻速示數(shù)示數(shù)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 不變不變不變不變不變不變不變不變運(yùn)動(dòng)情運(yùn)動(dòng)情形形 向上加

9、向上加速速向下加向下加速速向上減向上減速速向下減向下減速速 示數(shù)示數(shù)情景圖情景圖速度方速度方向向加速度加速度方向方向 變大變大 減小減小 減小減小 變大變大 討論：討論： . .什么情況下彈簧秤示數(shù)等于物體真實(shí)重力？什么情況下彈簧秤示數(shù)等于物體真實(shí)重力？ （a=0a=0） . .什么情況下彈簧秤示數(shù)大于物體真實(shí)重力？什么情況下彈簧秤示數(shù)大于物體真實(shí)重力？ (a(a向上向上) ) . .什么情況下彈簧秤示數(shù)小于物體真實(shí)重力？什么情況下彈簧秤示數(shù)小于物體真實(shí)重力？ （a a向下）向下）思考：思考： 彈簧秤測(cè)量力的原理是什么？彈簧秤測(cè)量力的原理是什么？ GF1F2依據(jù)彈簧受到的拉力與伸長(zhǎng)的依據(jù)彈簧受

10、到的拉力與伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度成正比，它只測(cè)量掛鉤處的長(zhǎng)度成正比，它只測(cè)量掛鉤處的拉力拉力F2，如圖所示。，如圖所示。據(jù)牛頓第三定律必有據(jù)牛頓第三定律必有F F1 1= F= F2 2但只有懸掛物體處但只有懸掛物體處于平衡狀態(tài)才有于平衡狀態(tài)才有F F1 1=G=G故故F F2 2=G=G才成立。才成立。實(shí)實(shí) 驗(yàn)驗(yàn) 探探 究究 二二：每班分成24組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。 探 究 內(nèi) 容：用彈簧秤測(cè)量鋁塊的重力及在水中的視重。（空氣中的浮力忽略） 情形情形示數(shù)（視重）示數(shù)（視重）鋁塊重力鋁塊重力空氣中空氣中 水中水中 討論討論： . .鋁塊掛在彈簧秤下時(shí)受幾個(gè)力的作用？鋁塊掛在彈簧秤下時(shí)受幾個(gè)力的作用？GF拉F浮浮

11、F拉拉G . .鋁塊掛在彈簧秤下浸入水中時(shí)受幾個(gè)鋁塊掛在彈簧秤下浸入水中時(shí)受幾個(gè)力的作用？力的作用？說明說明:我們把第三個(gè)圖中彈簧秤示數(shù)又叫視重我們把第三個(gè)圖中彈簧秤示數(shù)又叫視重.提示提示2 2：重力（實(shí)重）、視重的意思是：重力（實(shí)重）、視重的意思是什么？什么？ 視重：物體對(duì)彈簧秤的位力或?qū)ν斜P秤視重：物體對(duì)彈簧秤的位力或?qū)ν斜P秤的壓力大小叫視重（的壓力大小叫視重（G G視視）。）。 重力：由于地球的吸引而產(chǎn)生的力，近重力：由于地球的吸引而產(chǎn)生的力，近似等于地球給物體的萬有引力。也泛指似等于地球給物體的萬有引力。也泛指任何天體吸引其它物體的力。如月球重任何天體吸引其它物體的力。如月球重力、火星

12、重力等。力、火星重力等。 實(shí)重：物體的實(shí)際重力的大小。實(shí)重：物體的實(shí)際重力的大小。提示提示3 3：視重是否一定等于物體的重力？：視重是否一定等于物體的重力？ 演演 示示 一：拉壓視力盤演示視重與重力的關(guān)系：一：拉壓視力盤演示視重與重力的關(guān)系： 靜止靜止 向上加速向上加速 向下加速等向下加速等。 總結(jié)：總結(jié)： 當(dāng)物體放在托盤秤上或掛在彈簧秤下時(shí)，若裝當(dāng)物體放在托盤秤上或掛在彈簧秤下時(shí)，若裝置處于平衡狀態(tài)，則置處于平衡狀態(tài)，則G G視視= G= G物物. .而如果整個(gè)裝置不是處于平衡狀態(tài)，則而如果整個(gè)裝置不是處于平衡狀態(tài)，則G G視視 G G物物。FN=FNGG=FNG=FN提示提示4 4：（拓展

13、）：（拓展） 一般物體有時(shí)用拉住，有時(shí)用支持物托一般物體有時(shí)用拉住，有時(shí)用支持物托住，此時(shí)物體對(duì)懸線的拉力或?qū)χС治镒。藭r(shí)物體對(duì)懸線的拉力或?qū)χС治锏膲毫εc物體的重力關(guān)系如何？的壓力與物體的重力關(guān)系如何？總結(jié)：可能相等，也可能不相等。總結(jié)：可能相等，也可能不相等。 總總 結(jié)：超重與失重結(jié)：超重與失重 1.1.超重現(xiàn)象：超重現(xiàn)象： 當(dāng)物體對(duì)懸線的拉力或?qū)χС治锏膲毫Ξ?dāng)物體對(duì)懸線的拉力或?qū)χС治锏膲毫Υ笥谖矬w的重力的現(xiàn)象叫超重現(xiàn)象。大于物體的重力的現(xiàn)象叫超重現(xiàn)象。 演示二：細(xì)線下懸掛重錘（演示二：細(xì)線下懸掛重錘（2 2套）套） 操作：操作：緩慢上升和下降緩慢上升和下降 突然向上加速突然向上加速

14、突然向下減速等。突然向下減速等。實(shí)驗(yàn)探究三：用手托住重鉤碼（每人）實(shí)驗(yàn)探究三：用手托住重鉤碼（每人） 操作要求：托住不動(dòng)操作要求：托住不動(dòng) 突然向上加速突然向上加速 鉤碼一定高度釋放，用另一手接住。鉤碼一定高度釋放，用另一手接住。 有何感受：有何感受： 變重的感覺。變重的感覺。 思考：超重是如何引起的？思考：超重是如何引起的？ 超重分析：取加速上升或減速下超重分析：取加速上升或減速下降的物體為研究對(duì)象，受力如圖。降的物體為研究對(duì)象，受力如圖。 據(jù)牛頓第二定律有：據(jù)牛頓第二定律有： 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、 同理對(duì)于加速上升或減速下降的同理對(duì)于加速上升或減速下降的電梯中的物體為研究對(duì)象有：電梯中的物體為研究對(duì)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失重現(xiàn)象：失重現(xiàn)象： 當(dāng)物體對(duì)懸線的拉力或?qū)χС置娴膲毫Ξ?dāng)物體對(duì)懸線的拉力或?qū)χС置娴膲毫π∮谥亓Φ默F(xiàn)象叫失重現(xiàn)象。小于重力的現(xiàn)象叫失重現(xiàn)象。 實(shí)驗(yàn)探究四：用手托住重鉤碼（每人）實(shí)驗(yàn)探究四：用手托住重鉤碼（每人） 操作要求：操作要求： 托住不動(dòng)托住不動(dòng) 突然向下加突然向下加 向上突然減速。向上突然減速。 有何感

16、受有何感受? ? 變輕的感覺。變輕的感覺。 感覺真不錯(cuò)感覺真不錯(cuò)! !討論：討論： 如何分析失重現(xiàn)象？如何分析失重現(xiàn)象？對(duì)于懸線下的物體，據(jù)牛二有：對(duì)于懸線下的物體，據(jù)牛二有： mg-T=ma mg-T=ma 故故 T=mg-ma=m(g-a)mgT=mg-ma=m(g-a)mg對(duì)于支持面上的物體，據(jù)牛二有：對(duì)于支持面上的物體，據(jù)牛二有： mg-mg-FN =ma 故故 FN=mg-ma=m(g-a)GGG G視視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時(shí)時(shí)口訣：口訣：超上失下。（指加速度的方向超上失下。（指加速度的方向) ) 總總

17、結(jié)結(jié)超重失重兩紛紛，拉力壓力定乾坤；超重失重兩紛紛，拉力壓力定乾坤；重力長(zhǎng)存無變故，超失須看加速度。重力長(zhǎng)存無變故，超失須看加速度。 加速度向上，加速度向上，“視重視重”變變“胖胖”； 加速度向下，加速度向下，“視視”小小“真真”大。大。1.1.一小孩站在升降機(jī)中，升降機(jī)的運(yùn)動(dòng)情況如下一小孩站在升降機(jī)中，升降機(jī)的運(yùn)動(dòng)情況如下時(shí)，判斷超重、失重情況。時(shí)，判斷超重、失重情況。A、升降機(jī)加速上升、升降機(jī)加速上升B、升降機(jī)減速上升、升降機(jī)減速上升C、升降機(jī)加速下降、升降機(jī)加速下降D、升降機(jī)減速下降、升降機(jī)減速下降超重超重失重失重失重失重超重超重理論聯(lián)系實(shí)際：理論聯(lián)系實(shí)際： 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的加速度減速上升；的加速度減速上升； 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的加速度減速下降。的加速度減速下降。2.2.在升降機(jī)里，一個(gè)小球系于彈簧下端，升降機(jī)靜在升降機(jī)里，一個(gè)小球系于彈簧下端，升降機(jī)靜止時(shí)，彈簧伸長(zhǎng)止時(shí)，彈簧伸長(zhǎng)4cm,4cm,升降機(jī)運(yùn)動(dòng)過程中，發(fā)現(xiàn)彈簧升降機(jī)運(yùn)動(dòng)過程中，發(fā)現(xiàn)彈簧伸長(zhǎng)伸長(zhǎng)2cm2cm時(shí)時(shí), ,升降機(jī)的運(yùn)動(dòng)情況可能是（升降機(jī)的運(yùn)動(dòng)情況可能是（ ）分析過程：解分析過程：解: :當(dāng)物體靜止時(shí)，據(jù)平衡條件當(dāng)物體靜止時(shí)，據(jù)平衡

19、條件有有: :KxKx1 1-mg=0- -mg=0- 當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，設(shè)向上為正方向，據(jù)牛頓當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，設(shè)向上為正方向，據(jù)牛頓第二定律有：第二定律有：KxKx2 2-mg=ma-mg=ma-聯(lián)立和代入數(shù)據(jù)解得和代入數(shù)據(jù)解得a=-4.9m/sa=-4.9m/s2 2, ,負(fù)號(hào)負(fù)號(hào)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，故選向下，故選BCBC。3.3.火箭發(fā)射過程中的航天員處于火箭發(fā)射過程中的航天員處于_現(xiàn)象；現(xiàn)象；而當(dāng)返回艙在返回過程中，其中的航天員處而當(dāng)返回艙在返回過程中，其中的航天員處于于_現(xiàn)象。（填：現(xiàn)象。（填：“超重超重”或或“失重失重”） 發(fā)射時(shí)

20、速度向上增加，加速度向上，為發(fā)射時(shí)速度向上增加，加速度向上，為超重；超重； 返回時(shí)速度向下，但是減速，故加速度返回時(shí)速度向下，但是減速，故加速度還是向上，也為超重。還是向上，也為超重。4.4.站在自動(dòng)電梯上的人隨電梯向下做勻加速運(yùn)動(dòng)，下站在自動(dòng)電梯上的人隨電梯向下做勻加速運(yùn)動(dòng)，下敘研究電梯上的人受力情況分析正確的是：（敘研究電梯上的人受力情況分析正確的是：（ ）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，處于失重狀態(tài)；支持力小于重力，處于失重狀態(tài)；D.D.支持力大于重力，處于超重狀態(tài)。支持力大于重力，處于超重狀態(tài)。 a aa2a1aFNGFfa分析：由于加速度與受力方向都不同，故我分析：由于加速度與受力方向都不同，故我們最好把加速度進(jìn)行分解較快看出物理情景。們最好把加速度進(jìn)行分解較快看出物理情景。 5.5.宇航員在進(jìn)入太空及返回時(shí)，為什么常宇航員在進(jìn)入太空及返回時(shí)，為什么常采用仰臥式？采用仰臥式？ 分析：當(dāng)采用站立姿式時(shí)，心臟上方要用更大的分析：當(dāng)采用站立姿式時(shí)，心臟上方要用更大的壓力才能把血壓送到腦部，若供血不足就較易缺壓力才能把血壓送到腦部，若供血不足就較易缺血；而下身血液由于超重收不回心臟易造成下身血；而下身血