第5节 超重与失重（表格式教学设计）物理鲁科版必修第一册

该高中物理教学设计聚焦超重与失重的概念、产生条件及与牛顿运动定律的关联，以神州二十号飞船发射和宇航员太空生活视频导入，引发学生对“太空与地球生活差异”的思考，通过视重与实重的区分搭建从生活现象到物理规律的学习支架。 特色在于融合多维度科学探究，如学生用弹簧测力计、钩码体验超失重，分析电梯视频中加速度与视重关系，结合电影、火箭炮等实例培养科学思维，通过水瓶漏水实验深化完全失重理解，助力教师丰富课堂活动，提升学生探究能力与解决实际问题的物理观念。

第5节 超重与失重（教学设计） 年级 高一年级 学科 物理 教师 课题 第5节 超重与失重 教学 目标 物理观念 学生理解超重与失重的概念及条件，建立其与牛顿运动定律关联的物理观念。 科学思维 通过分析实例，培养用牛顿运动定律解释超重与失重现象的科学思维能力。 科学探究 设计实验模拟超重失重，尝试用不同方式观察现象，提升探究创新能力。 科学态度 与责任 结合生活应用，培养严谨分析的态度，增强用知识解释实际现象的责任感。 教学重难点 教学重点： 理解超重与失重的概念及产生条件，关联牛顿运动定律。 教学难点： 区分超重失重与物体实际重力变化，分析复杂情境。 教学过程 教师活动 学生活动 教学引入 【趣味视频】 展示神州二十号载人飞船发射任务圆满成功图片、宇航员在太空站生活视频。 思考：宇航员在太空站生活的情境是怎样的？为什么在太空中的生活与在地球的生活不一样？ 小组总结所看视频内容，发现所学知识无法解释为何在太空生活与在地球生活存在差异。 新课讲授 一、视重与实重 任务一：视重与实重 视频、图片播放：在你们的生活中，有过这样飘起来的感觉吗？ 设问一：你感觉自己飘起来了，是因为重力消失了吗？ 设问二 ：生活中有哪些测量重力的方法呢？板书 (呈现用弹簧秤拉，用体重计测的图片) 设问三：这个示数显示的是重力吗？ 追问：那仪器示数显示是哪个力？ 归纳总结视重概念：物体对支持物的压力 或悬挂物的拉力 任务二：感悟超失重现象 探究活动一：请一位同学来测量一下自己 的体重，并用希沃投屏 设问四： 这个示数显示的弹力是如何产生的？ （小组代表运用牛顿第三定律进行分析）读数的时候要注意些什么？ （与同学一起分析二力平衡测重力的原 理） 视重一定等于实重吗？ 让学生蹲下起立，请同学们观察示数的变化，发现了什么？ 这个过程中他的重力变了吗？ 我们发现，有时候视重大于重力，我们把 这种现象叫做超重，有时候视重小于重力， 我们就把这种现象叫做失重，并板书。 讲 述自己 的 生活经历、感受 思考并分析示 数分别显示的 是哪个力 归纳总结视重、 实重概念 测体重并读数 观察示数变化 思考并回答回答 任务三：实验探究超失重的条件 设问五： 刚刚已经从力学角度认识了超失 重，那么从运动学角度看，处于超失重的 物体有什么特征？是否速度向上一定时超重，速度向下一定失重？ 探究活动二：提供弹簧测力计、钩码，让大家体验、探究，请小组分享探究结果 播放慢放视频，观察并思考： 弹簧的示数变了吗？ 同样是弹簧拉钩码向上运动为什么一会超重一会失重? 任务四：运用超失重知识解决实际问题 1. 电梯中的超失重问题 设问六：如果站在体重计上的人既不下蹲 下，也不站起，体重计上的示数就不会变了吗？ 同学们提出方案，老师播放在电梯中录制的体重计视频 提问：观察电梯下行过程中体重秤示数经 历了几段变化，并分析电梯分别在做什么 运动? 总结：物体是处于超重还是失重， 与物体的加速度有关，与速度无关。 2.完全失重概念 设问： 电梯向下加速是失重，指针有没有可能减小到零呢？什么情况下为零？ 地面上完全失重的物体会做什么运动? 设问：在始终挂着钩码的情况下，如何让弹簧测力计示数变为0？播放弹簧测力计慢放视频，演示压力为零 时完全失重的情景。 学生用水瓶现场演示完全失重现象，并观察慢放视频。 播放慢放视频，观察水瓶自由下落过程中，水流出的情况。 观察航天员在太空舱中飘起来的运动情况 回到课程开头航天英雄们从地面到天和 舱，主要经历了哪些过程？ 设问：航天员在太空舱中飘起来了是什么 样的状态？ 上升阶段，火箭向上加速，航天英雄处于超重状态，在天和舱内，航天英雄 飘起来处于完全失重状态。 3.研究人在下蹲上起过程中的超失重情况 探究活动三：现场投屏，应用手机传感器 phyphox 软件研究同学站在体重计上下蹲上起的超失重现象。 提问： 下蹲过程同学的运动可以分为几段？ 下蹲过程中的超失重情况？ 请画出这个过程中的地面对人的支持力 FN 随时间变化的图像? 4.研究人乘扶梯启动时的超失重情况 探究活动四：为了节约能源，现在很多自 动扶梯在没有人乘坐时运行缓慢，当人刚 站上去后，扶梯开始以加速运动，试分析 此时人对扶梯的压力大小还等于重力吗？ 播放商场扶梯逐渐加速的过程，引导学生提出猜想，课下完成实践探究。 播放视频：航天英雄的辛苦训练 22年没有一位宇航员按下红色暂停键，这就是祖国的航天精神， 同学们在追求梦想的路上也不要按下暂停键。 【例题1】2025年大火电影《哪吒之魔童闹海》中，哪吒驾驭风火轮飞行，如图所示，哪吒含装备在风火轮作用下竖直向上先加速再减速到最高点，然后再水平向右匀加速移动一段距离，空气阻力不能忽略。下列说法正确的是（　　） A．加速上升过程中，哪吒处于失重状态 B．减速上升过程中，哪吒处于超重状态 C．水平移动过程中，风火轮对哪吒作用力斜向右上方 D．水平移动过程中，风火轮对哪吒作用力竖直向上 【答案】C 【详解】AB．加速上升过程中，加速度向上，哪吒处于超重状态，减速上升过程中，加速度向下，哪吒处于失重状态，故AB错误； CD．水平匀加速移动过程中，根据受力分析和牛顿第二定律知，哪吒受到重力、风火轮的作用力以及水平向左的阻力，合力水平向右，所以风火轮对哪吒作用力应斜向右上方，故C正确、D错误。 故选C。 针对训练1 如图甲所示为春节期间某个小朋友释放的火箭炮，其运动过程中的图像如图乙所示，其中Oa、bc、cd段均为直线。假设火箭炮运动过程中受到的空气阻力大小保持不变，在t3时刻燃料耗尽，t5时刻落回到地面，火箭炮燃料消耗对质量的影响不能忽略，取竖直向上为正方向，则下列说法正确的是（　　） A．火箭炮在时刻上升到最高点 B．火箭炮在bc、cd段均做匀变速直线运动，加速度方向相反 C．时间内，火箭炮受到的推力在逐渐减小 D．时间内，火箭炮处于超重状态 【答案】C 【详解】A．由图像可知，0-火箭炮先向上加速，再向上减速，故火箭炮在时刻上升到最高点，A答案错误； B．火箭炮在bc、cd段均做匀变速直线运动，加速度方向相同，B答案错误； C．时间内，对火箭炮有不变，在减小，也减小，C答案正确； D．时间内，火箭炮的加速度竖直向下，处于失重状态，D答案错误。 故选C。 小组合作探究 学生结合实验探究 ， 观看视 频，猜想、观察 和解释实验现 象。 学生经历观察现象，科学推理、归纳总结、生成结果 ， 展示、补充评价的完整的探究过程。 分析在电梯重 的超失重情况 与速度、加速度 方向。 对实际生活中人 下 蹲 — — 起 立动作建模分 析 ， 并应用牛 顿运动定律推 导出超重和失重的原因 归纳总结 谈收获与感受。 课 堂 练 习 课 堂 练 习 1.某同学在力传感器上完成“下蹲”或“起立”动作，力传感器的示数随时间变化的情况如图，下列说法中不正确的是（　　） A．该同学体重约为50kg B．无论是“起立”或“下蹲”，重力并未改变 C．0~2s内该同学完成的动作是先“下蹲”后“起立” D．4~6s内该同学完成的动作是“起立” 【答案】C 【详解】A．题图可知人的重力约为500N，故人的质量约为50kg，，故A正确，不符合题意； B．重力与物体的运动状态无关，即无论是“起立”或“下蹲”，重力并未改变，故B正确，不符合题意； C．图像可知0~2s内该同学先失重后超重，即该同学完成的是“下蹲”动作，故C错误，符合题意； D．图像可知4~6s内该同学先超重后失重，即4~6s内该同学完成的动作是“起立”，故D正确，不符合题意。故选C。 2.同一乘客三次分别乘坐不同的电梯上楼，过程中都经历了电梯加速上升阶段，假设三次的加速度大小相同，且乘客相对电梯均静止，如图甲、乙、丙所示。在上述加速阶段中，下列说法正确的是（　　）    A．三种方式乘客均受到了电梯地板的摩擦力作用 B．只有在甲种方式中，乘客才受到了摩擦力作用 C．在丙种方式中，乘客受到电梯地板的支持力最大 D．三种方式中的乘客均处于超重状态 【答案】CD 【详解】AB．电梯加速上升阶段，在甲种方式中，乘客受到支持力、重力、沿斜面向上的摩擦力作用；在乙种方式中，乘客受到支持力、重力、水平向右的摩擦力作用；在丙种方式中，乘客受到支持力、重力，故在甲、乙两种方式中，乘客受到了摩擦力作用，故AB错误； C．在甲种方式中，乘客受到电梯地板的支持力为在乙种方式中，根据牛顿第二定律有 乘客受到电梯地板的支持力为在丙种方式中，根据牛顿第二定律有 乘客受到电梯地板的支持力为可得故在丙种方式中，乘客受到电梯地板的支持力最大，故C正确； D．三种方式中的乘客均有向上的加速度，处于超重状态，故D正确。故选CD。 3.如图所示，一种巨型娱乐器械可以使人体验超重和失重感觉。一个可乘坐二十多个人的环形座舱套装在竖直柱子上，由升降机送上几十米的高处，然后让座舱自由落下，落到一定位置时，制动系统启动，到地面时刚好停下（　　） A．自由下落阶段，人处于超重状态 B．自由下落阶段，人所受合外力为零 C．制动系统启动后，人处于失重状态 D．制动系统启动后，人所受合外力向上 【答案】D 【详解】自由下落阶段，人做自由落体运动，处于失重状态，只受重力作用，合力不为0，制动后，做向下的减速运动，则物体处于超重状态，合外力向上。 故选D。 4.如图甲所示，快递公司利用无人机配送快递。某次快递员操作无人机竖直向上配送快递，由地面送至了10楼阳台，该过程中无人机飞行的图像如图乙所示。下列说法正确的是（　　） A．时间内，无人机做匀加速直线运动 B．时间内，无人机的平均速度小于 C．时刻，无人机上升到10楼阳台 D．时间内，无人机处于超重状态 【答案】BC 【详解】A．图像斜率表示加速度，图像可知时间内，图像斜率逐渐减小，故无人机做加速度减小的加速直线运动，故A错误； B．若时间内是匀减速直线运动，平均速度为，而实际图像与时间轴围成的面积（位移）小于匀减速直线运动的位移，根据 可知实际平均速度小于，故B正确； C．图像与时间轴围成的面积表示位移，时刻速度为0，此时上升到最大高度，即 10 楼阳台，故C正确； D．时间内，速度减小，加速度向下，无人机处于失重状态，故D错误。 故选BC。 5.很多智能手机都有加速度传感器，能通过图像显示加速度情况，用手掌托着智能手机，打开加速度传感器，把手机向上抛出，然后又在抛出点接住手机，得到如图所示的加速度随时间变化的图像，图中，重力加速度，由此可判断出（　　）    A．刻手机的速度最大 B．时刻手机离开手掌 C．时刻手机处于超重状态 D．手机刚离开手掌时速度为 【答案】D 【详解】A．t1时刻手机的加速度最大，速度最大在 t2时刻，故A错误； B．t2时刻加速度不是g，手机没有离开手掌，故B错误； C．t3时刻加速度为g，手机处于完全失重状态，故C错误； D．手机在0.66s离开手后做竖直上抛，在1.26s接住，则升的高度为代入数据解得h=0.45m 根据速度-位移公式可得t3时刻手机的速度为解得v=3m/s故D正确。故选D。 6.春风和煦，义乌市民广场上有许多人在放风筝，会放风筝的人，可使风筝静止在空中。乙图是甲图的情境模型，OL代表风筝线，MN代表风筝截面，截面与水平面夹角θ保持不变。假设风向水平，风速稳定，保持筝线拉力大小保持不变，则下列同学的判断正确的是（　　） A．若持线人在地上向左移动些许，风筝将呈现失重状态 B．若持线人在地上向右移动些许，风筝高度将下降 C．图示情境下，风筝不可能静止在空中 D．图示情境下，风筝受到四个力的作用 【答案】A 【详解】A．对风筝受力分析，风筝受到竖直向下的重力G、风筝线的拉力T、风力F。若持线人在地上向左移动些许，风筝线拉力大小保持不变，风筝线与竖直方向的夹角减小，拉力的竖直分量增大，合力有竖直向下的分量，则风筝有竖直向下的分加速度，将呈现失重状态，故A正确； B．若持线人在地上向右移动些许，风筝线与竖直方向的夹角增大，拉力的竖直向下的分量减小，风筝高度将上升，故B错误； C．图示情境下，当风筝受到的向下的重力G、风筝线的拉力T、垂直风筝面的斜向上的风力F三力平衡时，风筝可以静止在空中，故C错误； D．图示情境下，当风筝受到的重力G、风筝线的拉力T、风力F共三个力，故D错误。 故选A。 7.如图甲所示是创造了中国载人深潜新纪录的“奋斗者号”潜水器，当前“奋斗者号”完成下潜任务后，要沿竖直方向上浮返回水面，其上浮的图像如图乙所示。已知“奋斗者号”在内的总质量为，下潜时通过吸入或排出海水改变自身总重，但艇身体积不变，且海水密度均匀，则下列说法正确的是（　　） A．内，“奋斗者号”处于超重状态 B．内，“奋斗者号”的加速度大小为 C．内，“奋斗者号”的总质量大于 D．内，“奋斗者号”上浮的深度为 【答案】AC 【详解】A．内，“奋斗者号”加速向上运动，则处于超重状态，选项A正确； B．内，“奋斗者号”的加速度大小为 选项B错误； C．内加速上升，浮力大于重力；内，“奋斗者号”匀速运动，浮力等于重力；因浮力不变，可知内的总质量大于，选项C正确； D．内，“奋斗者号”上浮的深度为 选项D错误。故选AC。 8.上海中心大厦是由美国Gensler建筑设计事务所设计，总高度632 m，是世界第二高建筑，游客乘坐世界最快观光电梯从观景台下行开始经历加速、匀速、减速的过程恰好到达地面只需70 s，运行的最大速度为10 m/s。东东同学将一台秤静置于观光电梯地板上，将质量为2.4 kg的物体放置于台秤上，在电梯加速阶段台秤示数为22.8 N，电梯减速运动到地面的时间为10 s，若电梯加速、减速过程可视为匀变速直线运动，匀速运动时的速度达到最大值，求: （1）电梯在加速下降过程中，电梯中乘客处于超重还是失重状态； （2）观景台的高度； （3）电梯减速阶段物体对台秤的压力。 【答案】（1）失重状态；（2）550 m；（3）26.4 N 【解析】（1）电梯在加速下降过程中，加速度向下，电梯中乘客处于失重状态。 （2）在加速下降过程中，物体的加速度大小为 加速运动的时间为 通过的位移为 匀减速通过的位移为 匀速运动的时间为 t2=t−t1−t3=40 s 通过的位移为 x2=vt2=10×40 m=400 m 则有观景台的高度为 h=x1+x2+x3=550 m （3）在减速阶段，加速度大小为 根据牛顿第二定律可知 FN−mg=ma′ 解得 FN=26.4 N。 根据牛顿第三定律，可得物体对台秤的压力F′N=FN=26.4 N 板 书 设 计 5.5超重和失重 1、超重：物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）大于物体所受重力。 N N向上 2、失重：物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）小于物体所受重力。 N N向下 3、完全失重：物体对支持物（或悬挂物）完全没有作用力。 课 堂 小 结 超重 实质： 失重 超重和失重 超重与失重 超重： 产生条件 失重： 完全失重： 作 业 布置 1.列举3个生活中超重/失重实例（如：过山车俯冲、电梯启动），用牛顿第二定律分析加速度方向与受力关系。 2.设计"矿泉水瓶自由下落漏水实验"改进方案（可添加慢动作录像/压力传感器等数字化手段），预测并验证不同运动状态下的水流现象 3.访谈电梯维修人员，整理电梯运行参数（加速度范围、安全标准）与超重失重现象的关系，形成800字调研报告。 教学反思 在一般教学中，教师忽略强调平衡力与相互作用力，使得学生往往认为“视重”即为“实重”，台秤所称量的就是物体的重力。其实“视重”和“实重”是有着具体问题情境的，那就是“体重计到底测的是什么力？”。通过探究可以让学生形成“体重计测量的是物体对它的压力”这一正确观点。然而“压力有时候等于重力”这是由于相互作用以及二力平衡得到的结果。针对这一问题，在进行教学设计时，通过力的传感器强调其测量的不是钩码的重力而是钩码对传感器的拉力，台秤称量的不是物体自身重力而是物体对台秤的压力。 在本节课中，学生在合作探究时，应引导学生做好小组分工，规范梳理总结，提升合作效率。其次在运用牛顿运动定律解决实际问题时，引导学生建立物理模型、规范进行作答，养成良好的习惯。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$