4.7 超重与失重 课件-2025-2026学年高一上学期物理教科版必修第一册

该高中物理课件聚焦“超重与失重”核心内容，系统阐述超重、失重及完全失重的概念、产生条件和应用，通过电梯运动情境提问与图片导入，结合弹簧测力计挂重物的多运动状态实验活动，引导学生从重力测量过渡到牛顿运动定律分析视重变化，构建知识支架。 其亮点在于以科学探究为核心，通过实验活动记录弹簧测力计示数与加速度方向关系数据，培养学生科学探究能力。结合电梯、火箭发射等例题及太空制造、离心铸造等科技应用，深化物理观念和科学思维，采用实验分析与应用拓展结合的教学方法，课堂小结结构化梳理概念条件，助力学生系统掌握知识，教师可直接用于教学提升效率。

第四章 牛顿运动定律 § 7 超重与失重 [学习目标] 1．理解超重、失重和完全失重现象。 2．能够在具体实例中判断超重、失重现象。 3．能用牛顿运动定律解释生活中的超重和失重现象。 人受到的重力会因电梯运动状态变化而变化吗？ 你能解释这一现象吗？ 知识点一——重力的测量 我们在电子秤（或者弹簧测力计）上读到的是重力吗？ 测量的时候有哪些注意事项？ 不是，是人对体重秤的压力 人处于平衡时F压=F支=mg 视重一定等于实重吗？ 视重>实重 视重<实重 G F支 视重 实重 视重=实重 电梯中电子秤情形 一、对视重改变的活动分析 静止：v=0，a=0 匀直：v恒定，a=0 对视重改变的活动分析数据 运动状态 弹簧测力计的示数 加速度的方向 静止 由静止到向上运动 由向上运动到静止 由静止到向下运动 由向下运动到静止 等于重力 大于重力 小于重力 小于重力 大于重力 无 竖直向上 竖直向上 竖直向下 竖直向下 静止：v=0，a=0 匀直：v恒定，a=0 6 不变。根据G=mg,因为m、g不变。 由重物对弹簧测力计的拉力T 的大小决定的。 读数=压力=支持力 当物体竖直方向无加速度时：T=G，当物体在竖直方向有加速度时：T≠G 静止：v=0，a=0 匀直：v恒定，a=0 7 （1）若物体m具有竖直向上的加速度a， 物体受力如图所示， mg T a T–mg=ma T=mg+ma >mg （2）若物体m具有竖直向下的加速度a， mg T a 物体受力如图所示， mg–T =ma T=mg–ma<mg 超重：物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）大于物体所受重力的现象称为超重现象 失重：物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）小于物体所受重力的现象称为失重现象。 二、超重与失重的概念以及判断的条件 超重与失重判断的条件：主要取决于合外力的方向（或加速度的方向） 合外力（或加速度）方向竖直向上，则超重 合外力（或加速度）方向竖直向下，则失重 例1．在电梯顶板上固定一个力传感器，将所受重力为G的物体挂在力传感器的挂钩上。在电梯从跳台底部上升至顶部平台的全过程中，下列力传感器示数随时间变化的图像正确的是（　　） A． B． C． D． 【详解】力传感器示数为物体的视重，在电梯从跳台底部上升至顶部平台的全过程中，物体先向上加速，然后匀速，最后减速，则物体先超重，后平衡，再失重，故F先大于G，再等于G，最后小于G，故B正确。 B 例2．图甲为弹簧高跷，当人抓住扶手用力蹬踏板压缩弹簧后，人就向上弹起，进而带动高跷跳跃。如图乙，假设图中人在原地做上下跳跃运动，不计空气阻力，则下列说法正确的是（    ）   A．人向上弹起过程中，踏板对人的作用力大于人对踏板的作用力 B．弹簧压缩到最低点时，加速度方向竖直向下 C．从最高点下落至最低点的过程，人始终在做变速直线运动 D．弹簧从原长开始压缩到最低点的过程中，人先处于超重状态后处于失重状态 C 【详解】A．踏板对人的作用力与人对踏板的作用力是一对作用力与反作用力。根据牛顿第三定律，作用力与反作用力总是大小相等、方向相反，A错误；  B．弹簧压缩到最低点时，人的速度为零。此时，人受到竖直向下的重力mg和竖直向上的弹簧弹力F。由于人即将向上加速运动，合力方向必须竖直向上，根据牛顿第二定律F合=ma，加速度的方向应为竖直向上，B错误；  C．从最高点下落，在接触弹簧前，人做自由落体运动，是匀加速直线运动；接触弹簧后到最低点的过程中，人受到的合力是变化的，加速度是变化的，人做变加速直线运动。因此，在从最高点下落至最低点的整个过程中，人的速度一直在变化，始终在做变速直线运动，C正确；  D．弹簧从原长开始压缩到最低点的过程中，人向下运动。刚开始压缩时，弹簧的弹力小于人的重力，人受到的合力向下，加速度方向向下，人处于失重状态；随着压缩量增大，当弹力大于重力后，人受到的合力向上，加速度方向向上，人处于超重状态。所以，该过程中人是先处于失重状态后处于超重状态，D错误。 故选C。 三、完全失重：抛体运动或卫星 物体具有竖直向下的加速度且a=g时，物体的拉力或者支持力为零。 例3．如图，雪碧瓶在靠近底部处钻几个小孔，盛满水后将瓶竖直斜向左上抛出，忽略空气阻力，上升过程中应出现的图为（    ） A． B． C． D． 【详解】盛满水后将瓶竖直斜向左上抛出，忽略空气阻力，只受重力作用，上升过程中处于完全失重状态，故水不会流出来。 故选C。 C 解答超重、失重问题的步骤 (1)明确题意，确定研究对象。 (2)对研究对象受力分析和运动情况的分析。 (3)确定加速度的方向。 (4)根据牛顿第二定律列式求解。 四、超重失重的应用 【典例3】　在电梯中，把一重物置于台秤上，台秤与力的传感器相连，当电梯从静止起加速上升，然后又匀速运动一段时间，最后停止运动时，传感器的荧屏上显示出其受的压力与时间的关系图像如图所示。试由此图回答问题：(g取 m/s2) (1)该物体的重力是多少？电梯在超重和失重时物体的重力是否变化？ (2)算出电梯在超重和失重时的最大加速度分别是多大？ 思路点拨：①压力大于重力时超重、压力小于重力时失重，平衡时压力等于重力。②利用牛顿第二定律，结合超、失重时加速度的方向列方程求解。 [解析]　(1)根据题意4 s到18 s物体随电梯一起匀速运动，由共点力平衡的条件知：压力和重力相等，即G＝30 N； 根据超重和失重的本质得：物体的重力不变。 (2)超重时：支持力最大为50 N，由牛顿第二定律得a1＝＝ m/s2 ≈6.67 m/s2，方向向上 失重时：支持力最小为10 N，由牛顿第二定律得a2＝＝ m/s2 ≈6.67 m/s2，方向向下。 [答案]　(1)30 N　不变　(2)6.67 m/s2　6.67 m/s2 超重和失重现象不仅是物理概念，在日常生活中和科技领域也有广泛的实际应用。 1、日常生活中的应用 跳楼机 过山车 2、科技与工业应用 1. 航空航天    ·火箭发射：宇航员承受数倍重力的超重（通过训练和特殊座椅防护）。    ·太空微重力环境：飞船进入轨道后持续失重，用于科学实验（如材料合成、流体研究）。    ·宇航员训练：用大型离心机模拟超重，用失重飞机（抛物线飞行）或水槽模拟失重。 2. 医疗健康    ·离心机分离：利用超重原理加速血液分层（分离血浆与血细胞）。    ·骨质疏松预防：宇航员长期失重导致骨质流失，相关研究帮助地面骨质疏松治疗。    ·康复训练：失重水槽或悬吊系统帮助患者进行低负荷运动康复。 3. 工业生产    ·振动筛分：通过快速振动使颗粒短暂“失重”，提高筛分效率。    ·离心铸造：利用超重使金属液紧贴模具，制造更致密的零件。 3、未来与前沿应用 1.太空制造：在空间站失重环境中制造高纯度晶体、特殊合金或完美球体（如轴承）。 2.太空旅游：商业航天需优化超重/失重体验，确保乘客安全舒适。 3.人工重力：通过旋转太空舱模拟重力（如科幻电影中的环形空间站），解决长期失重健康问题。 超重 概念： 物体对悬挂物的拉力（或对支持物的压力）大于物体所受重力的现象称为超重。 表达式： T=mg+ma 或N=mg+ma 产生条件： 物体具有竖直向上的加速度。 失重 概念： 物体对悬挂物的拉力（或对支持物的压力）小于物体所受重力的现象称为失重。 表达式： T=mg–ma 或N=mg–ma 产生条件： 物体具有竖直向下的加速度。 课堂小结 作业布置： $