4.6 超重和失重 导学案-2025-2026学年高一上学期物理人教版必修第一册

该高中物理导学案围绕“超重和失重”展开，通过弹簧测力计测钩码重力实验导入，引导学生从静止平衡态过渡到振动、变速运动情境，结合受力分析与牛顿第二定律，搭建从平衡到非平衡状态的认知支架，衔接牛顿运动定律，为实际问题解决奠定基础。 突出科学探究与科学思维培养，设计动手实验（测视重、拍视频慢放观察）、受力分析推导，结合教材“思考与讨论”及视频图片，通过下蹲起立、电梯运动等情境题和图像分析题，培养实验操作、科学推理及模型建构能力，助力学生深化物理观念，提升解决实际问题的素养。

4.6 超重和失重 导学案-2025-2026学年高一上学期物理人教版必修第一册 学号： 班级： 姓名： 学习目标： 1. 会测量物体的重力，知道视重的概念． 2. 通过实验，认识超重和失重现象． 3. 会解决超重、失重的相关问题． 活动方案： 实验：如图所示，用所提供的弹簧测力计测钩码的重力．弹簧测力计的示数称为视重，它反映了钩码对弹簧测力计的拉力．已知钩码的重力为G，当钩码静止时，弹簧测力计的示数（视重）F′是多大？为什么？ 1. 利用活动一中的实验装置，继续做下列实验．已知钩码的质量为m，重力加速度为g.（可以拍视频，再慢放，便于观察现象） （1）如果钩码上下振动，视重恒定吗？ 总结：①失重现象：视重（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．②超重现象：视重（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． （2）如果将弹簧测力计和钩码由静止向下运动，再停止，会发现视重先减小后增大．设竖直向下方向为坐标轴正方向． ①在图甲中标出钩码向下加速运动阶段的速度v、加速度a的方向，再进行受力分析，然后利用牛顿第二定律，求钩码向下加速运动阶段的弹簧测力计对钩码的拉力F，并比较F和钩码的重力mg之间的大小关系． 甲 总结：当加速度的方向　　　　时，物体处于　　　　状态． ②在图乙中标出钩码向下减速运动阶段的速度v、加速度a的方向，再进行受力分析，然后利用牛顿第二定律，求钩码向下减速运动阶段的弹簧测力计对钩码的拉力F，并比较F和钩码的重力mg之间的大小关系． 乙 总结：当加速度的方向　　　　时，物体处于　　　　状态． ③如果弹簧测力计和钩码一起做自由落体运动，则钩码的加速度是多少？弹簧测力计的示数又是多少呢？ 总结：当加速度的方向　　　　，大小为　　　　时，物体处于　　　　状态． 注意：当物体处于完全失重状态时，平常一切由重力产生的物理现象都会完全消失，如单摆停摆、天平失效、液体不再产生压强和浮力等．（阅读教材相关内容，观看老师准备的视频和图片） 2. 阅读教材“思考与讨论”，回答下列问题： （1）人下蹲过程经历了先　　　　后　　　　，人站起过程经历了先　　　　后　　　　．（均选填“超重”或“失重”） （2）人处于超重状态时的加速度方向　　　　（选填“向上”或“向下”）；人处于失重状态时的加速度方向　　　　（选填“向上”或“向下”）.人发生超重、失重现象与速度方向　　　　（选填“有关”或“无关”）. （3）发生超重、失重现象时，人的重力改变了吗？ 根据活动二的学习，我们可以总结出如下的知识结构： 判断超重和失重状态有以下三种方法： 从受力的 角度判断 当物体所受向上的拉力（或支持力）　　　　于重力时，物体处于超重状态；　　　　于重力时，物体处于失重状态；等于　　　　时，物体处于完全失重状态 从加速度的 角度判断 当物体具有向　　　　的加速度时，物体处于超重状态；具有向　　 　　的加速度时，物体处于失重状态；向下的加速度等于重力加速度时，物体处于　　　　状态 从速度变化 的角度判断 ①物体向上　　　　或向下　　　　时，超重 ②物体向下　　　　或向上　　　　时，失重 1. 一位同学蹲在体重计上称体重，当该同学静止时，体重计示数为46 kg.现在该同学突然起立，则从开始起立到静止站直全过程中体重计的示数（　　） A. 一直大于46 kg B. 一直小于46 kg C. 先是小于46 kg，后大于46 kg，最后等于46 kg D. 先是大于46 kg，后小于46 kg，最后等于46 kg 要求：先理论分析，再实验验证． 2. 某同学站在一电梯中的台秤上，电梯在竖直方向做匀变速运动，台秤示数为55 kg.已知该同学的质量为50 kg，重力加速度取10 m/s2. （1）判断此时电梯的运动性质； （2）计算人的加速度． 检测反馈： 1. 下列关于超重和失重的说法中，正确的是（　　） A. 超重就是物体的重力增加了 B. 失重就是物体的重力减少了 C. 完全失重就是物体的重力没有了 D. 不论超重、失重，还是完全失重，物体所受的重力是不变的 2. 如图所示是某同学站在力传感器上做下蹲－起立的动作时记录的压力F随时间t变化的图线，由图线可知该同学（　　） A. 体重约为650 N B. 做了两次下蹲－起立的动作 C. 做了一次下蹲－起立的动作，且下蹲后约3 s起立 D. 下蹲过程中先处于超重状态，后处于失重状态 3. 蹦极是一项非常刺激的运动．如图所示，人的运动过程简化为从O点开始下落，在A点弹性绳刚好伸直，B点速度达到最大，下落到最低点C点后向上弹回．忽略空气阻力，则在人下落过程中（　　） A. 人在OA阶段，做自由落体运动，处于超重状态 B. 人在AB阶段，向下做加速运动，处于超重状态 C. 人在BC阶段，向下做减速运动，处于失重状态 D. 当弹性绳被拉到最长时，人的速度为零，处于超重状态 4. 在地面上以初速度v0竖直向上抛出一小球，经过2t0时间，小球落回抛出点，其速率为v1，已知小球在空中运动时所受空气阻力与小球运动的速率成正比，则小球在空中运动时，速率随时间的变化规律可能是（　　） A B C D 5. 图甲是上官同学站在力传感器上做下蹲、起跳动作的示意图，中间的O表示他的重心．图乙是根据传感器采集到的数据画出的Ft图像，两图中a～g各点均对应，其中有几个点在图甲中没有画出．取重力加速度g＝10 m/s2，根据图像分析可知（　　） 甲 乙 A. 人的重力为1 500 N　 B. c点位置人处于失重状态 C. e点位置人处于超重状态　 D. d点的加速度小于f点的加速度 6. 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10 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？ 7. 小明同学用玩具手枪在t＝0时以初速度v0竖直向上发射了一颗橡胶弹丸，弹丸在运动过程中受到空气阻力作用．已知弹丸的质量为m，重力加速度大小为g. （1）若弹丸在运动过程中受到的空气阻力与其速率成正比，即f＝kv（k为常数），弹丸最终以速率v1匀速落回发射点，求常数k的表达式及弹丸刚抛出时的加速度a； （2）若弹丸在运动过程中受到的空气阻力是恒定不变的，弹丸最终以速率v2落回发射点，求弹丸上升的最大高度H. 活动方案： 活动一： F′＝G.因为钩码对弹簧测力计的拉力F′与弹簧测力计对钩码的拉力F是作用力和反作用力，大小相等；弹簧测力计对钩码的拉力F和钩码的重力G是一对平衡力，大小也相等，所以弹簧测力计的示数（视重）等于钩码的重力． 活动二： 1. （1）不恒定． （2）①图略，F＝m（g－a）<mg. 总结：向下　失重 ②图略，F＝m（g＋a）>mg. 总结：向上　超重 ③g　0 总结：向下　g　完全失重 2. （1）失重　超重　超重　失重 （2）向上　向下　无关 （3）没有，仍等于mg. 活动三： 大　小　零　上　下　完全失重　加速　减速　加速　减速 1. D 2. （1）向上匀加速或向下匀减速 （2）1 m/s2，方向竖直向上 检测反馈： 1. D　超重与失重只改变物体的视重，物体本身的重力不变，故D正确． 2. A 3. D　由题意可知，人在OA阶段，做自由落体运动，处于完全失重状态，故A错误；由题意可知，B点速度达到最大，此时加速度为零，人在AB阶段，人的重力大于弹性绳的弹力，向下做加速运动，处于失重状态，故B错误；由B选项分析可知，人在BC阶段，弹性绳的弹力大于人的重力，人向下做减速运动，加速度向上，处于超重状态，故C错误；当弹性绳被拉到最长时，人的速度为零，此时弹性绳的弹力大于人的重力，人的加速度向上，处于超重状态，故D正确． 4. A　小球上升过程中，由牛顿第二定律mg＋kv＝ma，故随着速度的减小，加速度逐渐减小，v-t图线切线的斜率逐渐减小；当物体下降过程中，由牛顿第二定律mg－kv＝ma，故随着速度逐渐增大，加速度逐渐减小，v-t图线切线的斜率逐渐减小；由于有阻力作用，故回到地面的速度将小于初速度v0.A项图与上述分析结论相符，故A正确． 5. C　开始时人处于平衡状态，人对传感器的压力是500 N，根据力的平衡和牛顿第三定律可知，人的重力也是500 N，故A错误；c点处人对传感器的压力大于其重力，处于超重状态，故B错误；e点处人对传感器的压力大于其重力，处于超重状态，故C正确；人在d点时，根据牛顿第二定律有a1＝＝20 m/s2，人在f点时，根据牛顿第二定律有a2＝＝10 m/s2，可知d点的加速度大于f点的加速度，故D错误． 6. （1）根据题意，4～18 s时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可知物体的重力不变． （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. 7. （1）由题意可知，弹丸以速率v1匀速落回发射点，则根据力的平衡得mg＝kv1，解得k＝， 刚抛出时，弹丸受重力和空气阻力，根据牛顿第二定律得mg＋kv0＝ma， 得a＝g，方向竖直向下． （2）设弹丸在运动过程中受到的空气阻力为F， 弹丸在上升过程中有mg＋F＝ma1， 下降过程中有mg－F＝ma2， 根据运动学公式得H＝，H＝， 解得H＝. 学科网（北京）股份有限公司 $