4.6 超重和失重 课件-2026-2027学年高一上学期物理人教版必修第一册

该高中物理课件聚焦“超重和失重”核心知识点，以电梯、过山车、蹦极等生活实例导入，通过重力测量（实重与视重）辨析概念，结合电梯测力计、体重计蹲起挑战等实验探究现象，再用牛顿定律分析加速度方向与状态关系，构建从生活现象到理论应用的学习支架。 其亮点在于注重科学探究与科学思维，通过“体重计蹲起”“力传感器实验”引导学生观察分析，结合航天、过山车实例深化理解，小结明确“视重变实重不变”等关键点。学生能增强直观体验和推理能力，教师可借助丰富案例与实验设计提升教学效果。

超重和失重 人教版高中物理必修第一册 第四章 牛顿运动定律 / 第六节 1.7.2013 大家好，欢迎来到今天的物理课堂。我们都有过乘坐电梯时感觉变重或变轻的经历，也可能在游乐场体验过过山车带来的刺激感。这些奇妙的感觉背后，隐藏着怎样的物理原理呢？今天，我们将一起学习第四章第六节——超重和失重，揭开这些现象背后的秘密。 ‹#› 课程导入：生活中的“重”与“轻” 电梯里的“重”与“轻” 启动上升时，仿佛被“压”住变重；快到顶层减速时，又感觉身体变“轻”，甚至有微微的漂浮感，这是最日常的超重与失重体验。 1.7.2013 让我们先来思考几个生活中的场景。坐电梯时，上升启动和下降减速的瞬间，我们会感觉自己变重了；而过山车在最低点和最高点时，我们会体验到截然不同的超重和失重感。还有极限运动蹦极，那是极致的失重体验。这些感觉非常奇妙，但问题来了，我们的体重真的变了吗？是什么导致了这些感觉？这就是我们今天要探讨的核心问题。 ‹#› 课程导入：生活中的“重”与“轻” 过山车的极致反差 轨道最低点，巨大的压力让你紧贴座椅，仿佛体重倍增；而在最高点俯冲时，心脏“悬空”，体验强烈的失重带来的刺激感。 1.7.2013 让我们先来思考几个生活中的场景。坐电梯时，上升启动和下降减速的瞬间，我们会感觉自己变重了；而过山车在最低点和最高点时，我们会体验到截然不同的超重和失重感。还有极限运动蹦极，那是极致的失重体验。这些感觉非常奇妙，但问题来了，我们的体重真的变了吗？是什么导致了这些感觉？这就是我们今天要探讨的核心问题。 ‹#› 课程导入：生活中的“重”与“轻” 蹦极的自由坠落 从高台跃下的瞬间，重力牵引身体极速下落，是完全的、极致的失重体验，仿佛挣脱了一切束缚，也是对重力最直观的感知。 1.7.2013 让我们先来思考几个生活中的场景。坐电梯时，上升启动和下降减速的瞬间，我们会感觉自己变重了；而过山车在最低点和最高点时，我们会体验到截然不同的超重和失重感。还有极限运动蹦极，那是极致的失重体验。这些感觉非常奇妙，但问题来了，我们的体重真的变了吗？是什么导致了这些感觉？这就是我们今天要探讨的核心问题。 ‹#› 思考：在这些奇妙的瞬间，我们的身体质量真的发生了变化吗？究竟是一种什么神秘的力量，让我们产生了“重”或“轻”的主观感受？ 一、重力的测量 1.重力：由于地球的吸引而使物体受到的力 G=mg（实重）。 2.重力的测量 视重：测量仪器显示的读数，是指物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力。 测量重力常用的两种方法 1.先测量重力加速度 g，再用天平测量物体的质量：G ＝ mg 2.物体受到的重力G等于台秤对物体的支持力F，根据牛顿第三定律：物体对台秤的压力F'和台秤对物体的支持力F是一对作用力和反作用力。G= F =F' 二、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的现象（视重>实重）。 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的 现象（视重<实重）。 观察电梯启动、制动和运行过程中测力计示数的变化。 实验探究：发现“超重”与“失重” 类型 v方向 a方向 现象 加速上升 减速上升 加速下降 减速下降 向上 向上 向下 向下 向上 向下 向下 向上 超重 失重 超重 失重 结论： （1）加速度向上，物体处于超重状态； （2）加速度向下，物体处于失重状态。 实验探究：发现“超重”与“失重” 实验场景：通过日常可见的体重计，直观观察人体在“站起”与“蹲下”过程中，支持力的动态变化，感受生活中的超重与失重现象。 ▍体重计上的“蹲起挑战” 01. 静止站立 平静站在体重计上，此时示数稳定，等于人的实际体重，支持力等于重力。 02. 快速站起 迅速站起时，示数先变大后恢复。此时加速度向上，支持力大于重力，出现“超重”。 03. 快速蹲下 迅速蹲下时，示数先变小后恢复。此时加速度向下，支持力小于重力，出现“失重”。 深度思考 结合弹簧秤实验，思考支持力变化与加速度方向的关系。 1.7.2013 接下来，我们换一个实验，这次用体重计。请一位同学来试试，先平静地站在上面，记下你的体重。好，现在请你快速站起来，大家注意看示数，是不是先变大了？然后再快速蹲下，示数又变小了。这和我们刚才用弹簧秤做的实验现象是不是很相似？这背后的原理是什么呢？让我们带着这个问题，进入理论探究部分。 ‹#› 人站在力传感器上完成下蹲动作。观察计算机采集的图线。分析力传感器上的人“下蹲”“站起”两个过程中超重和失重的情况。 实验探究：发现“超重”与“失重” 分析：人站在体重计上向下蹲的过程中，体重计示数的变化规律。 选取人为研究对象。人体受到重力 mg 和体重计对人的支持力 FN，人经历加速、减速和静止三个阶段。 人加速下降运动过程中， 根据牛顿第二定律，有mg－FN = ma 故：FN = m（g - a）<mg 人受到的支持力FN小于人受到的重力mg， 由牛顿第三定律得： 人对体重计的压力FN′小于重力mg。 α 向下 视重 < 重力 失重现象 人减速下降运动过程中， 根据牛顿第二定律，有FN -mg = ma 故：FN = m(g +a)>mg 人受到的支持力FN大于人受到的重力mg，由牛顿第三定律得：压力FN′大于重力mg。 α 向上 视重 > 重力 超重现象 完全失重 （1）定义：物体对支持物（或悬挂物）完全没有作用力，这种现象叫作完全失重状态。 （2）产生条件：有竖直向下的加速度，大小等于重力加速度。 （3）运动类型：不计阻力的自由落体运动、抛体运动；航天器在太空轨道上绕地球或其他天体运行…… 完全失重的奇妙影响 浮力彻底消失 在完全失重环境下，液体内部不再存在因重力产生的压强差，浸在液体中的物体上下表面没有压力差，因此浮力这一物理现象完全消失，水中的物体不会上浮或下沉。 表面张力极致凸显 失去重力束缚后，液体的表面张力成为主导，水滴会收缩成完美的球形，就像太空授课中展示的红色水球，呈现出梦幻的视觉效果。 重力依赖仪器失灵 依赖重力工作的天平、水银气压计等仪器完全无法使用；但弹簧测力计仍可正常工作，因为它测量的是弹力，与重力环境无关。 生活方式全新重塑 宇航员的衣食住行都要适应失重环境：需用特制袋状饮水系统喝水，食物做成膏状或块状；睡觉时则必须把自己固定在睡袋中，防止漂浮。 1.7.2013 完全失重会带来很多奇妙的影响。比如浮力消失了，所以在空间站里不能用水来洗澡。依赖重力的天平、气压计也都失灵了。但表面张力会变得非常明显，水滴会形成完美的球形，就像我们在太空授课中看到的那样。宇航员的生活也因此变得与众不同，他们需要把自己固定在睡袋里睡觉。 ‹#› 对超重和失重的“三点”深度理解： 不论超重、失重或完全失重，重力都不变，只是视重改变。 完全失重状态下，一切由重力产生的物理现象都完全消失。 物体是否处于超重或失重状态，不在于物体的运动方向， 而在于物体的加速度方向，只要其加速度在竖直方向上有 分量，物体就会处于超重或失重状态。 【例1】关于超重和失重，下列说法正确的是（　　） A．超重现象只会发生在物体竖直向上运动的过程中，超重就是物体所受的重力增加了 B．失重现象只会发生在物体竖直向下运动的过程中，失重就是物体所受的重力减小了 C．完全失重就是物体所受的重力全部消失了 D．不论超重、失重或完全失重，物体所受的重力是不变的 答案：D 【例2】下列关于超重、失重现象的描述中，正确的是（　　） A．电梯正在加速上升，人在电梯中处于失重状态 B．列车在水平轨道上加速行驶，车上的人处于超重状态 C．在国际空间站内的宇航员重力完全消失 D．自行车在斜坡上自由滑行时，人处于失重状态 答案：D 航天领域的超重与失重 火箭发射升空：承受超重压力 火箭需巨大推力获得向上加速度，宇航员此时处于超重状态，身体会感受到数倍于自身重量的压力，这对人体生理是极大考验。 空间站在轨：完全失重环境 空间站绕地做匀速圆周运动，地球引力完全提供向心力，宇航员与空间站间无相互作用力，处于完全失重状态，呈现漂浮现象。 飞船返回地面：重返超重状态 飞船进入大气层后需减速下降，产生向上的巨大加速度，宇航员会再次经历超重，直至安全着陆。 1.7.2013 超重和失重不仅发生在电梯里，在航天领域更为显著。火箭发射时，巨大的向上加速度让宇航员承受超重压力。而当空间站进入轨道后，它和里面的一切都在围绕地球做圆周运动，重力完全用来提供向心力，所以宇航员处于完全失重状态。当飞船返回时，为了减速，又会产生向上的加速度，宇航员再次经历超重。 ‹#› 航天领域的超重与失重 完全失重的直观体现 在空间站的微重力环境下，宇航员摆脱了重力的束缚，如同置身于“无重力海洋”，可以轻松实现悬浮、平移等在地面无法完成的动作。 总结：失重并非重力消失，而是重力的作用效果发生了改变，是航天环境最核心的物理特征。 1.7.2013 大家看这张图片，这就是宇航员在空间站里的真实状态。他们可以像鱼儿在水中一样自由漂浮，这就是完全失重带来的奇妙体验。在这种状态下，物体之间没有相互的压力或拉力，一切都处于悬浮状态。 ‹#› 实例分析： 过山车的超重与失重 在轨道最低点，支持力远大于重力，人体处于超重状态；在最高点，若速度足够大，支持力减小甚至为零，人体则处于失重状态。 极限蹦极的自由落体 从跳下平台到弹性绳绷紧前，人只受重力作用，做自由落体运动，此时加速度等于重力加速度g，身体处于完全失重状态，体验无拘无束的悬浮感。 飞机气流中的体感变化 遇到气流时，飞机突然上升（加速度向上），乘客感到座椅压力增大，是超重；飞机突然下降（加速度向下），座椅压力减小，是失重。 1.7.2013 除了航天，我们生活中还有很多例子。比如过山车，在最低点超重，最高点失重。蹦极在绳子绷紧前，人处于完全失重状态。还有坐飞机时遇到的气流颠簸，飞机突然上升就是超重，突然下降就是失重。这些现象都可以用我们今天学的知识来解释。 ‹#› 【例3】质量为60 kg的人站在升降机中的体重计上，如图所示，当升降机做下列各种运动时，体重计的读数分别是多少?（g取10m/s2） （1）升降机匀速上升； （2）升降机以4m/s2的加速度匀加速上升； （3）升降机以3m/s2的加速度匀减速上升或匀加速下降． 课堂小结 01 超重现象 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情况。关键条件是加速度方向向上，如电梯加速上升时。 02 失重现象 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情况。关键条件是加速度方向向下，如电梯加速下降时。 03 完全失重 物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）等于零的状态。条件是加速度向下且a=g，如自由落体、绕地卫星运动。 现象本质：视重变，实重不变 1.7.2013 ‹#› 1．电梯的顶部挂一个弹簧测力计，测力计下端挂了一个物体，电梯匀速运动时，弹簧测力计的示数为 10 N，在某时刻，电梯中的人观察到弹簧测力计的示数变为8 N，关于电梯的运动，以下说法正确的是（ g 取10 m/s2）（　　） A．电梯可能向上加速运动，加速度大小为4 m/s2 B．电梯可能向下加速运动，加速度大小为4 m/s2 C．电梯可能向上减速运动，加速度大小为2 m/s2 D．电梯可能向下减速运动，加速度大小为2 m/s2 C 随堂练习 2.如图甲所示，质量为m=60 kg的同学，双手抓住单杠做引体向上，他的速率随时间变化的图像如图乙所示，g取10 m/s2，由图像可知（　　） A．t=0.5 s时，他的加速度为3 m/s2 B．t=0.4 s时，他处于超重状态 C．t=1.5 s时，他处于超重状态 D．t=1.1 s时，他受到单杠的作用力 的大小是620 N B 谢谢观看 探索永无止境，保持好奇心，发现物理世界的更多奇妙 1.7.2013 今天的课程到此结束，感谢大家的聆听。物理的世界充满了奇妙的现象，希望大家能保持好奇心，不断探索。谢谢大家！ ‹#› $