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

教学目标

（1）物理观念：知道超重、失重和完全失重现象，能说出各自产生的条件，理解“视重”与“实重”的区别；

（2）科学思维：能对竖直方向做加速运动的物体进行受力分析，依据牛顿第二定律建立方程，推导视重的表达式并进行计算；

（3）科学探究：通过体重计上的起立与下蹲、自制“完全失重演示瓶”等实验，经历“观察—记录—分析—归纳”的探究过程；

（4）科学态度与责任：结合我国空间站“天宫课堂”与运载火箭发射的最新素材，体会超重和失重在航天工程中的应用，增强民族自豪感。

教学重难点

教学重点：超重、失重和完全失重的产生条件；运用牛顿第二定律计算视重。

教学难点：理解“视重”是物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力），由仪器示数反映；明确超重、失重只取决于加速度方向，与速度方向无关。

教学准备

PPT课件，体重计，弹簧测力计，钩码，带孔矿泉水瓶与水盆，智能手机（用于慢动作拍摄），“天宫课堂”实验视频片段。

课时安排

1课时。

教学流程设计

一 问题引入

【情境导入】播放视频片段：运载火箭点火升空时，航天员被牢牢“压”在座椅上；空间站舱内，航天员轻轻一碰舱壁便能“飞”过整个实验舱，水球悬浮在半空中。同样是航天员，为什么有时“变重”，有时“变轻”？乘坐电梯升降时，你是否也有身体有时“发沉”、有时“发轻”的感受？

问题1：人站在体重计上，示数一定等于人的重力吗？什么情况下示数会变大、变小，甚至为零？

师生活动：学生结合乘坐电梯、乘坐游乐场“跳楼机”的体验自由发言；教师把各种猜想写上黑板，暂不作评判，带着问题进入新课。

设计意图：以我国载人航天的真实场景创设情境，引出“仪器的示数不等于重力”这一认知冲突，明确本节课的核心任务——用牛顿第二定律解释示数变化的规律。

二 创设情境，探究新知

（一）实重与视重

实重：物体实际所受的重力，大小为。

视重：物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力，其大小由体重计、弹簧测力计等仪器的示数反映。根据牛顿第三定律，视重的大小等于支持物对物体的支持力（或悬挂物对物体的拉力）。

点拨：平时所说的“体重是多少”，其实是用体重计的示数（视重）间接反映重力。只有当电梯静止或做匀速直线运动时，示数才等于重力。

（二）情境探究

1 情境1（超重）：如图1所示，质量为的人站在电梯内的体重计上，电梯以加速度匀加速上升。以人为研究对象，人受到重力和支持力两个力的作用。取竖直向上为正方向，由牛顿第二定律得：

由于，所以：视重大于实重，这种现象叫作超重。由牛顿第三定律，人对体重计的压力大小等于，这正是体重计示数变大的原因。

图1  电梯内人的受力分析

2 情境2（失重）：若电梯以加速度匀减速上升，加速度方向竖直向下。仍取竖直向上为正方向，同理可得：

此时：视重小于实重，这种现象叫作失重。

教师活动：追问——电梯匀加速下降、匀减速下降时，示数如何变化？速度方向对判断超重、失重有影响吗？

学生活动：独立画受力图、列方程并交流，发现：判断超重还是失重，只看加速度方向，与速度方向无关。

3 交流形成概念：

完全失重：当物体竖直向下的加速度恰好等于重力加速度时，，视重为零，物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）为零，这种现象叫作完全失重。三

种现象对比如下表：

注意：发生超重和失重时，物体所受的重力并没有变化，变化的是“视重”；不能说物体“变重了”或“变轻了”，也不能说重力“消失”了。

（三）演示实验：完全失重的奇妙现象

如图2所示，在矿泉水瓶侧壁靠近底部的位置扎几个小孔，灌满水后，水会从小孔中稳定喷出；将瓶子举高释放，让瓶子自由下落，在下落过程中观察小孔——水不再喷出。

图2  完全失重演示实验（左：静止；右：自由下落）

分析：瓶子静止时，孔处的水由于不同深度产生的压强差向外喷出；瓶子自由下落时，瓶和水一起以加速度竖直向下运动，瓶内的水处于完全失重状态，水与瓶壁之间不再相互挤压，压强差随之消失，因此水不再喷出。这说明完全失重时，液体内部各部分之间、液体与容器之间都没有相互挤压的作用。

学生活动：一名同学站在体重计上，先快速下蹲再快速起立，其余同学观察示数变化并记录：下蹲时先加速向下（失重，示数变小）、后减速向下（超重，示数变大）；起立时相反。用手机慢动作拍摄示数变化，课后回放检验。

想一想：下蹲和起立都是“先加速、后减速”，为什么两个过程中示数先变小后变大的顺序恰好相反？请用加速度方向加以说明。

（四）航天与生活中的超重和失重

2026年，我国空间站进入常态化运营阶段，“天宫课堂”持续开讲。如图3所示，空间站中的航天员和一切物体都处于完全失重状态：水球悬浮在空中，航天员轻轻一碰舱壁就能“飞”过实验舱，舱内的弹簧测力计无法用来测量重力。而在运载火箭竖直加