1、第三章牛頓運動定律第三章牛頓運動定律超重和失重超重和失重 授課人：授課人：吳旺本吳旺本班級：班級：高一年一班高一年一班時間：時間：二二一一年一月一十三日星期三年一月一十三日星期三地點：地點：物理多媒體教室物理多媒體教室（一）（一） 引入新課：觀看引入新課：觀看神州五神州五、六號六號發射及返回錄相發射及返回錄相 載人航天：一個國家綜合國力日益強大的重要標志 空間產業：制造加工獨領風騷 載人飛船：展示高精尖最新科技成果的“搖籃” 從“兩彈一星”到載人航天；日躍東方，叩啟天穹。提問：提問：1.1.神州號發射有何意義？神州號發射有何意義？神五發射神五返神六返回(5).“(5).“空間產業空間產業”帶動

2、相關產業發展帶動相關產業發展; ;(1).(1).國家戰略意義不容低估國家戰略意義不容低估; ;(2).(2).占領世界高新技術前沿占領世界高新技術前沿( (3).3).開發太空獲取經濟利益（太空的微開發太空獲取經濟利益（太空的微重力、高潔凈、全真空特殊環境，使它重力、高潔凈、全真空特殊環境，使它成為人類最理想的新興材料和生物工業成為人類最理想的新興材料和生物工業加工地。）；加工地。）；(4).(4).培養尖端科技和管理人才；培養尖端科技和管理人才；背景一：背景一： 年月日，自力更生發展原子年月日，自力更生發展原子能的決定。能的決定。 年月日，中國第一顆原子年月日，中國第一顆原子彈爆炸成功；彈

3、爆炸成功； 年月日。酒泉衛星發射中心，年月日。酒泉衛星發射中心，中國的第一顆人造地球衛星送上了太空。中國的第一顆人造地球衛星送上了太空。 年月，發展載人航天被列入了著年月，發展載人航天被列入了著名的名的“” ” 計劃。計劃。 年月日年月日, ,中國第三個將自己中國第三個將自己的航天員送入太空并成功返回的國家。的航天員送入太空并成功返回的國家。 2.2.航天員在火箭發射與返回艙返回中，航天員在火箭發射與返回艙返回中，航天員遇到的最大生理問題是什么？航天員遇到的最大生理問題是什么？ 載人航天有較大風險，宇航員要面對載人航天有較大風險，宇航員要面對: :振動、振動、沖擊、噪聲、失重、超重、宇宙輻射、

4、高真沖擊、噪聲、失重、超重、宇宙輻射、高真空、晝夜節律變化、劇烈的溫度變化、超負空、晝夜節律變化、劇烈的溫度變化、超負荷的心理和工作壓力等；荷的心理和工作壓力等； 可能導致宇航員的心血管系統功能紊亂、航可能導致宇航員的心血管系統功能紊亂、航天運動病、骨骼與肌肉結構和功能變化、睡天運動病、骨骼與肌肉結構和功能變化、睡眠周期紊亂等一系列生物醫學和心理方面的眠周期紊亂等一系列生物醫學和心理方面的問題，嚴重者甚至可能威脅到宇航員的生命。問題，嚴重者甚至可能威脅到宇航員的生命。背景二背景二： 在載人航天器的發射加速上升段，宇航員要經受在載人航天器的發射加速上升段，宇航員要經受5 5倍于地球引力的超重過載

5、，倍于地球引力的超重過載，125dB125dB的高強噪聲和振的高強噪聲和振動刺激；宇航員返回地面時則要經受開傘減速和著動刺激；宇航員返回地面時則要經受開傘減速和著陸沖擊的考驗。這些統稱為超重或者過載，重力作陸沖擊的考驗。這些統稱為超重或者過載，重力作用于人體的方向由頭至足的則稱正超重；反之，重用于人體的方向由頭至足的則稱正超重；反之，重力的方向由足至頭時稱負超重。力的方向由足至頭時稱負超重。 正超重時，血液受慣性作用由上身轉移到下身，引正超重時，血液受慣性作用由上身轉移到下身，引起頭部、上身缺血，視力障礙，嚴重時可發生暈厥。起頭部、上身缺血，視力障礙，嚴重時可發生暈厥。 高高g g值的超重，人

6、取坐姿難以適應，所以宇航員通值的超重，人取坐姿難以適應，所以宇航員通常采取仰臥姿，這對人體的影響較輕。人對常采取仰臥姿，這對人體的影響較輕。人對8g8g值的值的橫向超重可耐受十多分鐘。航天中經受的這種橫向橫向超重可耐受十多分鐘。航天中經受的這種橫向超重，一般時間較短，經過訓練的宇航員容易耐受。超重，一般時間較短，經過訓練的宇航員容易耐受。超重超重 失重失重 失重可引起心血管功能的改變。失重時血液失重可引起心血管功能的改變。失重時血液和其他體液不像重力條件下那樣慣常地流向和其他體液不像重力條件下那樣慣常地流向下身。相反，下身的血液回流到胸腔、頭部，下身。相反，下身的血液回流到胸腔、頭部，可引起宇

7、航員面部浮腫，頭脹，頸部靜脈曲可引起宇航員面部浮腫，頭脹，頸部靜脈曲張，鼻咽部堵塞，身體質量中心上移。張，鼻咽部堵塞，身體質量中心上移。 長期失重會引起人體的骨鈣質代謝紊亂。長期失重會引起人體的骨鈣質代謝紊亂。 后果：骨質疏松和增大發生腎結石的可能。后果：骨質疏松和增大發生腎結石的可能。 長期失重還可引起對抗重力的肌肉出現廢用長期失重還可引起對抗重力的肌肉出現廢用性萎縮。性萎縮。 思考：什么是超重和失重？思考：什么是超重和失重？新課內容新課內容: : 提示提示1 1：重力是如何產生的？大小取決于：重力是如何產生的？大小取決于 什么？實驗室如何測量鉤碼的重力？什么？實驗室如何測量鉤碼的重力？a.

8、a.重力是由地球的吸引而產生的；重力是由地球的吸引而產生的；b.b.其大小取決于物體的質量及相對于地球其大小取決于物體的質量及相對于地球位置，重力公式位置，重力公式G=mgG=mg；c.c.實驗室常采用彈簧秤測量重力的大小。實驗室常采用彈簧秤測量重力的大小。實驗探究一：每班分成實驗探究一：每班分成2424組進行實驗探究。組進行實驗探究。運動運動情形情形靜止靜止時時勻 速勻 速上升上升勻速勻速下降下降斜 上斜 上勻速勻速斜 下斜 下勻速勻速示數示數速度速度方向方向0Fa=0 a=0 a=0 a=0 a=0a=0 a=0 a=0 a=0 a=0 不變不變不變不變不變不變不變不變運動情運動情形形 向

9、上加向上加速速向下加向下加速速向上減向上減速速向下減向下減速速 示數示數情景圖情景圖速度方速度方向向加速度加速度方向方向 變大變大 減小減小 減小減小 變大變大 討論：討論： . .什么情況下彈簧秤示數等于物體真實重力？什么情況下彈簧秤示數等于物體真實重力？ （a=0a=0） . .什么情況下彈簧秤示數大于物體真實重力？什么情況下彈簧秤示數大于物體真實重力？ (a(a向上向上) ) . .什么情況下彈簧秤示數小于物體真實重力？什么情況下彈簧秤示數小于物體真實重力？ （a a向下）向下）思考：思考： 彈簧秤測量力的原理是什么？彈簧秤測量力的原理是什么？ GF1F2依據彈簧受到的拉力與伸長的依據彈

10、簧受到的拉力與伸長的長度成正比，它只測量掛鉤處的長度成正比，它只測量掛鉤處的拉力拉力F2，如圖所示。，如圖所示。據牛頓第三定律必有據牛頓第三定律必有F F1 1= F= F2 2但只有懸掛物體處但只有懸掛物體處于平衡狀態才有于平衡狀態才有F F1 1=G=G故故F F2 2=G=G才成立。才成立。實實 驗驗 探探 究究 二二：每班分成24組進行實驗探究。 探 究 內 容：用彈簧秤測量鋁塊的重力及在水中的視重。（空氣中的浮力忽略） 情形情形示數（視重）示數（視重）鋁塊重力鋁塊重力空氣中空氣中水中水中討論討論： . .鋁塊掛在彈簧秤下時受幾個力的作用？鋁塊掛在彈簧秤下時受幾個力的作用？GF拉F浮浮

11、F拉拉G . .鋁塊掛在彈簧秤下浸入水中時受幾個鋁塊掛在彈簧秤下浸入水中時受幾個力的作用？力的作用？說明說明:我們把第三個圖中彈簧秤示數又叫視重我們把第三個圖中彈簧秤示數又叫視重.提示提示2 2：重力（實重）、視重的意思是：重力（實重）、視重的意思是什么？什么？ 視重：物體對彈簧秤的位力或對托盤秤視重：物體對彈簧秤的位力或對托盤秤的壓力大小叫視重（的壓力大小叫視重（G G視視）。）。 重力：由于地球的吸引而產生的力，近重力：由于地球的吸引而產生的力，近似等于地球給物體的萬有引力。也泛指似等于地球給物體的萬有引力。也泛指任何天體吸引其它物體的力。如月球重任何天體吸引其它物體的力。如月球重力、火星

12、重力等。力、火星重力等。 實重：物體的實際重力的大小。實重：物體的實際重力的大小。提示提示3 3：視重是否一定等于物體的重力？：視重是否一定等于物體的重力？ 演演 示示 一：拉壓視力盤演示視重與重力的關系：一：拉壓視力盤演示視重與重力的關系： 靜止靜止 向上加速向上加速 向下加速等向下加速等。 總結：總結： 當物體放在托盤秤上或掛在彈簧秤下時，若裝當物體放在托盤秤上或掛在彈簧秤下時，若裝置處于平衡狀態，則置處于平衡狀態，則G G視視= G= G物物. .而如果整個裝置不是處于平衡狀態，則而如果整個裝置不是處于平衡狀態，則G G視視 G G物物。FN=FNGG=FNG=FN提示提示4 4：（拓展

13、）：（拓展） 一般物體有時用拉住，有時用支持物托一般物體有時用拉住，有時用支持物托住，此時物體對懸線的拉力或對支持物住，此時物體對懸線的拉力或對支持物的壓力與物體的重力關系如何？的壓力與物體的重力關系如何？總結：可能相等，也可能不相等。總結：可能相等，也可能不相等。 總總 結：超重與失重結：超重與失重 1.1.超重現象：超重現象： 當物體對懸線的拉力或對支持物的壓力當物體對懸線的拉力或對支持物的壓力大于物體的重力的現象叫超重現象。大于物體的重力的現象叫超重現象。 演示二：細線下懸掛重錘（演示二：細線下懸掛重錘（2 2套）套） 操作：操作：緩慢上升和下降緩慢上升和下降 突然向上加速突然向上加速

14、突然向下減速等。突然向下減速等。實驗探究三：用手托住重鉤碼（每人）實驗探究三：用手托住重鉤碼（每人） 操作要求：操作要求：托住不動托住不動 突然向上加速突然向上加速 鉤碼一定高度釋放，用另一手接住。鉤碼一定高度釋放，用另一手接住。 有何感受：有何感受： 變重的感覺。變重的感覺。 思考：超重是如何引起的？思考：超重是如何引起的？ 超重分析：取加速上升或減速下超重分析：取加速上升或減速下降的物體為研究對象，受力如圖。降的物體為研究對象，受力如圖。 據牛頓第二定律有：據牛頓第二定律有： T-mg=maT-mg=ma 故拉力故拉力: : F=mg+ma=m(g+a)mgF=mg+ma=m(g+a)mg

15、 同理對于加速上升或減速下降的同理對于加速上升或減速下降的電梯中的物體為研究對象有：電梯中的物體為研究對象有： F FN N+mg=ma+mg=ma 故故 F FN N=mg+ma=m(g+a)mg=mg+ma=m(g+a)mgGT速度速度方向方向V 加速度加速度方向方向a GFN2 2失重現象：失重現象： 當物體對懸線的拉力或對支持面的壓力當物體對懸線的拉力或對支持面的壓力小于重力的現象叫失重現象。小于重力的現象叫失重現象。 實驗探究四：用手托住重鉤碼（每人）實驗探究四：用手托住重鉤碼（每人） 操作要求：操作要求： 托住不動托住不動 突然向下加突然向下加 向上突然減速。向上突然減速。 有何感

16、受有何感受? ? 變輕的感覺。變輕的感覺。 感覺真不錯感覺真不錯! !討論：討論： 如何分析失重現象？如何分析失重現象？對于懸線下的物體，據牛二有：對于懸線下的物體，據牛二有： mg-T=ma mg-T=ma 故故 T=mg-ma=m(g-a)mgT=mg-ma=m(g-a)mg對于支持面上的物體，據牛二有：對于支持面上的物體，據牛二有： mg-mg-FN =ma 故故 FN=mg-ma=m(g-a)GGG G視視GGV V向上向上V V向下向下V V向上向上V V向下向下a a向上向上a a向下向下a=ga=g時時口訣：口訣：超上失下。（指加速度的方向超上失下。（指加速度的方向) ) 總總

17、結結超重失重兩紛紛，拉力壓力定乾坤；超重失重兩紛紛，拉力壓力定乾坤；重力長存無變故，超失須看加速度。重力長存無變故，超失須看加速度。 加速度向上，加速度向上，“視重視重”變變“胖胖”； 加速度向下，加速度向下，“視視”小小“真真”大。大。1.1.一小孩站在升降機中，升降機的運動情況如下一小孩站在升降機中，升降機的運動情況如下時，判斷超重、失重情況。時，判斷超重、失重情況。A、升降機加速上升、升降機加速上升B、升降機減速上升、升降機減速上升C、升降機加速下降、升降機加速下降D、升降機減速下降、升降機減速下降超重超重失重失重失重失重超重超重理論聯系實際：理論聯系實際： F2GGF1 A.A.4.9

18、m/s4.9m/s2的加速度加速上升；的加速度加速上升； B.4.9m/sB.4.9m/s2的加速度減速上升；的加速度減速上升； C.C.4.9m/s4.9m/s2的加速度加速下降；的加速度加速下降； D.4.9m/s2的加速度減速下降。的加速度減速下降。2.2.在升降機里，一個小球系于彈簧下端，升降機靜在升降機里，一個小球系于彈簧下端，升降機靜止時，彈簧伸長止時，彈簧伸長4cm,4cm,升降機運動過程中，發現彈簧升降機運動過程中，發現彈簧伸長伸長2cm2cm時時, ,升降機的運動情況可能是（升降機的運動情況可能是（ ）分析過程：解分析過程：解: :當物體靜止時，據平衡條件當物體靜止時，據平衡

19、條件有有: :KxKx1 1-mg=0- -mg=0- 當物體運動時，設向上為正方向，據牛頓當物體運動時，設向上為正方向，據牛頓第二定律有：第二定律有：KxKx2 2-mg=ma-mg=ma-聯立和和代入數據解得代入數據解得a=-4.9m/sa=-4.9m/s2 2, ,負號負號表示加速度方向向下，而速度可能向上和表示加速度方向向下，而速度可能向上和向下，故選向下，故選BCBC。3.3.火箭發射過程中的航天員處于火箭發射過程中的航天員處于_現象；現象；而當返回艙在返回過程中，其中的航天員處而當返回艙在返回過程中，其中的航天員處于于_現象。（填：現象。（填：“超重超重”或或“失重失重”） 發射時

20、速度向上增加，加速度向上，為發射時速度向上增加，加速度向上，為超重；超重； 返回時速度向下，但是減速，故加速度返回時速度向下，但是減速，故加速度還是向上，也為超重。還是向上，也為超重。4.4.站在自動電梯上的人隨電梯向下做勻加速運動，下站在自動電梯上的人隨電梯向下做勻加速運動，下敘研究電梯上的人受力情況分析正確的是：（敘研究電梯上的人受力情況分析正確的是：（ ）A.A.不受摩擦力的作用；不受摩擦力的作用； B.B.受到向左的摩擦力作用；受到向左的摩擦力作用；C.C.支持力小于重力，處于失重狀態；支持力小于重力，處于失重狀態；D.D.支持力大于重力，處于超重狀態。支持力大于重力，處于超重狀態。a aa2a1aFNGFfa分析：由于加速度與受力方向都不同，故我分析：由于加速度與受力方向都不同，故我們最好把加速度進行分解較快看出物理情景。們最好把加速度進行分解較快看出物理情景。 5.5.宇航員在進入太空