高中物理超重与失重教学参考 沪科版 必修1.doc

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超重与失重-教学参考
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失重条件不会发生什么现象?
人造地球卫星、宇宙飞船、航天飞机等航天器进入轨道后，其中的人和物将处于失重状态，航天器进入轨道后可以近似认为是绕地球做圆周运动，做圆周运动的物体的速度方向是时刻改变的，因而具有加速度，它的大小等于卫星所在高度处重力加速度的大小．这跟在以重力加速度下降的升降机中发生的情况类似，航天器中的人和物都处于完全失重的状态．
你能够想像出完全失重的条件下会发生什么现象吗?你没想地球上一旦重力消失，会发生什么现象，在宇宙飞船中又会发生什么现象?物体将飘在空中，液滴呈绝对球形．气泡在液体中将不上浮，宇航员站着睡觉和躺着睡觉一样舒服，走路务必小心，稍有不慎将会“上不着天，下不着地”．食物要做成块状或牙膏似的糊状，以免食物的碎渣“飘浮”在空中，进入宇航员的眼睛、鼻孔……你还可以继续发挥你的想象力，举出更多的现象来．
你还可以再想一想，人类能够利用失重的条件做些什么?下面举几个例子，将会帮助你思考．这里所举的事例，虽然还没有完全实现，但科学家们正在努力探索，也许不久的将来就会实现．
在失重条件下，熔化了的金属的液滴，形状呈绝对球形，冷却后可以成为理想的滚珠．而在地面上，用现代技术制成的滚珠，并不呈绝对球形，这是造成轴承磨损的重要原因之一．
玻璃纤维（一种很细的玻璃丝，直径为几十微米）是现代光纤通信的主要邮件．在地面上，不可能制造很长的玻璃纤维，因为没等到液态的玻璃丝凝固，由于重力的作用，它将被拉成小段，而在太空的轨道上，将可以制造出几百米长的玻璃纤维．
在太空的轨道上，可以制成一种新的泡沫材料——泡沫金属．在失重条件下，在液态的金属中通以气体，气泡将不“上浮”，也不“下沉”，均匀地分布在液态金属中，凝固后就成为泡沫金属，这样可以制成轻得像软木塞似的泡沫钢，用它做机翼，又轻又结实．
同样的道理，在失重的条件下，混合物可以均匀地混合，由此可以制成地面上不能得到的特种合金．
电子工业、化学工业、核工业等部门，对高纯度材料的需要不断增加，其纯度要求为“6个9”至“8个9”，即99.9999%～99.999999%．在地面上，冶炼金属需在容器内进行，总会有一些容器的微量元素掺入到被冶炼的金属中，而在太空中的“悬浮冶炼”，是在失重的条件下进行的，不需要用容器，消除了容器对材料的污染，可获得纯度极高的产品．
在电子技术中所用的晶体，在地面上生产时，由于受重力影响，晶体的大小受到限制，而且要受到容器的污染．在失重的条件下，晶体的生产是均匀的，生产出来的晶体也要大得多．在不久的将来，如能在太空中建起工厂，生产出砷化镓的纯晶体，它要比现有的硅晶体优越得多，将会引起电子技术的重大突破．
在太空失重的条件下，会生产出地面上难以生产的一系列产品，建立空间工厂，已不再是幻想．科学家们要在太空中做各种实验，青年学生也可以提出自己的太空实验设想，展开你想象的翅膀，为宇宙开发贡献一份力量吧!

思路分析
随着航空航天技术的发展，我们常常会听说超重、失重的说法，那么什么是超重，什么是失重呢?通过本节的学习，我们就会了解超重、失重的物理原理，并且能够用来分析一些生活中的现象．
超重和失重并不是物体的重力变大或变小，而是由于物体具有竖直方向上的加速度而引起的“视重”的变化．对于这一点的理解，是本节内容的难点．为了突破难点、突出重点，我们通过分析航空航天过程中遇到的一些现象，并结合生活中的一些小实例，例如一个人站在台秤上迅速下蹲或站起时观察台秤的示数来体会超重与失重的现象，利用牛顿运动定律分析问题的实质，加深学生对超重、失重的理解．
对于超重和失重的分析，实质上还是牛顿运动定律的应用，所以在本节的学习中还要注意应用牛顿运动定律的思路和步骤．

知识总结
当物体处于超重或失重状态时，物体本身的重力并不发生变化，变化的是物体的“视重”．实质上，超重、失重现象的分析就是牛顿运动定律的应用．
发生超重和失重现象时与物体的速度无关，只决定于物体的加速度的方向．当物体或物体系的一部分具有竖直向上的加速度或加速度分量时，出现超重现象；当物体或物体系的一部分具有竖直向下的加速度或加速度分量时，出现失重现象．
在完全失重的情况下，一切由重力引起的物理现象都会消失．