超重失重是在學(xué)生初步掌握牛頓運(yùn)動(dòng)定律之后，對(duì)生活現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)和理解。所謂超重與失重，其關(guān)鍵在于讓學(xué)生理解何為超重？何為失重？超重超了什么？失重又失了什么？以及什么情況下會(huì)出現(xiàn)這種狀況。

作為教師，在進(jìn)行超重和失重的講解時(shí)，往往是新授課完成后會(huì)配有相應(yīng)的習(xí)題課，而習(xí)題課呈現(xiàn)出來的就是檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)超重、失重相關(guān)知識(shí)的識(shí)記情況以及在超重、失重背景下對(duì)牛頓第二定律的應(yīng)用能力，并未在思想上給學(xué)生提供更多的指導(dǎo)。

在此，想通過4道例題的講解著重展示解決涉及定性判斷重心加速下降的失重情況的方法，讓學(xué)生從能量這一更高層次的角度思考，從而更深刻地理解超重、失重。

本節(jié)習(xí)題課的設(shè)計(jì)思路是以習(xí)題推進(jìn)，注重思考，并且加強(qiáng)解決超重、失重問題基本方法的指導(dǎo)，逐步過渡到能量這一思考角度。

解析：臺(tái)秤所顯示的是其與M之間的彈力，要計(jì)算M與臺(tái)秤之間的彈力，還需考慮m與M之間的相互作用力。

解：對(duì)m和M進(jìn)行受力分析，分別建立沿斜面、垂直于斜面和水平、豎直的正交坐標(biāo)系如圖2、圖3所示：假設(shè)斜面傾角為θ，m沿面下滑的加速度為a，根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律：

在例1分析的基礎(chǔ)上帶領(lǐng)學(xué)生分析例2、例3，不難得到，在例2、例3中系統(tǒng)皆處于失重狀態(tài)。例2、例3內(nèi)容如下：

例2.如圖4所示，光滑輕質(zhì)滑輪掛在彈簧測(cè)力計(jì)上，輕繩連接m1、m2，且m1>m2，則彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F______（m1+m2）g（選填大于、等于、小于）

例3.如圖5所示，密度小于水的塑料球，開始臺(tái)秤示數(shù)為F1，繩斷小球上浮過程中，臺(tái)秤示數(shù)為F2，則F1_____F2（選填大于、等于、小于）

對(duì)例2、例3分析，不難得到F<（m1+m2）g和F1>F2。

通過以上三個(gè)問題的分析，對(duì)學(xué)生提出這樣的問題：以上三個(gè)情境中，系統(tǒng)都處于失重狀態(tài)，是不是巧合？

教師引導(dǎo)學(xué)生注意到在例1中m處于失重狀態(tài)，M處于平衡狀態(tài)，故而系統(tǒng)處于失重狀態(tài)，因此示數(shù)小于系統(tǒng)重力；例2中雖然m2處于超重狀態(tài)，但質(zhì)量更大的物體m1卻處于失重狀態(tài)，系統(tǒng)重心加速下降，也處于失重狀態(tài)，因此測(cè)力計(jì)示數(shù)小于系統(tǒng)重力；例3中小球加速上浮，同時(shí)等大水球在加速向下，系統(tǒng)有向下加速度，同樣處于失重狀態(tài)。三種情境的共同點(diǎn)為都是自然產(chǎn)生，自發(fā)進(jìn)行的。

由此，提出自然情況下，系統(tǒng)會(huì)加速向重心降低的地方運(yùn)動(dòng)，因?yàn)槟芰吭降驮椒€(wěn)定，將會(huì)處于失重狀態(tài)。如果系統(tǒng)要處于超重狀態(tài)，必須要消耗外部能量使系統(tǒng)重心上升。如例4：

G，當(dāng)接通電路，在鐵塊被吸引的過程中，臺(tái)秤的示數(shù)將：

A.不變 B.變大

C.變小 D.忽大忽小

解析：此問題涉及電能的消耗，還需考慮到M和m的相互 作用。

解：未通電前系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，臺(tái)秤示數(shù)：G=（M+m）g

通電后，設(shè)m上升的加速度為a，分別以M，m為研究對(duì)象，受力分析如圖7、圖8所示：

對(duì)m：FMm-mg=ma

對(duì)M：FN-Mg=FmM=0

且：FMm=FmM

聯(lián)立可得：FN=Mg+mg+ma>（M+m）g

由此可以得出在例4中系統(tǒng)處于超重狀態(tài)。

進(jìn)一步再提出問題：在例1至例3中，系統(tǒng)都處于失重狀態(tài)，而在例4中系統(tǒng)處于超重狀態(tài)，原因是什么呢？

經(jīng)過學(xué)生討論，教師引導(dǎo)可以得出例4中系統(tǒng)消耗了電能，使得系統(tǒng)重心加速向上，從而處于超重狀態(tài)。而例1至例3中，系統(tǒng)都未消耗其他形式的能量，是自發(fā)產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)，如沿斜面加速下滑、m1上升，m2下降、塑料球上升，等大水球下降。

得出這樣的結(jié)論后，教師進(jìn)一步進(jìn)行總結(jié)：對(duì)于超重、失重問題的處理有兩種思路：1.建立牛頓運(yùn)動(dòng)定律方程，解決超重、失重問題。2.能量的角度：系統(tǒng)在運(yùn)動(dòng)過程中消耗外界能量，系統(tǒng)會(huì)處于超重，反之，系統(tǒng)在運(yùn)動(dòng)過程中不消耗外界能量，是自然產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)，系統(tǒng)會(huì)處于失重狀態(tài)。

筆者認(rèn)為：長(zhǎng)期設(shè)計(jì)這種類型的習(xí)題課，對(duì)學(xué)生物理思維能力和學(xué)科素養(yǎng)的提升一定會(huì)有相當(dāng)大的幫助！

編輯 李建軍