师:同学们好!
生:老师好!
师:请坐下。呃,非常高兴能够和大家一起讨论一个问题。首先,我们来做一个小实验。请每位同学拿出两本这样大小的书,把它们放在桌面上,将书页交叉在一起,可以逐页,也可以每两页或三页交叉。交叉好以后,大家站起来,水平用力去拉,看看结果会怎样。嗯,交叉这么多就够了。来,大家站起来,这样方便发力。好,用力拉,水平用力拉,可以放在桌子上拉,使劲啊。怎么样啊?你说说看。
生:不能拿开。
师:你呢?
生:拿不开,哈哈哈。
师:你呢?
生:不能拿开。
师:好,谈谈感觉吧。拉开了没有?
生:拉开了。
师:拉开了什么感觉?
生:要很用力。
师:好,请大家坐下。有的同学拉开了,有的同学没拉开。拉开的同学感觉到很累。那我们有没有巧妙的办法,能很轻松、平稳地将它拉开呢?哪位同学有这种感觉?你说。
生:可以把这个书往下放,然后同时拉,就比较轻松一些。
师:什么道理?能不能说说原因啊?
生:我只是以前看到过,不太清楚。
师:哦,请坐下。那我就按照你的说法来试试看。两本,你的意思是在下落的过程中把它拉开。哎,果然是这样。那我们带着这样一个问题,来讨论今天的课题。结束以后,我想大家应该能够解开其中的原因。
首先,我们来看一看这位同学在电梯里遇到了什么事情。仔细观察。好,电梯上到了13楼,又下来了。你们看到了什么?来,你说说。
生:当电梯刚开始上升的时候,他体重的示数开始增大。然后,当电梯快要到达最顶层的时候,他的示数比他原来在平地上称的示数要减小。
师:那中途呢?
生:中途大概处于50千克的样子。
师:差不多是吧?还有呢,下降的时候呢?
生:下降的时候,开始的时候,示数比50千克要小一些,中途大概也就在50千克左右,快到达地面的时候,示数要比50千克要大一些。
师:好,请坐下。大家看到的是不是都是这种现象啊?
生:是的。
师:如果是的,我们在黑板上把他们所说的记录下来。上升的初期,示数偏大;中期,我们可以把它认为叫做正常;末期,示数相对偏小。下降的初期,示数偏小;中期,示数又恢复正常;末期,示数又偏大。
这位同学在上升和下降的过程中,体重在变化吗?
生:没有。
师:那为什么体重计的示数在改变呢?你说。
生:压力在变。
师:你的理由是什么?再想一想,你说。
师:很好,请坐下。大家都认为体重没有改变,是压力变化了。那这仅仅只是一个猜想而已,我们可不可以设计一个实验,来验证我们的猜想是否正确?在这里,我给大家带来了一个传感器,这个传感器相当于一个弹簧秤,它的优点在于能够实时记录下不同时刻力的大小。将重物挂在这个挂钩上,重物对挂钩的拉力就可以通过数据采集器,把数据采集到我们的电脑屏幕上。
那这样吧,我们还是设想一下,如果我现在将这个传感器连同这个重物自由释放,大家想一想,在这个坐标图上,你将会看到什么情形?它记录的数据将会是什么?我先告诉大家,这个重物的质量是1千克。下落的过程中,来,你猜想一下。
生:示数会变小。
师:嗯,好,请坐下。这位同学讲了,他说在下降的过程中,这个示数将会变小。那难道在下落的过程中,地球对这个重物就没有吸引力了吗?显然是不可能的,对不对?那么通过这样一个实验大家可以明白,物体对传感器的拉力造成了传感器的示数,而并非重力直接造成了传感器的示数。同样的,人站在体重计上,体重计的示数也是由于压力造成的。
我们把物体对支持物的压力,或者物体对悬挂物的拉力称为示重。当然,这个示重和重力是有区别的。如果这个视重大于物体的重力,比如说刚才我们的电梯上升的初期,我们把它称为超重现象;反之,如果视重出现比重力小的情况,我们则称为失重现象。
在我们的生活周围,超重和失重现象是普遍存在的。大家有没有过这种感受呢?来,举手看看。这位女同学,你说说。
生:比如说坐电梯的时候,在电梯上升刚开始的那段时期,会突然觉得自己好像在往下掉,然后中途就没有那种感觉了。最后电梯要停下来的时候,又会突然觉得自己又有那种往下掉的感觉。在电梯下降的时候,刚开始的时候就突然觉得自己轻一些,中途又没变化,然后到最后要停的时候,又觉得自己重一些。
师:好,请坐下。回答得特别好。大家可以回去,在乘电梯的时候刻意留心一下,是不是像这位同学所讲的这样。
我给大家带来两个小片段,大家看一看。公元2003年10月15日,对中国人来说,是一个注定要载入史册的日子。北京时间上午9时整,在酒泉卫星发射中心,我国第一位航天员杨利伟带着全体中华儿女的期望飞向太空。好,火箭在上升的过程中,人能够感到明显的超重现象,人会感到自己的压力大约是自己体重的十几倍。飞机在俯冲加速的时候,也有强烈的超重感觉。
下面,我们还是回到刚才的电梯中去,再从超重和失重的角度描述一下电梯里所发生的现象。来,请你说。初期它处在一个什么状态呢?哎,那属于超重还是失重?
生:超重。
师:那接着往下说。
生:末期失重。再往下,失重,超重。
师:好,回答得不错。那么现在大家看一看,电梯在上升的初期和下降的末期都处在超重状态,这里面有什么规律可循吗?想一想,上升的末期和下降的初期都处在失重状态,这两者之间又有怎样的联系呢?来,你说说。
生:加速度方向向上。
师:末期的时候呢?
生:电梯加速向下。
师:这叫联系吗?好好想一下,别紧张。哎,请坐下。你再补充。
生:也是向上的。
师:那这两个阶段呢?
生:向下的。
师:这中间呢?
生:等于0。那这个地方也应该是等于0。
师:这两位同学共同对电梯在运动过程中的加速度进行了归纳和总结。现在我请大家共同考虑一个话题,我们分为四组。这边6位同学为一组,中间6位同学为一组,这边4位同学为一组,这叫第一组、第二组、第三组、第四组。我们来考虑这样一个问题,为什么电梯上升的初期和电梯下降的末期加速度都是向上的?你们做一点交流,然后推荐一个人来告诉我为什么。为什么超重的时候加速度向上呢?讨论好的可以告诉我,能不能推荐一个人回答?
生:我们觉得这个电梯在上升的时候,由于刚开始上升的时候产生一个向上的加速度,这样必须要有个力。根据牛顿第二定律F = ma,有加速度必定要有个力向上,而重力向下。这时候假如说这个电梯不动的话,支持力应该是跟重力相等的,但这时候为了使物体产生向上的加速度,就可以知道这个支持面对人的支持力必定大于重力,所以就超重了。
