地面模拟失重实验方法概况
２０１３年１Ｏ月 第２１卷第５期 中国实验动物学报 ＡＣＴＡ ＬＡＢＯＲＡＴ０ＲＩＵＭ ＡＮＩＭＡＬＩＳ ＳＣＩＥＮＴＩＡ ＳＩＮＩＣＡ Ｏｅｔｏｂｅｒ，２０１３ Ｖ０ｌ＿２１ ＮＯ．５
地面模拟失重实验方法概况 ｅ 综述・进展 ；
董丽 ，王琼 ，刘新民 ，杨思进
（１．泸州医学院，四川泸州６４６０００；２．中国医学科学院北京协和医学院药用植物研究所，ｊＥ京１００１９３； ３．中国航天员科研训练中心，北京 １０００９４）
【摘要】 虽然载人航天事业已得到突破性的进展，但航天员对失重的适应和返回地球后的再适应，无论在理 论上还是实践中都是尚未攻克的技术难题。航天失重环境下航天飞行综合征的发生机理及对抗措施，仍是航天医 学的重要课题。在地面上无法创造长期的失重环境，但根据失重对机体产生的生理效应可实现地面模拟失重实 验。本文概述了地面模拟失重的人体实验、动物实验概况，为更好开展地面模拟失重条件下相关研究提供参考。 【关键词】 地面；模拟失重；实验方法 【中图分类号】Ｑ９５—３３ 【文献标识码】Ａ 【文章编号】１００５－４８４７（２０１３）０５・００９０—０５ Ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００５—４８４７．２０１３．０５．０１９
Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｏｆ ｇｒｏｕｎｄ・ｂａｓｅｄ ｗｅｉｇｈｔｌｅｓｓｎｅｓｓ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ：
ａ ｒｅｖｉｅｗ ｏｆ ｔｈｅ ｌｉｔｅｒａｔｕｒｅ
ＤＯＮＧ Ｌｉ 一，ＷＡＮＧ Ｑｉｏｎｇ ＇ ，ＬＩＵ Ｘｉｎ．ｍｉｎ 一，ＹＡＮＧ Ｓｉ－ｊｉｎ
（１．Ｌｕｚｈｏｕ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｌｕｚｈｏｕ ６４６０００，Ｃｈｉｎａ；２．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｍｅｄｉｃｉｎａｌ Ｐｌａｎｔ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ ａｎｄ Ｐｅｋｉｎｇ Ｕｎｉｏｎ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １００１９３； ３．Ｃｈｉｎａ Ａｓｔｒｏｎａｕｔ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ｔｒａｉｎｉｎｇ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００９４）
【Ａｂｓｔｒａｃｔ】 Ａｌｔｈｏｕｇｈ ｔｈｅ ｍａｎｎｅｄ ｓｐａｃｅ ｆｌｉｇｈｔ ｈａｓ ｍａｄｅ ｇｒｅａｔ ｐｒｏｇｒｅｓｓ，ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｔｈａｔ ａｓｔｒｏｎａｕｔｓ ａｄａｐｔ ｔｏ ｗｅｉｇｈｔ— ｌｅｓｓｎｅｓｓ ｉｎ ｔｈｅ ｏｕｔｅｒ ｓｐａｃｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ ａｆｔｅｒ ｔｈｅｉｒ ｒｅｔｕｒｎ ｔｏ ｔｈｅ ｅａｒｔｈ，ｈａｖｅ ｎｏｔ ｂｅｅｎ ｆｕｌｌｙ ｓｏｌｖｅｄ ｉｎ ｂｏｔｈ ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ ｐｒａｃｔｉｃｅ．Ｔｈｅ ｐａｔｈｏｇｅｎｅｔｉｃ ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ ｏｆ ｓｐａｃｅ ａｄａｐｔａｔｉｏｎ ｓｙｎｄｒｏｍｅ ａｎｄ ｉｔｓ ｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｓ ｒｅｍａｉｎ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｔａｓｋ ｏｆ ａｅｒｏｓｐａｃｅ ｍｅｄｉｃｉｎｅ．Ｎｏｗａｄａｙｓ，ｉｔ ｉｓ ｕｎａｂｌｅ ｔｏ ｃｒｅａｔｅ ｌｏｎｇ—ｔｅｒｍ ｗｅｉｇｈｔｌｅｓｓｎｅｓｓ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｏｎ ｔｈｅ ｇｒｏｕｎｄ，ｗｈｉｌｅ ｗｅ ｃａｎ ｒｅ— ａｌｉｚｅ ｔｈｅ ｇｒｏｕｎｄ—ｂａｓｅｄ ｗｅｉｇｈｔｌｅｓｓｎｅｓｓ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｍｉｃｒｏｇｒａｖｉｔｙ ｏｎ ｔｈｅ ｂｏｄｙ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｓ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｉｎ ｈｕｍａｎｓ ａｎｄ ａｎｉｍａｌｓ ｏｆ ｇｒｏｕｎｄ—ｂａｓｅｄ ｗｅｉｇｈｔｌｅｓｓｎｅｓｓ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ａｎｄ ｐｒｏ— ｖｉｄｅ ｒｅｆｅｒｅｎｉ￣ｅｓ ｔｏ ｔｈｅ ｒｅｌｅｖａｎｔ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ ｕｎｄｅｒ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｇｒｏｕｎｄ－ｂａｓｅｄ ｗｅｉｇｈｔｌｅｓｓｎｅｓｓ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ． 【Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ】 Ｇｒｏｕｎｄ—ｂａｓｅｄ；Ｍａｎｎｅｄ ｓｐａｃｅ ｆｌｉｇｈｔ；Ｗｅｉｇｈｔｌｅｓｓｎｅｓｓ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；Ｓｐａｃｅ ａｄａｐｔａｔｉｏｎ ｓｙｎｄｒｏｍｅ
在航天飞行中，失重可导致骨骼肌肉运动系统、
心血管系统及神经内分泌免疫等系统功能的改 变¨ ，表现出一系列的生理效应：如血液头向分布、
心血管系统和支持系统去载荷、重力的感受器刺激 缺乏等，对由此而产生的航天飞行综合征的发生机
制及对抗措施是亟待解决的航天医学难点问题。受 科学技术、经费等限制，航天飞行难以长期、重复进 行，地面模拟失重的实验方法的建立就显得尤为重
要，但是地面模拟并不能创造真实的失重环境，只能 用人体实验和动物实验模拟失重对机体所产生的部
分生理效应加以模拟，故本文对地面模拟失重实验 方法作综述报道，以期为地面模拟失重条件下相关
发生机制及防护措施提供实验参考。
［基金项目］国家自然科学基金项目（８１００１６５５）；航天医学基础与应用国家重点实验室开放基金资助项目（ＳＭＦＡ１２Ｋ０１）；国家科技重大专 项（２０１２ＺＸ０９Ｊ１２２０１）。 ［作者简介】董丽，女，硕士研究生，研究方向：中西医结合防治心脑血管疾病，Ｅ－ｍａｉｌ：ｘｉａｏｄｏｎｇｌｕｙｉ＠１２６．ｃｏｒｎ． ［通讯作者】王琼，女，医学博士，硕士生导师，研究方向：中药神经药理学与航天医学，Ｅ－ｍａｉｌ：ｗｑｉｍｐｌａｄ＠１２６．ｅｏｍ；杨思进，男，博士生导 师，研究方向：中西医结合防治心脑血管疾病，Ｅ－ｍａｉｌ：ｙｓｊｉｍｕ＠ｓｉｎａ．ｃｏｒｉｌ．
中国实验动物学报２０１３年ｌ０月第２１卷第５期Ａｃｔａ Ｌａｂ Ａｎｉｍ Ｓｃｉ Ｓｉｎ，Ｏｃｔｏｂｅｒ，２０１３，Ｖｏ１．２１．Ｎｏ．５ ９ｌ
１ 人体实验
人体实验是最早的地面模拟失重的实验方法，
起初为人体浸水实验 ’ 一苏联科学家发明的干浸
水（ｄｒｙ ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ）实验 。在特制的水槽中进行，
水槽温度控制在３３～３４℃，含盐量１％～２％，被试
者或坐或卧的浮在水面，利用水的浮力和静压强模 拟航天失重状态下流体静压力消失的生理学效应，
如体液再分配、立位性低血压、肌肉活动减少、代谢
紊乱等，但因被试者处于“负压呼吸状态”，自由活 动受到限制（这种被迫性低动态在失重条件下是不
存在的），不能进行各种功能的负荷试验，限制了干 浸水实验的长期进行。随着实验方法的改进，王金
华 参考国外的报道，则采用了一种新的方法一着
服浸水法，类似于“干浸水法”的失重模拟原理，除
了允许被试者活动，可以使支撑一运动减荷，造成前
庭运动障碍，还能评估在水平姿势和垂直姿势下体 液的再分布情况，评定皮肤和肾在维持机体的水、电
解质平衡中各自的作用，为进行空间运动病和体液
再分布相关的研究深度和广度创造了新的可能性， 但也受到皮肤不耐受，不能进行长期实验以及实验
操作技术不成熟等因素限制。
随后还相继建立了多种模拟方法 ，如卧床
（ｂｅｄ ｒｅｓｔ）、座椅休息（ｃｈａｉｒ ｒｅｓｔ）、抗Ｇ服（ａｎｔｉ－Ｇ ｓｕｉｔ，向飞行员腹部和下肢加压以提高抗正过载能力
的个体防护装备，又称抗荷裤）、禁锢（ｉｍｍｏｂｉｌｉｚａ—
ｔｉｏｎ）等。其中，平卧或头低位卧床 （ｈｅａｄ．ｄｏｗｎ
ｔｉｌｔ，ＨＤＴ）实验是国内外应用最为广泛的。要求被 试者平卧或头低位卧床，这样体内血液流体静压力
部分或全部消失，与失重状态生理效应相似。与浸
水人体实验相比，避免了浸水的实验环境，受试者容 易配合和接受，实验条件相对成熟，实验因素也更容
易控制，但实验中发现，卧床实验身体重量只存在作
用方向的改变，对前庭系统的改变无法进行研究，且 肺循环在胸．背部向流体静压梯度大幅度升高，这是
与真正的失重环境存在差异的。
失重环境可导致流体静压消失，体液头向转移， 约有１．５～２ Ｌ的血液从下肢转移到上半身，其中约
有２０％汇集到头部，引起脑循环的改变 。那么，
平卧或头低位卧床并非真正的失重，只是对失重状
态下血液系统发生的血液头向分布的生理效应加以 模拟。为了寻求更真实的模拟失重时的血液动力学
的改变，对平卧或头低位卧床的角度，进行了比较研 究。１９７０年苏联学者首次采用头低位一４。头低位
卧床后，又进行了０。、一４。、一８。、一ｌ２。头低位卧床 生理反应的比较研究，还多次进行了０。、一６。卧床
结果的比较，结果表明一６。头低位卧床能更好地模
拟失重环境下血流动力学和脑循环方面的改 变 。Ｓａｔａｋｅ等¨。 利用单光子发射计算机断层摄
影（ＳＰＥＣＴ）、Ｋａｗａｉ等 利用ＴＣＤ证实了一６。头低
位卧床实验中脑血流循环改变与失重环境相类似， 顾正章等¨ 在３０ ｄ的一６。头低位模拟微重力卧床
实验中发现，受试者双侧丘脑、枕叶及右侧顶下小叶 的灰质密度减少，而这可能与脑血流与灌注的变化
有关。通过大量的实验表明，一６。头低位卧床引起 的多个系统（包括循环系统、内分泌系统、神经系统
等）和器官（如心脏、大脑、骨骼肌肉等）的生理病理
反应，与微重力导致的影响相似。因此，此方法简 单、易行，是目前应用最为广泛的人模拟失重效应的
方法。
２ 动物实验
在航天医学问题的研究中，实验动物作为研究
材料最先进入太空。在地面模拟失重的研究中，实
验动物得到了更为广泛的应用。在动物实验中，起 初是采用全身或局部限动的方法模拟失重状态下的
低活动度，逐渐发展到采用头低位的方法模拟失重
环境下的血液头向分布生理学效应，而后者更为科
学。根据物种的不同，具体的实验方法也不同。
２．１ 大鼠
大量研究结果表明，大鼠的心血管、骨骼肌肉等
系统的变化与太空失重下有许多相似之处，并积累 了大量的资料，因此，大鼠是地面模拟失重实验中最
常用的动物。 大鼠的限动方法有贴身笼具法（ｔｉｇｈｔ—ｆｉｔｔｅｄ
ｃａｇｅ）、背部悬吊法和尾部悬吊法（ｐａｒｔｉａｌ ｂｏｄｙ ｓｕｐ—
ｐｏｒｔ ｓｙｓｔｅｍ）。如前苏联研究者Ｍｅｙｅｒｓｏｎ和Ｍａｒｋｏｖａ
采用贴身笼具以全身禁动的方法，但大鼠处于全身 禁动状态，其健康所需的基本活动也受到了限制，因
此，美国国家航空航天局与重力生物学会联合发展 了头低位悬吊的方法：即大鼠穿着马甲、取头低位背
部悬吊，前肢着地支持部分躯体重量，后肢离地不荷
重，并使其在一定范围内自由活动不受限制。但因 固定不方便，马甲不易合体，引起的不舒服和皮肤损
伤等应激，限制了背部悬吊法的应用。１９世纪８０
年代，Ｍｏｒｅｙ—Ｈｏｌｔｏｎ等率先建立了尾部悬吊的方法，
美国中性浮力水槽的发展和应用
载人航天信息２０１１年第５期
・地面模拟设施・
美国中性浮力水槽的发展和应用
摘要：航天员执行出舱活动任务前在地面训练中必须使用的设施之一是中性浮力水槽。文中简要介绍了这 种水下失重模拟设施在美国载人航天计划中的发展和作用，并分析了在这些中性浮力水槽中完成的各种试 验研究及航天员训练，为我国载人航天工程后续任务中发展和使用同样的设施进行相关试验及训练提供借 鉴。
引言
除了美国和俄罗斯两个航天大国，中国、日本、
法国、欧航局等均建有中性浮力失重模拟设施，即
中性浮力水槽。美国建有多个中性浮力水槽并仍在 不断改建，扩大规模和改进性能。俄罗斯的中性浮
力水槽使用频度很高。中国的中性浮力水槽在技术
和规模上与俄罗斯的相当，堪称世界第三大失重模
拟水槽。世界各航天国家都在不断提高中性浮力模
拟试验的技术水平。由此可见，中性浮力水槽和中
性浮力模拟试验对于载人航天计划的重要性。 美国拥有的中性浮力水槽最多，主要有３个： 马歇尔航天中心的中性浮力模拟器（ＮＢＳ）；约翰
逊航天中心的失重环境训练设施（ＷＥＴＦ）和中性
浮力实验室（ＮＢＬ），１９９５年后改称桑尼卡特训练
中心。 １９６６年在双子星计划期间开始应用一项新的
训练技术——在中性浮力失重模拟设施内进行水
下模拟训练。从阿波罗计划开始，失重飞机和中性
浮力水槽都被应用于航天员的训练中。利用失重飞
机进行失重训练，真实度高，但模拟失重环境的时
间极短，飞一次抛物线仅可提供约３０秒的失重，
需要进行多次抛物线飞行，主要用于失重体验训 练。只有在巨大的中性浮力水槽内才能使航天员在 地面进行长时间的失重模拟训练，该训练设施具有
的６自由度模拟、无时间限制等优势可使航天员更
逼真地进行出舱活动模拟训练。
“双子星一９”任务的出舱航天员赛尔南通过 比较中性浮力水槽训练和真实太空飞行之后曾指
出：中性浮力水槽模拟在服装动力学和特定任务持 久性方面有优势，在身体姿态维持和身体疲劳度方
油田地面注水管道室内腐蚀模拟实验分析
２００６年第９期 内蒙古石油化工 ８９
油田地面注水管道室内腐蚀模拟实验分析
廖柯熹 ，张淮鑫 ，冯 刚。，甘元德。
（１．西南石油学院，成都Ｉ２．大港油田，天津；３．成都市都江堰天然气公司，成都）
摘要：在注水开发过程中，注入水质将不可避免地会造成地面注水管道腐蚀，造成管道腐蚀穿孔，
严重地降低注水管道舀勺利余强度、承压能力、利余寿命和安全运行可靠性。针对Ｘ５２、２０号钢材两种金属 材料，采用挂片失重分析方法，分析了胜利油田注水试验区块注水水质在不同腐蚀环境下的腐蚀程度，
为合理制定地面管线管理维护措施提供依据。 关键词：注水；管线Ｉ腐蚀Ｉ模拟实验
１前言 在注水开发过程中，处理后的注入水质如果达 不到标准要求，将会造成地面注水管道、油管乃至地
层的严重腐蚀［１］。同时，地面注水管道的腐蚀产物还 会造成管道腐蚀穿孔，严重地降低注水管道的剩余
强度、承压能力、剩余寿命和安全运行可靠性，同时 也增大了注水管道腐蚀检测、维修费用，缩短管道的
维修和更换周期，由此增大了投资和运行费用，干扰 了整个注水系统的正常运行。因此分析注水水质对
地面注水管道的腐蚀规律是研究注水水质对油田开 发影响评价及对策基础所在，这对制定注水水质标
准，降低管道维修和更换费用，提高注水管道可靠 性，减少注水系统投资和运行费用都具有重要的意
义。 ２注水管线室内腐蚀模拟实验 ２．１油田注水试验区块的选择 通过对高渗油田（孤东油田）、低渗油田（渤南三
区、营１１断块）的注入水的结垢及其对设备的腐蚀 研究、储层特征及敏感性分析，选取胜利油田渤三、
营１１区块作为开展注入水对地面管线影响评价研
究的试验区块。 ２．２ 实验方法 根据《金属材料均匀腐蚀全浸实验方法》
（ＧＢ１０１２４—８８）和中华人民共和国石油工业部部标
准ＳＹ５３２９—８８，实验针对地面管线主要采用的Ｘ５２、 ２Ｏ号钢两种管材，采用挂片失重分析方法，分析在 不同腐蚀环境下的管材腐蚀速率和腐蚀状况ｒ２］［ ， 根据试验区块水质条件确定实验基本腐蚀环境参
模拟失重对生物机能的影响研究进展
文章编号：１００９—２８１１（２００７）０１—４０—０６ 空军总医院学报２００７年第２３卷第１期
模拟失重对生物机能的影响研究进展
陈 英 ，李 岩 ，杨春敏。，毛高平。
（ 中国医科大学空军总医院研究生培养基地，北京１０００３６；。空军总医院消化内科）
关键词：失重模拟；综述［文献类型］
中图分类号：Ｒ８５２．２２ 文献标识码：Ａ
１ 前言
随着航天技术的发展，载人航天飞行的成功，人
类对外层空间和生命现象有了越来越深刻的认识，
可以说，对于外层空间的探索是人类历史上最伟大
的探索实践。４０多年的航天实践证实，空间飞行可
导致心血管功能障碍、骨质丢失、肌肉萎缩、免疫功
能下降、内分泌功能紊乱及空间运动病等多种生理
和病理变化。但无论失重在有机体生理、病理方面
的表现如何，其所有作用都是通过细胞个体、细胞内
部及细胞间的相互作用反映出来的。
２研究进展
２．１相关概念
２．１Ｉ １空间环境空间环境距离地球表面１００ ｋｍ
以外的环境称为空间环境，此环境中对动物体最主
要的影响因素是空间辐射、极端温度、高真空、微磁
场和航天器中所特有的微重力环境。搭载动物的航
天器围绕地球旋转时，理论上其内部为零重力，但由
于受到残余大气阻力、航天器自旋等因素影响，其内
部表现为微重力环境。
２．１．２微重力的概念和特性 在轨道上飞行的飞
行器，由于离心力与重力相平衡，其舱内物体处于接
近零重力的状态，即微重力状态。在微重力环境下，
由重力引起的自然对流基本消除，液体中浮力和液
体不同密度引起的组份分离和沉浮现象消失，液体
仅由表面张力约束，液滴悬浮无沉降，流体静压力消
失。微重力环境与人类生存的地球环境截然不同，
微重力环境对已适应地球重力影响的哺乳动物生物
机能的影响，已成为空间生命科学与空间细胞生物
收稿日期：２００６—１０—２４ 学研究的热点。
２．１．３失重模型有关失重对生物机体的研究，最
好将生物体置于宇宙空间飞行失重环境中进行。但
第四章 6超重与失重
第四章 6 超重与失重
问题
站在体重计上向下蹲，你会发现，在下蹲的过程中，体重计的示数先变小，后变大，再变小。当人静止后，保持某一数值不变。这是为什么呢？
重力的测量 在地球表面附近，物体由于地球的吸引而受到重力。测量重力常用两种方法：一种方法是，先测量物体做自由落体运动的加速度g，再用天平测量物体的质量，利用牛顿第二定律可得
G＝mg
另一种方法是，利用力的平衡条件对重力进行测量。将待测物体悬挂或放置在测力计上，使它处于静止状态。这时物体所受的重力和测力计对物体的拉力或支持力的大小相等，测力计的示数反映了物体所受的重力大小。这是测量重力最常用的方法。
超重和失重
人站在体重计上向下蹲的过程中，为什么体重计的示数会变化呢？
体重计的示数称为视重，反映了人对体重计的压力。根据牛顿第三定律，人对体重计的压力与体重计对人的支持力FN大小相等，方向相反。
如图4.6-1，选取人为研究对象。人体受到重力mg和体重计对人的支持力FN，这两个力的共同作用使人在下蹲的过程中，先后经历加速、减速和静止三个阶段。
设竖直向下方向为坐标轴正方向。 mg FN
v
图4.6-1 人加速向下运动的过程中（图4.6-2），根据牛顿第二定律，有
mg－FN＝ma
FN＝m（g－a）< mg
即体重计的示数所反映的视重（力）小于人所受的重力。
物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）小于物体所受重力的现象，叫作失重（weightlessness）现象。
同理，人减速向下运动的过程中（图4.6-3），加速度方向与运动方向相反，有
mg－FN＝－ma
FN＝m（g＋a）>mg
此时，体重计的示数大于人受到的重力。
物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）大于物体所受重力的现象，叫作超重（overweight）现象。
当人相对于体重计静止不动时，有
FN＝mg
思考与讨论
人站在力传感器上完成下蹲动作。观察计算机采集的图线。图4.6-4呈现的是某人下蹲过程中力传感器的示数随时间变化的情况。很明显，图线直观地描绘了人在下蹲过程中力传感器的示数先变小，后变大，再变小，最后保持某一数值不变的全过程。
名师教学设计《失重和超重》示范教学教案
教学设计
课题名称 失重和超重
学科年级 物理 高一 教材版本
一、教学目标设计
一．知识与技能
1、初步认识超重和失重现象；
2、分析并理解产生超重和失重现象的条件和实质；
3、能够运动牛顿运动定律分析超重和失重现象。
二．过程与方法
1.经历实验观察、实例探究讨论交流的过程，体验超重和失重现象；
2.经历实验和理论探究过程，体会科学探究的方法，领略运用牛顿运动定律解决实际问题的方法。
三．情感态度与价值观
1.体会生活中的超重和失重现象，生成“学以致用”的意识。
2.体验自主学习过程，养成乐于细心观察、勤于思考和相互交流的学习习惯和合作精神
二、教学重难点
教学重点：理解超重现象和失重现象的实质。
教学难点：运动牛顿第二定律和第三定律对超重和失重现象的实例分析
三、学情分析
通过前面的学习学生掌握了受力分析方法，学会了用牛顿运动定律分析问题。为本节学习打下了方法和知识基础。
四、教学内容分析
主要学习用牛顿第二定律理解失超重现象的本质，并能解释解决，生活中的失超重现象和问题。
五、教学方法设计
视频图片引入，复习相关知识，实验观察总结 练习巩固
六、教学过程设计
1用视频和图片展示生活中的失超重现象
2复习重力相关知识及测量方法
3做实验观察失超重现象
4引导学生用牛顿第二定律分析原因
5总结规律
6练习巩固
教师活动 学生活动 设计意图
一．导入新课：
播放视频：神舟六号发射过程；费俊龙太学生观看视频，初步了解超重和失重。 了解生活中物体重力空翻跟头图片。
(1) 2005年10月12日上午9点整，长征二号载着神舟六号，
(2) 并且也载着两位宇航员（费俊龙和聂海胜）顺利发射。
(3) 在升空过程中据航天专家介绍，“神六”的两位航天员
(4) 身体要承受相当他们自身重力4倍的重量。这是什么现象呢？
（2）当飞船进入太空后，宇航员在飞船中处于一种特殊的状态──漂浮，
（3）我们的宇航员费俊龙还即兴翻了两个跟头。这又是什么现象呢？
失重
物理学上的概念,即视重等于零的现象。
卫星中的物体与卫星做同样的圆周运动，重力（万有引力）充当向心力，这时，物体在卫星中就好像没有重力一样（实际上重力还在），不需要支持物提供支持力就可以相对卫星静止（视重为0）。
在电视看见里面的人和物飘在空中的现象就是完全失重现象。
完全失重现象-什么是失重
物体对支持物的压力小于物体所受重力的现象叫失重。也就是视重小于实际重力，当近地物体的加速度向下时，其实际视重小于实际重力我们就称其处于失重状态 当物体以加速度g向下加速运动时（自由落体）我们叫它完全失重状态。
拿起一个装满水的杯子，将杯口朝下，水却不流出来；突然一松手，杯子并没有往下掉，而是稳稳的停在半空中„„
完全失重现象下宇航员
影片《卧虎藏龙》中大侠们“腾云驾雾，飞檐走壁”的绝技在太空飞行中可是易如反掌，你只要轻轻一点脚，人就会腾空而起，在空中自由的飞来飞去，本领之大，超过人们的想象。
以上种种的现象就是人们通常所说的失重，它的机理是什么呢？
原来，当一切物体在进行航天飞行时，它们的重量都不见了，这种现象称为“失重”。首先应该指出的是，“失重”是指物体失去重量，而不是失去重力。重量是物体对其周围相接触的物体或介质所表现出来的作用力；重力则是地球（或其他天体）对物体的引力。重量与重力（引力）有联系，又有区别。重量消失（等于零），不等于重力或引力消失（等于零）。也就是可以说，失重就是零重量。
失重物体的特征：判断物体是否失重一个最重要的标志是，物体内部各部分、各质点之间没有相互作用力，即没有拉、压、剪切等任何应力。
完全失重现象-分析说明
太阳系内的宇宙飞船(或人造卫星)只受万有引力作用而运动的时候，它的质心相对太阳系质心坐标系这个惯性系的加速度A不为零，等于宇宙飞船受到的万有引力与质量之比,即等于飞船所在处的引力场强度.
以宇宙飞船的质心为原点,坐标轴指向某几颗遥远的恒星,这样建立的坐标系称为宇宙飞船质心坐标系.要在宇宙飞船质心坐标系中,对其中的或附近的质量为m的物体,应用牛顿第二定律,原则上应该引入等于(-mA)的惯性力.由于物体受到的万有引力(mA)跟惯性力(-mA)的矢量和正好为零.因此在宇宙飞船质心坐标系(坐标轴指向遥远的恒星)中，对宇宙飞船或里面的物体或附近的物体，应用非惯性系牛顿第二定律的时候,可以同时不考虑惯性力和万有引力.在这个非惯性系中,物体似乎失去了万有引力(实际上为惯性力所平衡),这种现象称为完全失重.
月球 [航天员返回地球之后]
月球 [航天员返回地球之后]
在一次欢迎航天飞机航天员返回的庆祝会上，一名女航天员正站在台上兴致勃勃地谈她的体会，忽然倒在地上，晕过去了。这种现象并不少见，约有20％的航天飞机航天员和80％的国际空间站航天员会在返回地球后出现头晕感觉或发生晕厥。长期太空飞行的空间站航天员往往是一着陆后就被人放到担架或座椅上，由航天医生护送他们到检查车。为什么会出现这样的情况?这是由于太空飞行降低了航天员的心血管调节功能，使他们在返回地球后不能适应地球的重力环境。科学家们正在积极寻找其引发的原因并采取措施来防止这种现象的发生。
你能站立多久?
选拔航天员时，要进行立位耐力检查。顾名思义，“立位耐力”就是人在安静站立时的耐受时间。如果你想知道自己的立位耐力，可以按照以下的方法试一试：背靠着墙站立，腿放松，不能动，看能坚持多久而不晕倒。如果能坚持20～30分钟以上，说明你的立位耐力较好。如果你站立不到10分钟就心发慌、面色苍白、出冷汗、恶心，甚至眼发黑或晕倒，则说明你的立位耐力很差。对于一般人来说，站立20分钟是不会晕倒的，只是在一些特殊情况下(如烈日下、浴室中)，有些心血管调节功能差的人才会晕倒。
可是，已经经过严格立位耐力选拔的航天员在返回地球后，为什么有的连站10分钟都坚持不了?为什么航天员在返回地球后不愿站立，宁愿躺着?这主要是由于太空的失重使航天员心血管调节功能下降所造成的。
体液头向转移
人在地球上站立时，由于重力的影响，上身的血液会向下身流动，一部分血液就储存在下肢静脉中，如果人体没有相应的调节机制，脑部血压将会下降，很容易晕倒。但是，人在长期的进化过程中，已逐渐适应地球的重力环境，在体内形成了一套完整、复杂的心血管调节功能。当人站立时，上身血压下降，刺激血管内的一些特殊感受器，它们发出信号，通过神经传到脑，脑就会发出指令，命令外周血管收缩，心跳加快，从而提高血压，保证脑和心脏的血液供应。所以，一般人站立时不会感觉不舒服或晕倒。
失重的实际应用
失重的实际应用
失重的实际应用
“失重”曾经是人类科技的神秘领域，它被视为探索空间的必要条件，也是宇航员进行长时间太空飞行的关键基础。近年来，随着技术的不断发展，失重技术不仅仅被应用于宇航员的训练和科研，还被广泛应用到地面实验、精密测量、医疗保健、文化娱乐等多个领域。
一、宇航员的失重训练
太空旅行是人类探索宇宙的必由之路，但在太空中，机体的内部工作方式和地球上大为不同，宇航员身处的环境限定了他们在空间站内必须经过完整的失重训练方能在无重力环境下顺利完成任务。这种训练的主要对象往往是宇航员的平衡、身体机能、保持卫星稳定以及熟练使用工具运动等技能的提高。宇航局在太空旅行执行计划前，一般都要进行一些模拟失重训练和模拟航天飞行的训练。
二、军事领域的应用
失重技术在军事领域也有着广泛的应用，主要应用在两个方面。首先，失重环境可以在某种程度上模拟火箭发射的加速和离心力条件，训练飞行员、探险家、潜水员等士兵快速适应消耗和微重力条件，提高其战斗力和战斗意志，实现连续作战的能力。其次，失重技术可以为军事装备提供大量测试条件，使得武器和工具的可靠性、防御力、故障情况等等得以更好的评估。
三、医疗保健
除了在宇航员和军队士兵的训练过程中应用失重技术，现如今失重技术还在医疗保健领域中得到了广泛的应用。很多物理治疗、运动治疗等以及针灸等疗法都需要有一个失重的环境，可以提供间断性的减少体重的效果，减轻患者的疼痛和症状，提高治疗质量。同时，失重技术还可以在医疗手术中发挥重要作用，可以为医生在手术前、中、后分别提供不同的可靠条件，使得其进行更为精准和准确的手术操作。
四、航空航天领域
失重技术在航空航天领域中被广泛应用，主要体现在以下几个方面。首先，失重技术可以为宇航员和太空站提供必要的偏移条件和反弹控制，以确保宇航员和太空舱的安全。其次，失重技术可以为航空加油、无人机控制、空中安全监测等领域提供必要的测试环境和模拟技术，提高空中运输的安全稳定性。最后，失重技术还可以为飞机、卫星和其他航空电子设备的设计和制造提供保证，确保产品质量和安全性。
超重与失重的判断方法
超重与失重的判断方法
在航天领域，超重和失重是两个非常重要的概念。超重指的是物体受到比正常重力更大的力，而失重则是物体受到的重力减小或者消失。在航天飞行中，正确地判断超重和失重对于飞行员和工程师来说至关重要。本文将介绍超重和失重的判断方法，希望能够帮助大家更好地理解和应对这两种状态。
首先，我们来谈谈超重的判断方法。在地面上，我们可以通过简单的物理实验来判断物体是否受到超重。比如，我们可以用一个弹簧秤来测量物体的重量，如果测量结果超过了物体的标准重量，那么这个物体就受到了超重。在航天飞行中，飞行员和工程师可以通过仪器来监测飞船所受到的重力，如果这个重力超过了地球表面的重力，那么飞船就处于超重状态。
接下来，我们来谈谈失重的判断方法。失重是航天飞行中常见的状态，当飞船进入太空轨道时，会受到失重状态的影响。在地面上，我们可以通过简单的实验来模拟失重状态，比如在电梯中自由落体。在航天飞行中，失重状态可以通过飞船内部的重力指示器来监测。当飞船进入失重状态时，物体会漂浮在空中，这时飞行员和工程师就需要特别注意飞船内部的安全问题。
总的来说，超重和失重是航天飞行中非常重要的概念，正确地判断这两种状态对于飞行员和工程师来说至关重要。通过本文介绍的超重和失重的判断方法，希望能够帮助大家更好地理解和应对这两种状态，确保航天飞行的安全顺利进行。
地面无重力实验室原理
地面无重力实验室原理
嘿，你有没有想过，在地面上怎么能模拟出无重力的环境呢？这听起来就像是科幻电影里的情节，但实际上，地面无重力实验室可是有着非常有趣的原理呢！
我记得我第一次听说地面无重力实验室的时候，我就像个好奇宝宝一样，满脑子都是问号。我跑去问我的科学老师，老师笑着说：“这就像是在陆地上造一片‘天空之海’呀。”当时我还不太理解，现在可算是有点明白了。
那地面无重力实验室到底是怎么做到的呢？其实呀，有一种方式是利用自由落体运动。你看，当一个物体在做自由落体的时候，它就会处于失重状态。就好比你从高高的跳台上跳水，在那一瞬间，你是不是感觉自己好像轻飘飘的？这就是类似的道理。
我有个朋友在参观了这样的实验室后，兴奋地跟我描述。他说，那些科学家们会把实验设备和需要进行实验的物体放在一个特殊的装置里，然后让这个装置做自由落体运动。在这个下落的过程中，里面的东西就像是在太空里一样，感受不到重力的影响。这就像是你把一个小虫子放在一个盒子里，然后让盒子快速掉下去，小虫子在盒子里就会暂时体验到一种无重力的奇妙感觉。
还有一种原理呢，是利用强磁场。你可以把这个想象成一种神奇的“磁魔法”。磁体之间的相互作用力可以抵消掉重力的影响。这就像是有一双无形的大手，把东西给托起来了，让它摆脱了重力的束缚。我曾经在一次科技展上看到过一个小演示，一个小金属球在强磁场的作用下，悬浮在空中，那场面可真是太酷了！这就有点像磁体在对金属球说：“嘿，重力算什么，我来保护你，让你飘起来。”
我在网上还看到一些关于地面无重力实验室的讨论呢。有人就说：“这是不是就意味着我们可以在地球上也能像宇航员一样体验无重力啦？”哈哈，从某种程度上来说，还真是这样。不过，这和在太空中真正的无重力还是有一些区别的。在太空里，那是真正的长时间处于无重力环境，而地面上的无重力实验室，只是在特定的时间段和条件下模拟无重力。
再来说说风洞。风洞可不仅仅是用来测试飞机模型的空气动力学性能的哦。在地面无重力实验室里，风洞也能发挥大作用。通过特殊的气流控制，让物体在风洞中处于一种平衡状态，就好像是在一个没有重力的世界里一样。这就像是风在和物体玩一个平衡游戏，“我给你足够的力量，让你能摆脱重力这个小怪兽。”