2019-2020版新教材高中物理 第四章 第6节 超重和失重课件 新人教版必修第一册

第6节超重和失重核心素养物理观念科学思维科学态度与责任1.知道重力测量的两种方法。2.认识超重、失重现象，会根据产生条件判断超重、失重现象。通过实验会分析超重、失重现象产生的原因。观察体会生活中的超、失重现象，会用物理知识分析生产、生活中的超重、失重现象。知识点一重力的测量方法一：先测量物体做自由落体运动的，再用测量物体的质量，利用牛顿第二定律可得G＝mg。方法二：利用对重力进行测量。加速度g天平力的平衡条件知识点二超重和失重[观图助学]1.视重：人站在体重计上时，体重计的称为视重。2.超重现象(1)定义：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)物体所受重力的现象。(2)产生条件：物体具有竖直的加速度。示数大于向上3.失重现象(1)定义：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)物体所受重力的现象。(2)产生条件：物体具有竖直的加速度。4.完全失重状态(1)定义：物体对支持物(或悬挂物)完全没有作用力的现象。物体的重力始终存在，大小没有变化。(2)产生条件：a＝，方向。小于向下g竖直向下[思考判断](1)超重就是物体受到的重力增加了。()(2)完全失重就是物体不受重力了。()(3)超重和失重可根据物体速度方向判定。()(4)超重和失重可根据物体的加速度方向判定。()×××√对超重和失重现象的理解人站在体重计上静止时，体重计的示数就显示了人的体重。人从站立状态到完全蹲下，体重计的示数如何变化？为什么会发生这样的变化？答案人在下蹲的过程中，重心下移，即向下做先加速后减速的运动，加速度的方向先向下后向上，所以人先处于失重状态再处于超重状态，最后处于平衡状态，体重计的示数先减小后增大，最后等于重力G。[观察探究]核心要点[探究归纳]1.超重现象(1)产生条件：物体具有向上的加速度。(2)运动形式：向上加速运动或向下减速运动。2.失重现象(1)产生条件：物体具有向下的加速度。(2)运动形式：向上减速运动或向下加速运动。3.完全失重状态(1)产生条件：物体具有竖直向下的加速度。(2)运动形式：向上减速或向下加速，且a＝g。在不计空气阻力的条件下，做自由落体运动和竖直上抛运动的物体，处于完全失重状态。4.对超重、失重的“三点”理解(1)物体处于超重还是失重状态，只取决于加速度的方向，与物体的运动方向无关。(2)发生超重和失重时，物体所受的重力并没有变化。(3)在完全失重状态下，由重力引起的现象将消失。例如：液体的压强、浮力将为零，水银压强计、天平将无法使用；摆钟停摆；弹簧测力计不能测重力等。[试题案例][例1](多选)下列有关超重与失重的说法正确的是()A.体操运动员双手握住单杠吊在空中不动时处于失重状态B.蹦床运动员在空中上升和下落过程中都处于失重状态C.举重运动员在举起杠铃后不动的那段时间内处于超重状态D.不论是超重、失重或是完全失重，物体所受的重力都没有发生改变解析体操运动员双手握住单杠吊在空中不动时单杠对他的拉力等于运动员的重力，运动员既不处于超重状态也不处于失重状态，A错误；蹦床运动员在空中上升和下落过程中只受重力，加速度大小等于当地的重力加速度，方向竖直向下，即处于失重状态，B正确；举重运动员在举起杠铃后不动的那段时间内地面对他和杠铃的支持力等于他和杠铃的重力，运动员和杠铃既不处于超重状态也不处于失重状态，C错误；不论是超重、失重或是完全失重，物体所受的重力都没有发生改变，D正确。答案BD温馨提示(1)无论超重、失重、完全失重，变化的只是视重，实际重力不变。(2)决定超重还是失重的是加速度的方向，与速度方向无关。[例2]在升降电梯内的地面上放一体重计，电梯静止时，晓敏同学站在体重计上，体重计示数为50kg。电梯运动过程中，某一段时间内晓敏同学发现体重计示数如图所示，则在这段时间内()A.晓敏同学所受的重力变小了B.晓敏同学对体重计的压力小于体重计对晓敏的支持力C.电梯一定在竖直向下运动D.电梯的加速度大小为g5，方向一定竖直向下答案D解析在这段时间内晓敏处于失重状态，体重计示数变小，是由于晓敏对体重计的压力变小了，而她的重力没有改变，A错误；晓敏对体重计的压力与体重计对晓敏的支持力是一对作用力与反作用力，大小一定相等，B错误；以竖直向下为正方向，有mg－F＝ma，即50g－40g＝50a，解得a＝g5，加速度方向竖直向下，但运动方向可能是竖直向上，也可能是竖直向下，C错误，D正确。规律总结超重、失重和运动状态的关系方法口诀：超重与失重，全由a的方向定，向上为超重，向下为失重。[针对训练1]应用物理知识分析生活中的常见现象，可以使物理学习更加有趣和深入。例如平伸手掌托起物体，由静止开始竖直向上运动，直至将物体抛出。对此现象分析正确的是()A.手托物体向上运动的过程中，物体始终处于超重状态B.手托物体向上运动的过程中，物体始终处于失重状态C.在物体离开手的瞬间，物体的加速度大于重力加速度D.在物体离开手的瞬间，手的加速度大于重力加速度解析物体由静止开始向上运动时，物体和手掌先一起向上加速，物体处于超重状态，之后在物体和手掌分离前，向上减速，物体处于失重状态，故A、B均错误；当物体和手分离时，二者速度相同，又因均做减速运动，故分离条件为a手＞a物，分离瞬间物体的加速度等于重力加速度，而手的加速度大于重力加速度，选项D正确，C错误。答案D根据超重、失重现象判断物体的运动情况或受力情况[要点归纳]超重、失重的比较核心要点特征状态加速度视重(F)与重力的关系运动情况受力图平衡a＝0F＝mg静止或匀速直线运动超重向上F＝m(g＋a)＞mg向上加速或向下减速失重向下F＝m(g－a)＜mg向下加速或向上减速完全失重向下a＝gF＝0抛体运动、自由落体运动、卫星的运动等[试题案例][例3]如图所示，一人站在电梯中的体重计上，随电梯一起运动。下列各种情况中，体重计的示数最大的是()A.电梯匀减速上升，加速度的大小为1.0m/s2B.电梯匀加速上升，加速度的大小为1.0m/s2C.电梯匀减速下降，加速度的大小为0.5m/s2D.电梯匀加速下降，加速度的大小为0.5m/s2解析选项A，电梯匀减速上升，加速度向下，由牛顿第二定律有mg－F1＝ma1，解得F1＝m(g－a1)；选项B，电梯匀加速上升，加速度向上，由牛顿第二定律有F2－mg＝ma2，解得F2＝m(g＋a2)；选项C，电梯匀减速下降，加速度向上，由牛顿第二定律有F3－mg＝ma3，解得F3＝m(g＋a3)；选项D，电梯匀加速下降，加速度向下，由牛顿第二定律有mg－F4＝ma4，解得F4＝m(g－a4)。由题意知，a1＝a2＝1.0m/s2，a3＝a4＝0.5m/s2，故F2最大，选项B正确。答案B[例4]放在电梯地板上的一个木箱，被一根处于伸长状态的水平弹簧拉着，处于静止状态(如图所示)，某时刻发现木箱突然被弹簧拉动，据此可判断出电梯的运动情况可能是()A.匀速上升B.加速上升C.减速上升D.减速下降解析木箱突然被拉动，表明木箱所受摩擦力变小了，即木箱与地板之间的弹力变小了，重力大于弹力，木箱所受合力向下，处于失重状态，选项C正确。答案C方法技巧判断超重和失重的方法从受力的角度判断当物体所受向上的拉力(或支持力)大于重力时，物体处于超重状态；小于重力时，物体处于失重状态；等于零时，物体处于完全失重状态从加速度的角度判断当物体具有向上的加速度时，物体处于超重状态；具有向下的加速度时，物体处于失重状态；向下的加速度a＝g时，物体处于完全失重状态从速度变化的角度判断①物体向上加速或向下减速时，超重②物体向下加速或向上减速时，失重(1)该物体的重力是多少？电梯在超重和失重时物体的重力是否变化？(2)求出电梯在超重和失重时的最大加速度分别是多大？[针对训练2]在电梯中，把一重物置于台秤上，台秤与力传感器相连，当电梯从静止起加速上升，然后又匀速运动一段时间，最后停止运动时，传感器的荧屏上显示出其受的压力与时间的关系图像如图所示。试由此图回答问题：(g取10m/s2)解析(1)根据题意知，在4～18s时间内，物体随电梯一起匀速运动，由平衡条件及牛顿第三定律知：台秤受的压力和物体的重力相等，即G＝30N；根据超重和失重的本质知物体的重力不变(2)超重时：台秤对物体的支持力最大为50N，由牛顿第二定律得a1＝F合m＝50－303m/s2≈6.67m/s2，方向竖直向上。失重时：台秤对物体的支持力最小为10N，由牛顿第二定律得a2＝F合′m＝30－103m/s2≈6.67m/s2，方向竖直向下。答案(1)30N不变(2)6.67m/s2方向竖直向上6.67m/s2方向竖直向下科学态度与责任——宇航员的太空生活由于人在太空中处于完全失重状态，生活环境与地球表面的生活环境迥然不同，因此，在太空中的衣、食、住、行与地面不同，会带来许多惊险和奇趣。一、住——密封座舱密封座舱是载人航天器上最基本的也是最根本的生命设施。太空中的强辐射就像原子弹爆炸时所产生的辐射一样，破坏人体的细胞组织；高速飞行的微流星体撞击，能置人于死地；人体暴露在高度真空中，不仅仅是缺氧窒息的问题，还可能导致体液沸腾而迅速死亡。密封座舱的舱壁，可以防止辐射和微流星体对人的伤害，座舱中的空气可以使人不受真空的伤害。二、吃——太空食品在航天器的密封座舱中进食既有情趣，又有危险。可把食物和饮料悬在空中，用嘴一口一口咬或吸食，而双手仍然可以做其他事情。但食物碎渣会到处飘飞，迷眼钻鼻，还会损坏仪器设备。因此，在早期的航天活动中，将食物做成糊状，装在软管中，食用时，像挤牙膏一样往嘴里挤。现在的航天食物和进食方法已与地面上差不多了。食物稍带黏性，可以黏在盘子中不飞走，而盘子可以固定在餐桌上。三、睡在航天器的密封座舱中睡觉特别方便，不管什么姿势，不管什么地方，都可以睡。但是，为了安全，应该钻进睡袋中，并将睡袋固定住，不然，睡袋到处飘飞，最后每个人都会挤到通风口，而当航天器加速或减速时，可能会被舱壁和仪器设备碰伤。还要带上眼罩和耳罩，以免快速交替的日夜节奏和仪器设备发出的声音影响睡眠。手臂要放进睡袋中，以免被卷进机器或碰着仪器设备的开关，在太空失重环境中，头和四肢有与躯体分离的感觉。四、衣——舱外活动航天服舱外活动航天服不仅应具备密封座舱的全部功能，而且还要增加太空行走和通信设备，那就是航天服背部的喷气背包和通信背包。喷气背包可以向上、下、左、右、前、后六个方向喷气，航天员靠喷气的反作用力移动。在太空中，真空条件下不能传播声音，近在咫尺也要靠通讯背包通信。五、行在航天器的密封座舱中行走非常省力和方便，只要用躯体的任何部位碰一下任何物体，反作用力就可把人推到任何位置上。用四肢划动空气，反作用力也会使人前进。[针对训练1](多选)如图是我国长征火箭把载人神舟飞船送上太空的情景，宇航员在火箭发射与飞船回收的过程中均要经受超重与失重的考验，下列说法正确的是()A.火箭加速上升时，宇航员处于失重状态B.飞船加速下落时，宇航员处于失重状态C.飞船落地前减速，宇航员对座椅的压力大于其重力D.火箭上升的加速度逐渐减小时，宇航员对座椅的压力小于其重力解析火箭加速上升时，加速度向上，对宇航员有FN－mg＝ma，则FN＝mg＋ma＞mg，所以宇航员处于超重状态，上升的加速度逐渐减小时，宇航员对座椅的压力也大于重力，选项A、D错误；加速下落时，加速度向下，对宇航员有mg－FN＝ma，则FN＝mg－ma＜mg，所以宇航员处于失重状态，落地前减速，加速度方向向上，宇航员对座椅的压力大于其重力，选项B、C正确。答案BC[针对训练2]如图所示，A、B两人用安全带连接在一起，从飞机上跳下进行双人跳伞运动，降落伞未打开时不计空气阻力。下列说法正确的是()A.在降落伞未打开的下降过程中，安全带的作用力一定为零B.在降落伞未打开的下降过程中，安全带的作用力大于B的重力C.在降落伞未打开的下降过程中，安全带的作用力等于B的重力D.在降落伞打开后减速下降过程中，安全带的作用力小于B的重力解析据题意，降落伞未打开时，A、B两人一起做自由落体运动，处于完全失重状态，则A、B之间安全带的作用力为零，选项A正确，选