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

第6节超重和失重课标要求1.知道测量重力的两种方法。2.知道超重、失重和完全失重现象，会根据条件判断超重、失重现象。3.掌握处理滑块与滑板模型问题。一、重力的测量1．填一填(1)方法一：先测量物体做自由落体运动的，再用天平测量物体的，利用可得G＝mg。(2)方法二：将待测物体悬挂或放置在测力计上，使它处于状态，根据力的可得重力等于测力计的示数，即G＝F。加速度g牛顿第二定律静止平衡条件2．判一判(1)物体的重力大小G＝mg是根据牛顿第二定律确定的。()(2)弹簧测力计测量重力时其示数一定等于物体的重力大小。()(3)人站在体重计上静止不动时视重等于重力。()√×√质量3．想一想我们测量体重时，站在台秤上应保持什么状态？提示：应保持静止状态。二、超重和失重1．填一填超重定义：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产生条件：物体具有的加速度失重定义：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产生条件：物体具有的加速度完全失重定义：物体对支持物(或悬挂物)完全没有作用力产生条件：物体的加速度a＝g大于向上小于向下2．判一判(1)物体处于超重状态时重力增大了。()(2)物体处于失重状态时重力减小了。()(3)物体处于超重或失重状态时，物体的重力没有变化。()(4)做自由落体运动的物体处于完全失重状态。()××√√3．想一想在乘竖直升降电梯上下楼时，你是否有这样的感觉：在电梯里上楼时，开始时觉得自己有“向下坠”的感觉，好像自己变重了，快到楼顶时又觉得自己有“向上飘”的感觉，好像自己变轻了。下楼时，在电梯里，开始觉得有种“向上飘”的感觉，背的书包也感觉变“轻”了，快到楼底时，觉得自己有种“向下坠”的感觉，背的书包也似乎变“重”了。(1)电梯向上启动瞬间加速度方向如何？人处于超重还是失重状态？提示：竖直向上，超重。(2)电梯向上将要到达目的地减速运动时加速度方向如何？人处于超重还是失重状态？提示：竖直向下，失重。(3)若电梯下降启动的瞬间或到达楼底前减速运动时，人处于超重还是失重状态？提示：向下启动瞬间，加速度向下，失重；向下减速运动时加速度向上，超重。突破点一对超重和失重的理解[学透用活]1．重力与视重的区别(1)重力：物体所受重力不会因物体运动状态的改变而变化。(2)视重：当物体竖直悬挂在弹簧测力计下或放在水平台秤上时，弹簧测力计或台秤的示数称为“视重”，大小等于弹簧测力计所受的拉力或台秤所受的压力。2．平衡、超重、失重、完全失重状态的比较受力图运动情况视重(F)与重力关系加速度特征状态自由落体运动、抛体运动、沿圆轨道运行的卫星F＝0a＝g完全失重向下加速，向上减速F＝m(g－a)mg(ag)向下失重向上加速，向下减速F＝m(g＋a)mg向上超重静止或匀速直线运动F＝mga＝0平衡[特别提醒]在完全失重状态下，平常由重力产生的一切物理现象都会消失。例如：单摆停止摆动、液体对器壁没有压强、浸在液体中的物体不受浮力等；工作原理与重力有关的仪器也不能再使用，如天平、液体气压计等，注意弹簧测力计不能测量重力，但可以测量拉力等。[典例1]一人站在体重计上。当他静止时台秤指针指在45kg刻度处。则在他快速蹲下不动的整个过程中，台秤指针()A．一直指在大于45kg刻度处B．一直指在小于45kg刻度处C．先指在大于45kg刻度处，后指在小于45kg刻度处，最后指在等于45kg刻度处D．先指在小于45kg刻度处，后指在大于45kg刻度处，最后指在等于45kg刻度处[解析]人先是加速下降，有向下的加速度，此时人对体重计的压力小于重力，后是减速下降，有向上的加速度，此时人对体重计的压力大于重力，蹲下不动时人对体重计的压力等于重力，故显示视重先变小后变大最后不变，则读出的重量先小于45kg，后大于45kg，最后等于45kg；所以A、B、C错误，D正确。[答案]D[规律方法]判断超重、失重状态的方法(1)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，小于重力时处于失重状态，等于零时处于完全失重状态。(2)从加速度的角度判断：当物体具有向上的加速度时处于超重状态，具有向下的加速度时处于失重状态，向下的加速度为g时处于完全失重状态。(3)注意：超重、失重与物体的运动方向即速度方向无关。[对点练清]1．如图，跳高运动员起跳后向上运动，越过横杆后开始向下运动，则运动员越过横杆前、后在空中所处的状态分别为()A．失重、失重B．超重、超重C．失重、超重D．超重、失重解析：运动员在空中的过程中，加速度总是竖直向下的重力加速度g，则运动员越过横杆前、后在空中所处的状态都是完全失重状态，故选A。答案：A2．[多选]有一种大型娱乐器械可以让人体验超重和失重，其环形座舱套在竖直柱子上(如图所示)，由升降机送上几十米的高处，然后让座舱自由下落。落到一定位置时，制动系统启动，座舱做减速运动，到地面时刚好停下。下列说法正确的是()A．座舱自由下落的过程中人处于超重状态B．座舱自由下落的过程中人处于失重状态C．座舱减速下落的过程中人处于超重状态D．座舱下落的整个过程中人处于失重状态解析：在自由下落的过程中人只受重力作用，做自由落体运动，处于失重状态，故选项A错误，B正确；在减速运动的过程中人受重力和座位对人向上的支持力，做减速运动，所以加速度向上，人处于超重状态，故选项C正确，D错误。答案：BC3.如图所示，一个盛水的容器底部有一小孔，静止时用手指堵住小孔不让它漏水。假设容器在下述几种运动过程中始终保持平动，且忽略空气阻力，则下列说法正确的是()A．容器自由下落时，小孔向下漏水B．将容器竖直向上抛出，容器向上运动时，小孔向下漏水；容器向下运动时，小孔不向下漏水C．将容器水平抛出，容器在运动中小孔向下漏水D．将容器斜向上抛出，容器在运动中小孔不向下漏水解析：题中几种运动，对整体分析，都只受重力作用，运动加速度为g，方向向下，容器中的水处于完全失重，对容器底部无压力，故在底部的小孔处水不会漏出。故D正确，A、B、C错误。答案：D突破点二超重和失重现象的应用[学透用活]超重和失重现象的应用，实质上就是牛顿第二定律的应用，解题的一般思路：(1)分析物体运动的加速度方向；(2)判断物体处于超重状态还是失重状态；(3)对物体进行受力分析；(4)利用牛顿第二定律分析和求解。[典例2]质量是60kg的人站在升降机中的体重计上，如图所示。重力加速度g取10m/s2，当升降机做下列各种运动时，求体重计的示数。(1)匀速上升；(2)以4m/s2的加速度加速上升；(3)以5m/s2的加速度加速下降。[解析](1)匀速上升时，由平衡条件得：FN1＝mg＝600N，由牛顿第三定律得：人对体重计压力为600N，即体重计示数为600N。(2)以a1＝4m/s2的加速度加速上升时，由牛顿第二定律得：FN2－mg＝ma1，FN2＝mg＋ma1＝840N由牛顿第三定律得：人对体重计压力为840N，即体重计示数为840N。(3)以a2＝5m/s2的加速度加速下降时，由牛顿第二定律得：mg－FN3＝ma3，FN3＝mg－ma3＝300N，由牛顿第三定律得：人对体重计压力为300N，即体重计示数为300N。[答案](1)600N(2)840N(3)300N[对点练清]4.[多选]如图所示，电梯的顶部挂一个弹簧秤，秤下端挂了一个质量为1kg的重物，电梯匀速直线运动时，弹簧秤的示数为10N。在某时刻电梯中的人观察到弹簧秤的示数变为12N。关于电梯的运动，以下说法正确的是(g取10m/s2)了()A．电梯可能向上加速运动，加速度大小为2m/s2B．电梯可能向下加速运动，加速度大小为4m/s2C．电梯可能向上减速运动，加速度大小为4m/s2D．电梯可能向下减速运动，加速度大小为2m/s2解析：电梯匀速直线运动时，弹簧秤的示数为10N，知重物的重力等于10N；在某时刻电梯中的人观察到弹簧秤的示数变为12N，对重物有：F－mg＝ma，解得a＝2m/s2，方向竖直向上，则电梯的加速度大小为2m/s2，方向竖直向上，电梯可能向上做加速运动，也可能向下做减速运动，故A、D正确，B、C错误。答案：AD5．[多选]如图所示，是某同学站在压力传感器上，做下蹲—起立的动作时记录的压力随时间变化的图线。由图线可知()A．该同学体重约为650NB．该同学做了两次下蹲—起立的动作C．该同学做了一次下蹲—起立的动作，且下蹲后约2s起立D．下蹲过程中人先处于超重状态后处于失重状态解析：由题图可知该同学体重约为650N，A正确。人下蹲动作有失重和超重两个过程，先是加速下降，失重，到达一个最大速度后再减速下降，超重，故下蹲时应先失重再超重。起立时应先超重再失重，由对应图像可知，该同学做了一次下蹲—起立的动作，B、D错误。由图像看出两次超重的时间间隔约为2s，这就是该同学蹲下后持续的时间，C正确。答案：AC6.如图所示为东方明珠广播电视塔，是上海的标志性文化景观之一，塔高约468米。游客乘坐观光电梯大约1min就可以到达观光平台。若电梯简化成只受重力与绳索拉力，已知电梯在t＝0时由静止开始上升，其加速度a与时间t的关系如图所示。下列相关说法正确的是()A．t＝6s时，电梯处于失重状态B．7～53s时间内，绳索拉力最小C．t＝59s时，电梯处于超重状态D．t＝60s时，电梯速度恰好为0解析：根据a­t图像可知当t＝6s时刻电梯的加速度向上，电梯处于超重状态，故A错误；53～55s时间内，加速度的方向向下，电梯处于失重状态，绳索的拉力小于重力；而7～53s时间内，a＝0，电梯处于平衡状态，绳索拉力等于电梯的重力，应大于电梯失重时绳索的拉力，所以这段时间内绳索拉力不是最小，故B错误；t＝59s时，电梯减速向上运动，a＜0，加速度方向向下，电梯处于失重状态，故C错误；根据a­t图像与坐标轴所围的面积表示速度的变化量，由几何知识可知，60s内a­t图像与坐标轴所围的面积为0，所以速度的变化量为0，而电梯的初速度为0，所以t＝60s时，电梯速度恰好为0，故D正确。答案：D突破点三滑块与滑板模型[学透用活]1．模型概述：一个物体在另一个物体表面上发生相对滑动，两者之间有相对运动，可能发生同向相对滑动或反向相对滑动。问题涉及两物体的运动时间、速度、加速度、位移等各量的关系。2．滑块——滑板模型的三个基本关系位移关系速度关系加速度关系滑块和滑板向相反方向运动时，它们的相对滑行距离等于它们的位移之和滑块和滑板向同一方向运动时，它们的相对滑行距离等于它们的位移之差滑块与滑板之间发生相对运动时，二者速度不相同，明确滑块与滑板的速度关系，从而确定滑块与滑板受到的摩擦力情况。应注意摩擦力发生突变的情况滑块与滑板保持相对静止时，二者速度相同，分析清楚此时的摩擦力作用情况如果滑块与滑板之间发生相对运动，应采用“隔离法”分别求出滑块与滑板运动的加速度。应注意发掘滑块与滑板是否发生相对运动等隐含条件滑块与滑板保持相对静止，可以用“整体法”求出它们一起运动的加速度[典例3]如图所示，在光滑的水平地面上有一个长为0.64m、质量为4kg的木板A，在木板的左端有一个质量为2kg的小物体B，A、B之间的动摩擦因数为μ＝0.2，当对B施加水平向右的力F＝10N作用时，经过多长的时间可将B从木板A的左端拉到右端？(设A、B间的最大静摩擦力大小与滑动摩擦力大小相等，g取10m/s2)[思路点拨](1)物体A、B都做初速度为零的匀加速直线运动，但它们的加速度不相等。(2)抓住“将B从木板A的左端拉到右端”的隐含条件：二者的位移满足：xB－xA＝L。[解析]物体A、B间的摩擦力f＝μmBg＝4N以B为研究对象，根据牛顿第二定律得：F－f＝mBaB，则aB＝F－fmB＝3m/s2以A为研究对象，根据牛顿第二定律：f′＝mAaA，得aA＝1m/s2。设将B从木板的左端拉到木板右端所用时间为t，A、B在这段时间内发生的位移分别为xA和xB，其关系如图所示，则有xA＝12aAt2xB＝12aBt2xB－xA＝L，由以上各式解得t＝0