2019-2020学年高中物理 第6章 力与运动 第4节 超重与失重课件 鲁科版必修1

第4节超重与失重1.知道什么是超重现象，什么是失重现象．2．知道产生超重与失重现象的条件，理解超重和失重现象的实质．3．会用牛顿第二定律求解超重和失重问题.1.什么是超重和失重以及产生超重和失重现象的条件是本节的重点．2．运用牛顿运动定律对超重和失重现象的分析是本节的难点．对完全失重现象的理解是本节的另一个难点.抓主干新知预习探究破疑难核心要点突破练技巧综合拓展提升提素能随堂巩固演练练能力高效知能检测一、超重现象1．定义：物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)物体所受重力的现象，就叫超重．2．超重的条件：物体具有的加速度．大于竖直向上二、失重现象1．定义：物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)物体所受重力的现象就叫失重．2．失重的条件：物体具有的加速度．3．完全失重：当物体以加速度g加速下降时，物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)等于零的现象，就叫处于完全失重状态．小于竖直向下发生超重与失重时，物体的重力发生变化了吗？超重、失重的实质是什么？提示：物体的重力称为实重，物体对水平支持物的压力或对悬挂物的拉力称为视重．超重与失重现象仅仅是一种表象，看起来好像是重力变大或变小了，实际上重力没有变，是视重发生了变化．所以超重、失重的实质是视重的变化，而不是实重的变化，超重、失重的实质是弹力变化后与重力比较，比重力大为超重，比重力小为失重．对超重的理解1．从拉力的角度看超重：超重时物体受到的竖直悬绳(或测力计)的拉力或水平支撑面(或台秤)的支持力大于重力．好像重力变大了，正是由于这样的原因把这种现象定义为“超重”．2．从加速度的角度看超重：根据牛顿第二定律，处于超重状态的物体的加速度方向向上(如图)，这是物体超重的条件，也是判断物体超重与否的依据．3．从速度的角度看超重：只要加速度向上物体就处于超重状态，其速度可以向上也可以向下．常见的超重状态有两种：加速向上或减速向下运动．4．从重力的角度看超重：物体的重力大小由物体的质量和当地的重力加速度决定，超重或失重时重力不会发生变化，变化的是与重力有关的现象．[特别提醒]当物体的加速度具有竖直向上的分量时，出现超重现象，与运动方向无关．[典例1]据报道，我国航天第一人杨利伟的质量为63kg(装备质量不计，g＝9.8m/s2)．求：(1)假设飞船以8.6m/s2的加速度竖直上升，这时他对坐椅的压力多大？(2)杨利伟训练时承受的压力可达到8个G，这表示什么意思？(3)当飞船返回地面，减速下降时，请你判断一下杨利伟应该有什么样的感觉．[思路点拨]超重的实质是牛顿第二定律在竖直方向上的应用，分析此类问题要以牛顿第二定律为依据．[尝试解答](1)以杨利伟为研究对象，受力分析如图所示，由牛顿第二定律得：N－mg＝ma，N＝mg＋ma＝1159.2N.由牛顿第三定律可知：他对坐椅的压力与坐椅对他的支持力大小相等，方向相反，即N′＝N＝1159.2N.(2)杨利伟训练时承受压力可达8个G，即N＝8G＝8mgmg，处于超重状态．此时加速度：N－mg＝ma，即：8mg－mg＝ma，a＝7g.因此，杨利伟可承受以7g的加速度加速上升或减速下降时的压力．(3)当飞船返回地面时，减速下降．加速度方向向上，处于超重状态．飞船对脚的支持力增大，由牛顿第三定律知，脚对飞船压力增大．故双脚有明显压迫感，由于处于超重状态，头部血压降低，因此可能出现头晕等现象．[答案](1)1159.2N(2)杨利伟可承受以7g的加速度加速上升或减速下降的压力(3)双脚有压迫感，可能头晕1.在“探究超重与失重的规律”实验中，得到了如右图所示的图线．图中的实线所示是某同学利用力传感器悬挂一个砝码在竖直方向运动时，数据采集器记录下的力传感器中拉力的大小变化情况．从图中可以知道该砝码的重力约为________，A、B、C、D四段图线中砝码处于超重状态的为________．解析：静止或匀速时，传感器的拉力大小等于重力，为4N；在A和D两处，拉力大于重力，为超重．答案：4N；A、D对失重的理解1．从拉力的角度看：失重时物体受到的竖直悬绳(或测力计)的拉力或水平支撑面(或台秤)的支持力小于重力．好像重力变小了，正是由于这样的原因把这种现象定义为“失重”．2．从加速度的角度看：根据牛顿第二定律，处于失重状态的物体的加速度方向向下(a≤g，如图)，这是物体失重的条件，也是判断物体失重与否的依据．3．从速度的角度看：只要加速度向下物体就处于失重状态，其速度可以向上也可以向下．常见的失重状态有两种：加速向下或减速向上运动．4.物体处于完全失重状态(a＝g)时，重力全部产生加速度，不再产生压力(如图)，平常一切由重力产生的物理现象都会完全消失，如单摆停摆、天平失效、浸在水中的物体不再受浮力、液体柱不再产生压强等．[特别提醒]当物体的加速度具有竖直向下的分量时，出现失重现象，与运动的方向无关．[典例2]如图所示，某同学蹲在台秤上不动，此时台秤上的示数为50kg，她将台秤搬到电梯中仍然蹲在台秤上不动，电梯运动后，该同学看到台秤上的示数为40kg不变，请你帮助她分析一下电梯的运动情况．(g取10m/s2)[思路点拨]先明确物体加速度的大小和方向，利用牛顿第二定律，列方程求解．[规范解答]以人为研究对象，受力分析如图静止时N＝mg人的质量为m＝Ng＝50kg在电梯中，设加速度为a，向下为正方向，根据牛顿第二定律可得mg－N′＝ma解得a＝2m/s2物体做的运动为：以a＝2m/s2加速度为向下的做加速运动或者以a＝2m/s2加速度为向上的做减速运动．[答案]以a＝2m/s2向下加速运动或者以a＝2m/s2向上的减速运动．1．超重不是重力增大，失重不是重力减小，完全失重也不是重力消失．2．超重、失重现象中物体的重力是不变的，我们看到的是物体对绳的拉力或对支持物的压力或减小或增大或等于零，即“视重”发生了变化．3．判断超重或失重要看物体的加速度方向，切记与物体的运动方向无关，可用“上超下失”判断，上是指加速度方向向上，下是指加速度方向向下．4．对不在竖直方向的加速度，要先将加速度沿水平方向和竖直方向分解．2.如图所示，A、B两物块叠放在一起，当把A、B两物块同时从静止自由释放时(不计空气阻力)，则()A．A的加速度小于gB．B的加速度大于gC．A、B之间的相互作用力不为零D．A、B均处于完全失重状态解析：A、B两物块均做自由落体运动，均处于完全失重状态．答案：D一质量为m＝40kg的小孩在电梯内的体重计上，电梯从t＝0时刻由静止开始上升，在0到6s内体重计示数F的变化如图所示．试问：在这段时间内电梯上升的高度是多少？取重力加速度g＝10m/s2.[思路点拨]解决这类问题首先要判断物体的运动状态，根据运动状态的变化确定物体加速度的方向，然后判断物体是处于超重还是失重状态．[规范解答]由图可知，在0～2s内，体重计的示数大于mg，故电梯应做向上的加速运动．设在这段时间内体重计作用于小孩的力为N1，电梯及小孩的加速度为a1，根据牛顿第二定律，得N1－mg＝ma1在这段时间内电梯上升的高度h1＝12a1t21在2～5s内，体重计的示数等于mg，故电梯应做匀速上升运动，速度为t1时刻的电梯的速度，即v1＝a1t1，在这段时间内电梯上升的高度h2＝v1(t2－t1)在5～6s内，体重计的示数小于mg，故电梯应做减速上升运动．设这段时间内体重计作用于小孩的力为N2，电梯及小孩的加速度为a2，由牛顿第二定律，得：mg－N2＝ma2在这段时间内电梯上升的高度h3＝v1(t3－t2)－12a2(t3－t2)2电梯上升的总高度h＝h1＋h2＋h3，代入数据解得h＝9m.[答案]9m1．关于超重和失重，下列说法中正确的是()A．超重就是物体受的重力增加了B．失重就是物体受的重力减小了C．完全失重就是物体一点重力都不受了D．不论超重还是失重物体所受重力是不变的解析：超重和失重现象，只是由于物体在竖直方向上有加速度，致使物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)变得不等于重力了，而物体本身所受的重力与物体运动状态无关，是不变的，故D正确．答案：D2.如图所示，轻质弹簧的上端固定在电梯的天花板上，弹簧下端悬挂一个小铁球，在电梯运行时，乘客发现弹簧的伸长量比电梯静止时的伸长量大，这一现象表明()A．电梯一定是在上升B．电梯一定是在下降C．电梯的加速度方向一定是向下D．乘客一定处在超重状态解析：电梯静止时，弹簧的拉力和重力大小相等．现在，弹簧的伸长量变大，则弹簧的拉力增大，小铁球受到的合力方向向上，加速度方向向上，小铁球处于超重状态．但是电梯的运动方向可能向上也可能向下，故选D.答案：D3．下列说法正确的是()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．游泳运动员仰卧在水面静止不动时处于失重状态解析：超重状态时，物体加速度应竖直向上，失重状态时，物体加速度应竖直向下．当物体处于静止不动时(本题A、C、D)加速度均为零，为平衡状态．只有B选项中运动员的加速度竖直向下，处于失重状态．答案：B4.一枚玩具火箭由地面竖直向上发射，其v－t关系如图所示，则()A．t2－t3时间内，玩具火箭在向下运动B．t3时刻玩具火箭距地面最远C．t1－t2时间内，玩具火箭处于超重状态D．0－t3时间内，玩具火箭始终处于失重状态解析：t2－t3时间内，火箭的运动方向未变，仍在向上运动，故A错；在0～t3时间内，火箭一直向上运动，在t3时刻最远，故B对；0～t2时间内，火箭的加速度向上，处于超重状态，t2～t3时间内火箭的加速度向下，处于失重状态，故D错、C对．答案：BC5．一弹簧测力计最多能挂5.4kg重的物体，在实际以1m/s2的加速度下降的电梯里，它最多能挂上多重的物体？如果在电梯内弹簧测力计最多能挂上4.0kg的物体，此刻电梯在做什么运动，加速度的大小为多少？(取g＝10m/s2)解析：弹簧测力计的最大拉力F＝m0g＝5.4×10N＝54N．当a1＝1m/s2，方向向下时，m1g－F＝m1a1，则m1＝Fg－a1＝5410－1kg＝6kg.若最多能挂4.0kg的物体，说明物体处于超重状态，加速度方向向上，电梯向上加速运动或向下减速运动．由F－m2g＝m2a2，得a2＝F－m2gm2＝54－4.0×104.0m/s2＝3.5m/s2.答案：6kg向上加速运动或向下减速运动3.5m/s2