2019-2020学年高中物理 第5章 研究力和运动的关系 5 超重与失重课件 沪科版必修1

5．5超重与失重第5章研究力和运动的关系第5章研究力和运动的关系1.认识超重与失重现象，知道产生超重、失重的条件．(重点)2.会用牛顿运动定律分析超重、失重问题．(重点、难点)3．能够联系实际，探究与日常生活有关的物理问题．什么是超重和失重1．超重：物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)______物体______的现象叫做超重．2．失重：物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)______物体______的现象叫做失重．3．完全失重：物体以大小等于g的加速度竖直下落时，对悬挂物或支持物________________的现象叫完全失重．大于重力小于重力完全没有作用力我们常听说宇航员在太空中处于完全失重状态，是说宇航员在太空中不受重力的作用吗？提示：宇航员在太空中处于完全失重状态，是指他不会对与他接触的物体产生正压力的作用，但是他仍然受重力的作用，并且重力就是他受到的合外力．对超重现象的理解1．对超重的理解(1)物体处于超重时地球对物体的引力并没有变化，即重力并没有发生变化，变化的只是物体受到的支持力或拉力，也就是我们所说的视重比原来大了．(2)物体超重与运动状态的关系2．超重现象的说明(1)当物体加速向上运动时，设物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)为F(即视重)，竖直方向上由牛顿第二定律得F－mg＝ma，所以F＝mg＋ma.(2)物体不在竖直方向上运动，只要其加速度在竖直方向上有分量，即ay≠0时，则当ay方向竖直向上时，物体处于超重状态．一质量为m的人站在电梯中，电梯减速下降，加速度大小为13g，g为重力加速度，则人对电梯底部的压力为多少？[思路点拨]解此题按以下思维流程以人为研究对象→分析受力并确定加速度方向→由牛顿第二定律列式求解→由牛顿第三定律得到压力[解析]电梯减速下降，说明速度向下，但加速度向上，以人作为研究对象，分析受力如图，则由牛顿第二定律得：N－mg＝ma，所以N＝mg＋ma.由牛顿第三定律得人对电梯底部的压力N′为N′＝N＝mg＋ma＝43mg.[答案]43mg在超重现象中，物体所受的重力始终不变，只是测力计的示数(又称视重)发生了变化，好像物体的重力有所增大．物体具有向上的加速度时，处于超重状态．超重与物体的运动方向无关，所以在分析超重现象时，对加速度方向的分析是关键．1.一个站在升降机上的人，用弹簧测力计提着一条质量为1kg的鱼，弹簧测力计的读数为12N，该人的体重为750N，则他对升降机底板的压力为(g取10m/s2)()A．750NB．762NC．900ND．912N解析：选D.1kg的鱼的重力应为10N，而弹簧测力计的拉力为12N，可知鱼所受的合力F＝(12－10)N＝2N，由牛顿第二定律F＝ma，可知鱼此时的加速度为2m/s2，方向向上，也表明升降机及升降机中的人正做加速度向上的运动．将人和鱼看做一个整体可得N－(M＋m)g＝(M＋m)a，N为地板对人向上的作用力，而人对地板的反作用力与N相等，方向向下，计算可得N＝912N，故选D.对失重现象的理解1．对失重与完全失重的理解(1)物体处于失重和完全失重状态时，物体的重力并没有改变，改变的只是物体对水平支持面的压力或者对竖直悬绳的拉力．(2)完全失重状态不限于自由落体运动，物体只要具有竖直向下的大小等于重力加速度g的加速度，就处于完全失重状态．(3)在完全失重状态下，由重力产生的一切现象都不存在了．如物体对水平支持面没有压力，对竖直悬绳没有拉力；不能用天平测物体的质量；液柱不产生压强；浸没在液体中的物体不受浮力等．(4)物体失重与运动状态的关系2．失重分析当物体有向下的加速度时，由牛顿第二定律得：mg－F＝ma,所以F＝mg－ma可见：视重F比mg少ma，失去的部分可理解为使物体产生了向下的加速度，同时可看出，物体所受的重力也没变．一个质量为50kg的人站在升降机的地板上，升降机的顶部悬挂了一只弹簧测力计，弹簧测力计下面挂着一个质量为mA＝5kg的物体A，当升降机向上运动时，人看到弹簧测力计的示数为40N，如图所示，g取10m/s2，求此时人对地板的压力．[思路点拨]解此题注意两点：(1)人、物体A、升降机三者具有相同的加速度．(2)弹簧测力计示数与A的重力的关系．[解析]依题意可知，弹簧测力计的读数为40N，而物体A的重力G＝mAg＝50N，显然弹簧测力计的读数小于物体的重力，即视重小于实重，物体A处于失重状态．由于人和A以及升降机三者具有相同的加速度，因此人也处于失重状态．甲以A为研究对象，受力分析如图甲所示．由牛顿第二定律得：mAg－T＝mAa所以a＝mAg－TmA＝5×10－405m/s2＝2m/s2人的受力如图乙所示，由牛顿第二定律得Mg－N＝Ma，所以N＝Mg－Ma＝400N由牛顿第三定律可得，人对地板的压力为400N，方向向下．[答案]400N向下在失重现象中，物体所受的重力始终不变．物体具有向下的加速度时，处于失重状态，失重与物体的运动方向无关．上题中，人看到测力计的示数为零，则(1)此时人对地板的压力为多少？(2)升降机的运动情况可能是什么？解析：(1)测力计示数为零，表明物体A对悬挂物的拉力为零，此时应处于完全失重状态，a＝g，方向向下，故人对地板的压力也为零．(2)人和升降机有相同加速度g，方向向下，升降机可能加速下降，也可能减速上升．答案：(1)0(2)加速下降或减速上升超重与失重的综合应用超重和失重问题实质上就是牛顿第二定律应用的延续，解题时仍应抓住加速度这个关键量．具体方法是：1．分析物体运动的加速度方向；2．判断物体处于超重(或失重)状态；3．利用牛顿第二定律分析和求解．(多选)一人乘电梯上楼，在竖直上升过程中加速度a随时间t变化的图线如图所示，以竖直向上为a的正方向，则人对地板的压力()A．t＝2s时最大B．t＝2s时最小C．t＝8.5s时最大D．t＝8.5s时最小[思路点拨](1)0～4s内物体处于超重状态，7～10s内物体处于失重状态．(2)竖直向上的加速度最大时，压力最大，竖直向下的加速度最大时，压力最小．[解析]人受重力mg和支持力FN的作用，由牛顿第二定律得FN－mg＝ma.由牛顿第三定律得人对地板的压力大小为F′N＝FN＝mg＋ma，当t＝2s时a有最大值，F′N最大．当t＝8.5s时，a有最小值，F′N最小，选项A、D正确．[答案]AD(1)不论物体处于超重还是失重状态，所受重力不变；(2)物体放到水中“变轻”，不是失重现象；(3)超、失重现象与速度方向无关，只与加速度方向有关．2.一质量为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)解析：由题图可知，在t＝0到t1＝2s的时间内，体重计的示数440N大于mg，故电梯应做向上的加速运动．设这段时间内体重计作用于小孩的力为F1，电梯及小孩的加速度为a1，根据牛顿第二定律，得：F1－mg＝ma1a1＝F1－mgm＝440－40040m/s2＝1m/s2在这段时间内电梯上升的高度s1＝12a1t21＝12×1×22m＝2m在t1＝2s到t2＝5s的时间内，体重计的示数等于mg，故电梯应匀速上升运动，速度为t1时刻电梯的速度，即v1＝a1t1＝1×2m/s＝2m/s在这段时间内电梯上升的高度s2＝v1(t2－t1)＝2×(5－2)m＝6m在t2＝5s到t3＝6s的时间内，体重计的示数为320N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F2，电梯及小孩的加速度为a2，由牛顿第二定律得：F2－mg＝ma2a2＝F2－mgm＝320－40040m/s2＝－2m/s2在这段时间内电梯上升的总高度s3＝v1(t3－t2)＋12a2(t3－t2)2＝2×(6－5)m＋12×(－2)×(6－5)2m＝1m电梯上升的总高度s＝s1＋s2＋s3＝(2＋6＋1)m＝9m.答案：9m