2019-2020新教材高中物理 4.6 超重和失重课件 新人教版必修1

6.超重和失重一、超重1.超重的受力情况:物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)_____物体所受重力。2.超重的产生条件:物体具有__(A.竖直向上B.竖直向下)的加速度。大于A二、失重1.失重的受力情况:物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)_____物体所受重力。2.失重的产生条件:物体具有__(A.竖直向上B.竖直向下)的加速度。小于B三、完全失重1.受力情况:物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)_______的状态。2.产生条件:a=g,方向_________。等于零竖直向下一超重和失重的性质超重、失重的比较特征状态加速度压力(拉力)重力关系运动情况受力示意图平衡a=0F=mg静止或匀速直线运动特征状态加速度压力(拉力)重力关系运动情况受力示意图超重向上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特征状态加速度压力(拉力)重力关系运动情况受力示意图完全失重a=gF=0自由落体,抛体,正常运行的卫星等【思考·讨论】乐轩同学背着书包在电梯里下楼时,觉得背的书包变轻,快到楼底时觉得书包又变重了,试说明原因。(模型建构)提示:下楼时乐轩随电梯加速向下运动,书包处于失重状态,故觉得书包变轻;快到达楼底时,电梯减速向下运动,书包处于超重状态,故觉得书包变重。【典例示范】(2019·厦门高一检测)质量为60kg的人站在升降机中的体重计上,当升降机做下列各种运动时,体重计的读数是多少?处于什么状态?(g取10m/s2)世纪金榜导学号(1)升降机匀速上升。(2)升降机以3m/s2的加速度加速上升。(3)升降机以4m/s2的加速度加速下降。【解析】人站在升降机中的体重计上,受力情况如图所示。(1)当升降机匀速上升时,由牛顿第二定律得F合=FN-G=0所以人受到的支持力FN=G=mg=600N根据牛顿第三定律得,人对体重计的压力就等于体重计的示数,即600N,处于平衡状态。(2)当升降机以3m/s2的加速度加速上升时,由牛顿第二定律得FN-G=maFN=ma+G=m(g+a)=780N由牛顿第三定律得,此时体重计的示数为780N,大于人的重力,人处于超重状态。(3)当升降机以4m/s2的加速度加速下降时,由牛顿第二定律得G-FN=maFN=G-ma=m(g-a)=360N由牛顿第三定律得,此时体重计的示数为360N,小于人的重力600N,人处于失重状态。答案:(1)600N平衡状态(2)780N超重状态(3)360N失重状态【规律方法】定量分析超重、失重问题的思路超重、失重问题本质上就是牛顿第二定律的应用问题,解题时仍应抓住加速度这个关键量,具体方法是:(1)确定研究对象。(2)分析物体受力情况和加速度的大小、方向。(3)根据牛顿第二定律列式求解。【素养训练】1.某物体在升降机中由一楼运动到某高层,该过程中的v-t图像如图所示,则下列说法中正确的是()A.物体在0～2s处于失重状态B.物体在2～8s处于超重状态C.物体在8～10s处于失重状态D.由于物体的质量未知,所以无法判断超重、失重状态【解析】选C。从加速度的角度判断,由题意知0～2s物体的加速度竖直向上,则物体处于超重状态;2～8s物体的加速度为零,物体处于平衡状态;8～10s物体的加速度竖直向下,则物体处于失重状态,故C正确。2.质量为45kg的小明同学站在升降机中的一“体重计”上,当升降机竖直向下运动经过5楼时,“体重计”示数为50kg,如图所示。重力加速度取10m/s2。此时小明处于()A.超重状态,对“体重计”压力为450NB.超重状态,对“体重计”压力为500NC.失重状态,对“体重计”压力为450ND.失重状态,对“体重计”压力为500N【解析】选B。小明的重力G=mg=45×10N=450N;由图可知,此时体重计示数为50kg,故说明对体重计的压力为500N,此时压力大于本身的重力,人处于超重状态,故B正确,A、C、D错误。【补偿训练】1.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】选A。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0,A正确,B、C错误;降落伞打开后,A、B减速下降,加速度向上,则A、B处于超重状态,对B有:FT-mg=ma,即FT=mg+mamg,故D错误。2.某人在地面上用弹簧秤称得其体重为490N。他将弹簧秤移至电梯内称其体重,t0至t3时间段内弹簧秤的示数如图所示,则电梯运行的v-t图像可能是(取电梯向上运动的方向为正)()【解析】选A。从图可以看出,t0～t1时间内,该人的视重小于其重力,t1～t2时间内,视重正好等于其重力,而在t2～t3时间内,视重大于其重力,根据题中所设的正方向可知,t0～t1时间内,该人具有向下的加速度,t1～t2时间内,该人处于平衡状态,而在t2～t3时间内,该人则具有向上的加速度,所以可能的图像为A,故B、C、D错误,A正确。二超重和失重的应用判断超重、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(包括斜向上)时处于超重状态,具有向下的加速度(包括斜向下)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.从运动的角度判断,当物体加速上升或减速下降时,物体处于超重状态,当物体加速下降或减速上升时,物体处于失重状态。【典例示范】某同学站在电梯的水平地板上保持不动,在电梯沿竖直方向运动的过程中地板对该同学的支持力F随时间t的变化关系如图所示,其中G为该同学的重力。下列说法正确的是世纪金榜导学号()A.0～t1时间内,电梯一定竖直上升B.t2～t3时间内,电梯一定竖直下降C.0～t1时间内,该同学处于失重状态D.t2～t3时间内,该同学处于失重状态【解题探究】(1)支持力大于重力,则加速度_____,为超重。(2)支持力小于重力,加速度_____,为失重。向上向下【解析】选D。0～t1时间内,支持力F大于重力G,则加速度向上,为超重,可能加速上升,也可能减速下降,故A、C错误;t2～t3时间内,支持力F小于重力G,电梯加速度向下,为失重,可能向下加速,也可能向上减速,故B错误,D正确。【素养训练】1.如图所示,一只小鸟刚飞落在一棵细树枝上时,会随细树枝上下晃动,仅考虑竖直方向的运动,则小鸟从最低点运动到最高点的过程中()A.一直处于超重状态B.一直处于失重状态C.先超重后失重D.先失重后超重【解析】选C。小鸟竖直方向向上先做加速运动后做减速运动,加速度先向上后向下,则该过程小鸟先处于超重状态,后处于失重状态。故A、B、D错误,C正确。2.(多选)在2018年8月雅加达亚运会上,中国选手谢思埸在男子3米板跳水决赛中夺冠,实现中国队在该项目中的12连冠。则谢思埸世纪金榜导学号()A.在起跳加速上升过程中对跳板的压力大于跳板对他的支持力B.在起跳加速上升过程中对跳板的压力大于他的重力C.在离开跳板后的上升过程中处于失重状态D.在入水前的下降过程中处于超重状态【解析】选B、C。对跳板的压力和板对他的支持力是作用力与反作用力,二者大小一定相等,A错误;在起跳加速上升过程中,人向上加速,故人受跳板的支持力大于他的重力,故人对跳板的压力大于人的重力,B正确;在离开跳板后的上升过程中加速度向下,故人处于失重状态,C正确;在入水前的下降过程中,加速度向下,故处于失重状态,D错误。【补偿训练】1.如图所示,金属小桶侧面有一小孔A,当桶内盛水时,水会从小孔A中流出。如果让装满水的小桶自由下落,不计空气阻力,则在小桶自由下落过程中()A.水继续以相同的速度从小孔中喷出B.水不再从小孔喷出C.水将以更大的速度喷出D.水将以较小的速度喷出【解析】选B。水桶自由下落,处于完全失重状态,故其中的水也处于完全失重状态,对容器壁无压力,故水不会流出,选项B正确。2.(多选)弹簧测力计挂在升降机的顶板上,下端挂一质量为2kg的物体。当升降机在竖直方向运动时,弹簧测力计的示数始终是16N。如果从升降机的速度大小为3m/s时开始计时,则经过1s,升降机的位移大小可能是(g取10m/s2)()A.3mB.8mC.2mD.4m【解析】选C、D。由于弹簧测力计的示数小于物体的重力,故物体处于失重状态,加速度方向竖直向下;由牛顿第二定律可得:mg-F=ma,故加速度大小a==2m/s2;当物体加速向下运动时,1s内的位移x1=v0t+at2=3×1m+×2×12m=4m,选项D正确;当物体减速向上运动时,1s内的位移x2=v0t-at2=3×1m-×2×12m=2m,选项C正确。mgFm＝221016m/s212121212【拓展例题】考查内容生活中的超失重现象【典例】如图所示是某人站在压力传感器上,做下蹲—起立的动作时记录的压力随时间变化的图线,纵坐标为力(单位为N),横坐标为时间(单位为s)。由图线可知,该人的体重约为650N,除此之外,还可以得到的信息是()A.该人做了两次下蹲——起立的动作B.该人做了一次下蹲——起立的动作C.下蹲过程中人处于失重状态D.下蹲过程中先处于超重状态后处于失重状态【解析】选B。人下蹲动作分别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对应先失重再超重,起立对应先超重再失重,由对应图线可知,该人做了一次下蹲—起立的动作,下蹲过程既有失重又有超重,且先失重后超重,A、C、D错误,B正确。【课堂回眸】