2019-2020學(xué)年人教版必修14.6.超重和失重學(xué)案

1、知識(shí)綱要導(dǎo)引6.超重和失重方法三平衡條件I核心素養(yǎng)目標(biāo)物理觀念超重、失重、完全失重科學(xué)思維測(cè)量重力的方法科學(xué)探究探究超重失重現(xiàn)象及其實(shí)質(zhì)科學(xué)態(tài)度與責(zé)任結(jié)合牛頓運(yùn)動(dòng)定律分析生活體驗(yàn)失重和超重基礎(chǔ)導(dǎo)學(xué)一、重力的測(cè)量（自學(xué)教材第105頁(yè)“重力的測(cè)量”部分）方法一：先測(cè)量物體做自由落體運(yùn)動(dòng)的加速度g,再用天平測(cè)量物體的質(zhì)量，利用牛頓第二定律可得：G= mg.方法二：利用力的平衡條件對(duì)重力進(jìn)行測(cè)量. 將待測(cè)物體 懸掛或放置在測(cè)力計(jì)上， 使它處于靜止?fàn)顟B(tài).這時(shí)物體所受的重 力和測(cè)力計(jì)對(duì)物體的拉力或支持力的大小相等， 測(cè)力計(jì)的示數(shù)反 映了物體所受的重力大小.二、超重和失重（自學(xué)教材第105、106頁(yè)“超重和

2、失重”部 分）1.失重(1)定義：物體對(duì)支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?小于物體 所受重力的現(xiàn)象，叫作失重(weightlessness現(xiàn)象.(2)產(chǎn)生條件：物體具有豎直向下的加速度.2.超重(1)定義：物體對(duì)支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?大于物體 所受重力的現(xiàn)象，叫作超重(overweight)現(xiàn)象.(2)產(chǎn)生條件：物體具有豎直向上的加速度.3.完全失重(1)定義：物體對(duì)支持物(或懸掛物)完全沒(méi)有作用力，這種現(xiàn) 象被叫作完全失重狀態(tài).(2)產(chǎn)生條件：加速度 a = g,方向豎直向下.【思考】(1)物體向上運(yùn)動(dòng)時(shí)一定處于超重狀態(tài).()(2)物體減速向下運(yùn)動(dòng)時(shí)處于失重狀態(tài).()(3)物體處于失

3、重狀態(tài)時(shí)重力減小了.()(4)超重就是物體的重力變大的現(xiàn)象.()(5)減速上升的升降機(jī)內(nèi)的物體對(duì)地板的壓力小于重力.()(6)做自由落體運(yùn)動(dòng)的物體處于完全失重狀態(tài).()答案：(1)x (2)x (3)x (4)x (5)，(6)，【教材解疑】（第106、107頁(yè)）思考與討論人站在力傳感器上完成下蹲動(dòng)作.觀察計(jì)算機(jī)采集的圖 線(xiàn).圖1呈現(xiàn)的是某人下蹲過(guò)程中力傳感器的示數(shù)隨時(shí)間變化的 情況.很明顯，圖線(xiàn)直觀地描繪了人在下蹲過(guò)程中力傳感器的示數(shù) 先變小，后變大，再變小，最后保持某一數(shù)值不變的全過(guò)程.如圖2,圖線(xiàn)顯示的是某人站在力傳感器上，先“下蹲”后 “站起”過(guò)程中力傳感器的示數(shù)隨時(shí)間的變化情況.請(qǐng)你

4、分析力傳感器上的人“站起”過(guò)程中超重和失重的情況.問(wèn)題解答：人“站起”過(guò)程中，先是加速上升超重，到達(dá)一 個(gè)最大速度后再減速上升失重，所以人“站起”過(guò)程先超重再失重.做一做在電梯地板上放一臺(tái)體重計(jì).站在體重計(jì)上，觀察電梯啟動(dòng)、 制動(dòng)和運(yùn)行過(guò)程中體重計(jì)示數(shù)的變化.問(wèn)題解答：設(shè)電梯向上運(yùn)行，電梯啟動(dòng)過(guò)程體重計(jì)的示數(shù)變 大且大于重力，人處于超重狀態(tài)；電梯在制動(dòng)過(guò)程中體重計(jì)的示 數(shù)減小且小于重力，人處于失重狀態(tài)；電梯在運(yùn)行過(guò)程中體重計(jì) 的示數(shù)不變且等于重力，人既不失重也不超重 .課堂探究主題一對(duì)超重與失重的理解1 .重力與視重(1)重力：是地面附近的物體由于地球的吸引而受到的力.物體所受重力不會(huì)因物體運(yùn)

5、動(dòng)狀態(tài)的改變而變化.(2)視重：當(dāng)物體豎直懸掛在彈簧測(cè)力計(jì)下或放在水平臺(tái)秤上 時(shí)，彈簧測(cè)力計(jì)或臺(tái)秤的示數(shù)稱(chēng)為“視重”，大小等于彈簧測(cè)力 計(jì)所受的拉力或臺(tái)秤所受的壓力.2 .超重和失重的實(shí)質(zhì)(1)超重時(shí)，物體所受支持力(或拉力)與重力的合力方向向 上，測(cè)力計(jì)的示數(shù)大于物體的重力.(2)失重時(shí)，物體所受支持力(或拉力)與物體重力的合力方向 向下，測(cè)力計(jì)的示數(shù)小于物體的重力.(1)超重與失重不是物體本身重力變了，而是“視重”變化了.(2)超重或失重都屬于一種現(xiàn)象，是“力”的視覺(jué)體現(xiàn).空間站中的宇航員處于完全失重狀態(tài)3 .超重、失重常對(duì)應(yīng)的物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(1)超重對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)：向上加速運(yùn)動(dòng)，向下減速運(yùn)

6、動(dòng).(2)失重對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)：向上減速運(yùn)動(dòng)，向下加速運(yùn)動(dòng).4 .對(duì)完全失重的解釋當(dāng)物體具有向下的加速度g時(shí)，設(shè)支持物對(duì)物體的支持力(或 懸掛物對(duì)物體的拉力)為F.由牛頓第二定律有：mg F=mg可得 F= 0.完全失重現(xiàn)象是失重現(xiàn)象的極限.，特別提醒,完全失重狀態(tài)下，一切由重力產(chǎn)生的物理現(xiàn)象都將完全消失.如：氣壓計(jì)不能使用一一因?yàn)橐褐辉佼a(chǎn)生向下的壓力天平不能測(cè)質(zhì)量一一天平在任何條件下都平衡.(1)下蹲過(guò)程：靜止-向下加速7向下減速-靜止.(2)起立過(guò)程：靜止-向上加速-向上減速-靜止.【典例示范】例1如圖是某同學(xué)站在壓力傳感器上做下蹲 一起立的動(dòng)作 時(shí)傳感器記錄的壓力隨時(shí)間變化的圖線(xiàn)，縱坐標(biāo)

7、為壓力，橫坐標(biāo)為時(shí)間.由圖線(xiàn)可知，該同學(xué)的體重約為650 N,除此以外，還可以得到以下信息（）A. 1 s時(shí)人處在下蹲的最低點(diǎn)B. 2 s時(shí)人處于下蹲靜止?fàn)顟B(tài)C.該同學(xué)做了 2次下蹲一起立的動(dòng)作D.下蹲過(guò)程中人始終處于失重狀態(tài)解析：可通過(guò)以下表格對(duì)各選項(xiàng)逐一分析選項(xiàng)過(guò)程分析結(jié)論A人下蹲動(dòng)作分別有失重和超重兩個(gè)過(guò)程，先是加昕 降失重，到達(dá)一個(gè)最大速度后再減速卜降超重， 對(duì)應(yīng) 先失重再超重，到達(dá)最低點(diǎn)后處于平衡狀態(tài)， 由圖可 知，t= 1 s時(shí)人仍然加速卜降XB由圖可知在t = 2 s時(shí)刻人處于下蹲靜止?fàn)顟B(tài)VC人下蹲動(dòng)作分別有失重和超重兩個(gè)過(guò)程，先是加昕 降失重，到達(dá)一個(gè)最大速度后再減速卜降超重，

8、 對(duì)應(yīng) 先失重再超重，起立對(duì)應(yīng)先超重再失重， 對(duì)應(yīng)圖像可 知，該同學(xué)做了一次下蹲 一起立的動(dòng)作D結(jié)合A的方向可知，下蹲過(guò)程先失重后超重X答案：B，方法技巧,判斷超、失重有“三看”一看“力”：物體受豎直向上的拉力（或支持力）大于重力時(shí), 處于超重狀態(tài)；小于重力時(shí)，處于失重狀態(tài).二看“加速度”：物體具有向上的加速度時(shí)，處于超重狀態(tài)； 具有向下的加速度時(shí)，處于失重狀態(tài)；向下的加速度為重力加速 度時(shí)，處于完全失重狀態(tài).三看“速度”：物體向上加速或向下減速時(shí)，處于超重狀態(tài)； 物體向下加速或向上減速時(shí)，處于失重狀態(tài).,f iI訓(xùn)練i （多選）如圖所示，小敏正在做雙腳跳臺(tái)階的健身運(yùn) 動(dòng).若忽略空氣阻力，小敏

9、起跳后，下列說(shuō)法正確的是（）A ,上升過(guò)程處于超重狀態(tài)B ,下降過(guò)程處于超重狀態(tài)C.上升過(guò)程處于失重狀態(tài)D.下降過(guò)程處于失重狀態(tài)解析：若忽略空氣阻力，小敏起跳后，在空中運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中 只受重力，加速度就是重力加速度，則小敏起跳后，上升過(guò)程與 下降過(guò)程均處于失重狀態(tài)，故 C、D兩項(xiàng)正確.答案：CD主題二 定量分析超重、失重問(wèn)題超重、失重現(xiàn)象原因的定量分析特征狀態(tài)加速度視重(F)與重力的關(guān)系運(yùn)動(dòng)情況受力圖平衡a=0F= mg靜止或勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)qF超重向上F= m(g + a)>m g向上加速或1可下減速q1?0失重向下F= m(g a)<m g向下加速或向上減速qF W超件完全失重a=g

10、F=0自由落體運(yùn)動(dòng)、拋體運(yùn)動(dòng)FA,J”r超重和失重現(xiàn)象與物體的速度方向和大小無(wú)關(guān)，只取決于物體加速度的方向.【典例示范】例2質(zhì)量為60 kg的人站在升降機(jī)中的體重計(jì)上，如圖 所示，當(dāng)升降機(jī)做下列各種運(yùn)動(dòng)時(shí)，體重計(jì)的讀數(shù)分別是多少？(g取10 m/s2)(1)升降機(jī)勻速上升；(2)升降機(jī)以4 m/s2的加速度勻加速上升；(3)升降機(jī)以3 m/s2的加速度勻減速上升或勻加速下降.解析：以人為研究對(duì)象進(jìn)行受力分析，人受重力和支持力作用.(1)升降機(jī)勻速上升時(shí) a=0,所以有Fn mg=0,即Fn= mg 二 600 N根據(jù)牛頓第二定律知 Fn =Fn = 600 N.(2)升降機(jī)勻加速上升時(shí)，加速度

11、方向向上，人處于超重狀態(tài)，取向上為正方向，則有 Fni - mg= mai所以 FNi = m(g + ai)=60X (10 + 4) N = 840 N根據(jù)牛頓第二定律知 Fn 1 = Fn1 = 840 N.(3)升降機(jī)勻減速上升或勻加速下降時(shí)，加速度方向都向下，人都處于失重狀態(tài)，取向下為正方向，則有mg-FN2=ma2所以 FN2=m(g-a2)=60X (10 3) N = 420 N根據(jù)牛頓第二定律知 Fn 2= Fn2 = 420 N.答案：(1)600 N (2)840 N 420 N思路：(1)應(yīng)根據(jù)加速度方向判斷物體處于超重狀態(tài)還是失重狀態(tài)；(2)選加速度方向?yàn)檎较颍?3

12、)分析物體的受力情況；(4)利用牛頓第二定律進(jìn)行求解.關(guān)鍵：確定物體加速度的大小和方向.訓(xùn)練2如圖所示，用繩子將質(zhì)量為 2 kg的盤(pán)式彈簧秤吊 起，使秤盤(pán)保持水平.在秤盤(pán)上放上質(zhì)量為0.5 kg的祛碼之后， 使整個(gè)秤豎直向上運(yùn)動(dòng)， 此時(shí)秤的指針示數(shù)為 0.55 kg,不計(jì)空 氣阻力.(g取10 m/s2)求：(1)盤(pán)式彈簧秤運(yùn)動(dòng)加速度的方向.(2)盤(pán)式彈簧秤運(yùn)動(dòng)加速度的大小.(3)繩子對(duì)盤(pán)式彈簧秤的拉力.解析：(1)秤的指針示數(shù)為0.55 kg,大于祛碼的質(zhì)量，所以 祛碼受到的支持力大于其重力， 祛碼處于超重狀態(tài)，可知加速度 的方向向上.(2)由牛頓第二定律：Fnmg=ma,所以Fn mg a

13、=0.55X 100.5X 100.5m/s2 = 1 m/s2(3)以彈簧秤與祛碼組成的整體為研究對(duì)象，則：Ft (m+ M)g= (m+ M)a代入數(shù)據(jù)得：Ft=27.5 N,方向豎直向上.答案：(1)盤(pán)式彈簧秤運(yùn)動(dòng)加速度的方向向上(2)1 m/s2 (3) 27.5 N,方向豎直向上課堂達(dá)標(biāo)1. 2019湖南六校聯(lián)盟高一聯(lián)考里約奧運(yùn)會(huì)男子跳高決賽的比賽中，加拿大選手德勞因突出重圍，以2米38的成績(jī)奪冠（如 圖所示）.則（）A.德勞因在最高點(diǎn)處于平衡狀態(tài)B.德勞因起跳以后在上升過(guò)程處于失重狀態(tài)C.德勞因起跳時(shí)地面對(duì)他的支持力等于他所受的重力D.德勞因下降過(guò)程處于超重狀態(tài)解析：無(wú)論是上升過(guò)程

14、還是下降過(guò)程，還是最高點(diǎn)，運(yùn)動(dòng)員 的加速度始終向下，所以他處于失重狀態(tài)，故A、D錯(cuò)誤，B正確；起跳時(shí)運(yùn)動(dòng)員加速度的方向向上，地面對(duì)他的支持力大于他受到的重力，故C錯(cuò)誤.故選B.答案：B2.在一個(gè)封閉裝置中，用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)一物體的重力，根 據(jù)讀數(shù)與物體實(shí)際重力之間的關(guān)系，判斷以下說(shuō)法中正確的是 （）A.讀數(shù)偏大，表明裝置一定加速上升B.讀數(shù)偏小，表明裝置一定加速下降C.讀數(shù)為0,表明裝置運(yùn)動(dòng)的加速度等于重力加速度，但 無(wú)法判斷是向上運(yùn)動(dòng)還是向下運(yùn)動(dòng)D.讀數(shù)準(zhǔn)確，表明裝置一定勻速上升或下降解析：讀數(shù)偏大，表明裝置處于超重狀態(tài)，具加速度方向向上，可能的運(yùn)動(dòng)情況是加速上升或減速下降，故A項(xiàng)錯(cuò)誤，同理知

15、B項(xiàng)也錯(cuò)誤.彈簧測(cè)力計(jì)讀數(shù)為 0,即完全失重，這表明整 個(gè)裝置運(yùn)動(dòng)的加速度等于重力加速度 g,但是a = g時(shí)，速度方 向有可能向上，也有可能向下，還有可能沿其他方向，故C項(xiàng)正 確.讀數(shù)準(zhǔn)確，裝置可能靜止，也可能正在向任意一個(gè)方向做勻 速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，故D項(xiàng)錯(cuò)誤.答案：CLP、I3. 2016年10月17日，“神舟H一號(hào)”載人飛船發(fā)射成功， 如圖所示.宇航員在火箭發(fā)射與飛船回收的過(guò)程中均要經(jīng)受超重 與失重的考驗(yàn)，下列說(shuō)法正確的是 （）A.火箭加速上升時(shí)，宇航員處于超重狀態(tài)B.飛船落地前減速下落時(shí)，宇航員處于失重狀態(tài)C.火箭加速上升時(shí)，宇航員對(duì)座椅的壓力小于自身重力D.火箭加速上升過(guò)程中加速度逐漸減

16、小時(shí)，宇航員處于失 重狀態(tài)解析：火箭加速上升時(shí)，加速度方向向上，根據(jù)牛頓第二定 律可知宇航員受到的支持力大于自身的重力， 宇航員處于超重狀 態(tài)，對(duì)座椅的壓力大于自身重力，選項(xiàng) A正確、C錯(cuò)誤；飛船落 地前減速下落時(shí)，加速度方向向上，根據(jù)牛頓第二定律可知宇航員受到的支持力大于自身的重力，宇航員處于超重狀態(tài)，選項(xiàng) B 錯(cuò)誤；火箭加速上升過(guò)程中加速度逐漸減小時(shí)，加速度方向向上，宇航員處于超重狀態(tài)，選項(xiàng) D錯(cuò)誤.答案：A4. 2019福州高一檢測(cè)在升降電梯內(nèi)的地板上放一體重計(jì)， 電梯靜止時(shí)，曉敏同學(xué)站在體重計(jì)上，體重計(jì)示數(shù)為 30 kg, 電梯運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，某一段時(shí)間內(nèi)，曉敏同學(xué)發(fā)現(xiàn)體重計(jì)示數(shù)如圖 所示

17、.在這段時(shí)間內(nèi)下列說(shuō)法中正確的是 （）A.曉敏同學(xué)所受的重力變大了B.電梯可能在豎直向下運(yùn)動(dòng)C.曉敏對(duì)體重計(jì)的壓力大于體重計(jì)對(duì)曉敏的支持力1 、，一D.電梯的加速度大小為3g,萬(wàn)向豎直向下解析：可通過(guò)以下表格對(duì)各選項(xiàng)逐一分析.選項(xiàng)過(guò)程分析結(jié)論A體重計(jì)不數(shù)大于體重說(shuō)明曉敏對(duì)體重計(jì)的壓力大于重力，弁不是體重變大B以人為研究對(duì)象，F(xiàn)nmg=ma求得a= m g =-gg=1 g,方向向上，但電梯可能是向下做減 303速運(yùn)動(dòng)C曉敏對(duì)體重計(jì)的壓力與體重計(jì)對(duì)曉敏的支持力是作 用力與反作用力的關(guān)系，大小相等XD , 1、.由B項(xiàng)分析可知，電梯的加速度大小為 -g,方向豎直向上X答案：B5.（多選）如圖所示，電梯的頂部掛一個(gè)彈簧秤， 秤下端掛了 一個(gè)重物，電梯勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，彈簧秤的示數(shù)為10 N,在某時(shí)刻電梯中的人觀察到彈簧秤的示數(shù)變?yōu)? N,關(guān)于電梯的運(yùn)動(dòng)，以下說(shuō)法正確的是（g取10 m