新教材高中物理第四章運(yùn)動和力的關(guān)系6超重和失重課件新人教版必修第一冊

1、第四章 運(yùn)動和力的關(guān)系學(xué)習(xí)目標(biāo)1.通過體驗或者實(shí)驗,認(rèn)識超重和失重現(xiàn)象,理解超重、失重現(xiàn)象的產(chǎn)生條件和實(shí)質(zhì).能用牛頓第二定律分析超重和失重現(xiàn)象發(fā)生的動力學(xué)原因.培養(yǎng)運(yùn)動和相互作用觀念,提升物理學(xué)科素養(yǎng).2.通過解釋生活中的超重和失重現(xiàn)象,培養(yǎng)運(yùn)用物理知識解釋生活現(xiàn)象的能力,激發(fā)物理學(xué)習(xí)的興趣,形成良好的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任.6超重和失重知識點(diǎn)一 重力的測量1.如圖所示,測量一個物塊的重力大小,甲同學(xué)把物塊掛在一彈簧測力計上,乙同學(xué)把物塊放在一個臺秤上,他們測量的原理是什么?甲乙答案:對于甲,物塊靜止時,物塊受到的重力大小等于彈簧測力計的拉力;對于乙,物塊受到的重力大小等于臺秤的支持力.測量原理均是二

2、力平衡.2.測量重力的兩種方法.(1)先測量物體做自由落體運(yùn)動的加速度g,再用天平測量物體的質(zhì)量,利用牛頓第二定律可得G= .(2)利用力的平衡條件對重力進(jìn)行測量.將待測物體懸掛或放置在測力計上,使它處于 狀態(tài).這時物體所受的重力和測力計對物體的拉力或支持力的大小相等.mg靜止知識點(diǎn)二超重和失重答案:物體向上加速時,受到重力和拉力的作用,受力分析如圖所示,由于物體有向上的加速度,根據(jù)牛頓第二定律得F-G=ma,所以F=ma+GG,彈簧測力計的示數(shù)大于物體的重力.1.如圖所示,用彈簧測力計測物體的重力時,突然向上加速,彈簧測力計的示數(shù)與物體的重力有何大小關(guān)系?嘗試用牛頓第二定律分析.2.某同學(xué)家

3、住十樓,每天上學(xué)放學(xué)均要乘垂直升降電梯.上學(xué)時,在電梯里,開始他總覺得有種“輕飄飄”的感覺,背的書包也感覺變“輕”了.快到樓底時,他總覺得自己有種“腳踏實(shí)地”的感覺,背的書包也似乎變“重”了.這是什么原因呢?答案:這是因為電梯剛啟動時處于失重狀態(tài),快到樓底時處于超重狀態(tài).3.失重.(1)概念:物體對支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦? 物體所受重力的現(xiàn)象.(2)實(shí)質(zhì):具有 的加速度.(3)完全失重:物體對支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦? 的現(xiàn)象.完全失重的實(shí)質(zhì)是物體的加速度豎直向下且等于 .4.超重.(1)概念:物體對支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦? 物體所受重力的現(xiàn)象.(2)實(shí)質(zhì):具有 的加速度

4、.豎直向下為0重力加速度g小于大于豎直向上小試身手判斷下列說法的正誤并和同學(xué)交流(正確的在括號內(nèi)打“”,錯誤的打“”).1.物體處于超重狀態(tài)時,可能向上運(yùn)動,也可能向下運(yùn)動.( )2.物體處于超重狀態(tài)時,加速度一定向上.( )3.減速下降的物體處于失重狀態(tài).( )4.加速度大小等于g的物體處于完全失重狀態(tài).( )5.航天員在太空中處于完全失重狀態(tài),所以說航天員在太空中不受重力的作用.( )6.蕩秋千過程中,秋千擺到最低位置時,人處于失重狀態(tài).( )探究一重力的測量問題情境一個人站在體重計上.在他下蹲的過程中,他發(fā)現(xiàn)體重計指針示數(shù)發(fā)生了變化.1.在人下蹲的過程中,體重計對人的支持力大小等于人的重

5、力嗎?答案:體重計對人的支持力大小不等于人的重力.因為人下蹲的過程經(jīng)歷了加速向下、減速向下和靜止這三個過程,其中前兩個過程人處于非平衡狀態(tài),不滿足二力平衡,所以體重計對人的支持力大小不等于人的重力.2.要想準(zhǔn)確測量重力的大小,人應(yīng)該怎么做?答案:要想準(zhǔn)確測量重力的大小,人需保持平衡狀態(tài),此時體重計對人的支持力與人的重力才滿足二力平衡,二者大小才相等.過程建構(gòu)對重力測量的理解:(1)用平衡方法測量物體的重力時,物體應(yīng)保持平衡狀態(tài).(2)彈簧測力計對物體的拉力(或體重計對物體的支持力)和物體所受的重力是兩種不同的力,但物體靜止時,根據(jù)二力平衡,它們的大小是相等的.(3)利用G=mg測重力,不同的地

6、方g一般不同,重力大小也不同.【典例1】用彈簧測力計豎直測量懸掛在其下面的小球的重力,則有 ( )A.小球?qū)椈蓽y力計的拉力就是小球的重力B.在任何情況下,小球?qū)椈蓽y力計的拉力大小都等于小球的重力大小C.靜止時,小球?qū)椈蓽y力計的拉力大小等于小球的重力大小D.靜止時,小球?qū)椈蓽y力計的拉力就是重力解析:拉力和重力是性質(zhì)不同的力,不能等同,選項A、D錯誤;小球在靜止或做勻速直線運(yùn)動時,小球?qū)椈蓽y力計的拉力大小等于小球的重力大小,選項B錯誤,選項C正確.答案:C探究二超重和失重問題情境為了研究超重、失重現(xiàn)象,一同學(xué)在電梯里放了一臺體重計,如圖所示.設(shè)該同學(xué)的質(zhì)量為50 kg,g取10 m/s2

7、.1.當(dāng)電梯以a=2 m/s2的加速度勻加速上升時,體重計的示數(shù)多大?答案:勻加速上升時,以人為研究對象,受力情況如圖所示,選向上為正方向.根據(jù)牛頓第二定律,有FN-mg=ma,得FN=mg+ma=50(10+2) N=600 N,根據(jù)牛頓第三定律可得人對體重計的壓力即體重計的示數(shù)FN=FN=600 N.2.當(dāng)電梯以a=2 m/s2的加速度勻減速上升時,體重計的示數(shù)多大?答案:勻減速上升時,以人為研究對象,人的受力情況如圖所示,選向下為正方向.根據(jù)牛頓第二定律,有mg-FN=ma,得FN=mg-ma=50(10-2) N=400 N,根據(jù)牛頓第三定律可得人對體重計的壓力即體重計的示數(shù)FN=FN

8、=400 N.3.當(dāng)電梯以a=2 m/s2的加速度勻加速下降時,體重計的示數(shù)多大?答案:勻加速下降時,以人為研究對象,人的受力情況如圖所示,選向下為正方向.根據(jù)牛頓第二定律,有mg-FN=ma,得FN=mg-ma=50(10-2) N=400 N,根據(jù)牛頓第三定律可得人對體重計的壓力即體重計的示數(shù)FN=FN=400 N.4.當(dāng)電梯以a=2 m/s2的加速度勻減速下降時,體重計的示數(shù)多大?答案:勻減速下降時,以人為研究對象,人的受力情況如圖所示,選向上為正方向.根據(jù)牛頓第二定律有FN-mg=ma,得FN=mg+ma=50(10+2) N=600 N,根據(jù)牛頓第三定律可得人對體重計的壓力即體重計的

9、示數(shù)FN=FN=600 N.5.結(jié)合以上探究過程,歸納總結(jié):什么情況下會發(fā)生超重現(xiàn)象,什么情況下會發(fā)生失重現(xiàn)象.答案:問題1和問題4中,物體具有向上的加速度時,發(fā)生超重現(xiàn)象;問題2和問題3中,物體具有向下的加速度時,發(fā)生失重現(xiàn)象.過程建構(gòu)1.實(shí)重和視重.(1)實(shí)重:物體實(shí)際所受的重力,不會因為物體運(yùn)動狀態(tài)的改變而改變.(2)視重:當(dāng)物體在豎直方向上有加速度時,物體對懸掛物的拉力(或?qū)χС治锏膲毫?將不等于物體的重力,此時彈簧測力計或體重計的示數(shù)叫作物體的視重.2.超重和失重的理解.(1)超重現(xiàn)象:物體具有豎直向上的加速度,物體對懸掛物的拉力(或?qū)χС治锏膲毫?大于物體所受的重力.(2)失重現(xiàn)象

10、:物體具有豎直向下的加速度,物體對懸掛物的拉力(或?qū)χС治锏膲毫?小于物體所受的重力.(3)完全失重現(xiàn)象:物體的加速度豎直向下且大小等于g.在完全失重狀態(tài)下,平常由重力產(chǎn)生的一切物理現(xiàn)象都會消失.例如物體對桌面無壓力,浸在水中的物體不受浮力等.在航天器中,物體將飄浮在空中,液滴呈球形,氣泡在液體中將不會上浮等.另外,靠重力才能使用的儀器,也不能再使用,如天平、密度計等.3.超重和失重的分析.狀態(tài)加速度a視重(F)與重力(mg)的關(guān)系運(yùn)動情況受力示意圖平衡狀態(tài)a=0F=mg靜止或勻速直線運(yùn)動超重方向向上F=m(g+a)mg向上加速或向下減速失重方向向下F=m(g-a)mg向下加速或向上減速【典例

11、2】(多選)電梯的頂部拴一彈簧測力計,彈簧測力計下端掛一重物,電梯靜止時,電梯中的人觀察到彈簧測力計的示數(shù)為10 N.某時刻電梯中的人觀察到彈簧測力計的示數(shù)為12 N,g取10 m/s2,則此時()A.電梯可能向上加速運(yùn)動,加速度大小為2 m/s2B.電梯可能向上減速運(yùn)動,加速度大小為2 m/s2C.電梯中的人一定處于超重狀態(tài)D.電梯中的人一定處于平衡狀態(tài)解析:彈簧測力計的示數(shù)增大,根據(jù)牛頓第二定律F-mg=ma,解得加速度a=2 m/s2,方向向上,電梯可能做向上的加速運(yùn)動,或向下的減速運(yùn)動,選項A正確,選項B錯誤;電梯中的人加速度向上,處于超重狀態(tài),選項C正確,選項D錯誤.答案:AC學(xué)會審

12、題(1)依據(jù)拉力和重力大小關(guān)系判斷加速度方向及超、失重狀態(tài).(2)由牛頓第二定律求出加速度大小.【典例3】(多選)引體向上是同學(xué)們經(jīng)常做的一項健身運(yùn)動.該運(yùn)動的動作要領(lǐng):兩手正握單杠,兩手間距略寬于肩,兩腳離地,兩臂下垂伸直;用背闊肌的收縮力量將身體往上拉起,當(dāng)下巴超過單杠時稍作停頓,靜止一秒鐘,使背闊肌徹底收縮;然后讓身體徐徐下降,直到完全下垂,如圖所示.這樣上拉下放,重復(fù)動作,達(dá)到鍛煉臂力和腹肌的目的.下列判斷正確的是( )A.在上拉過程的開始,單杠對人的作用力大于人的重力B.在上拉過程的結(jié)束,單杠對人的作用力大于人的重力C.在下放過程的開始,單杠對人的作用力小于人的重力D.在下放過程的結(jié)

13、束,單杠對人的作用力小于人的重力解析:在上拉過程的開始,人要向上加速,處于超重狀態(tài),則單杠對人的作用力大于人的重力,選項A正確;在上拉過程的結(jié)束,人要向上減速,處于失重狀態(tài),單杠對人的作用力小于人的重力,選項B錯誤;在下放過程的開始,人要向下加速,處于失重狀態(tài),單杠對人的作用力小于人的重力,選項C正確;在下放過程的結(jié)束,人要向下減速,處于超重狀態(tài),單杠對人的作用力大于人的重力,選項D錯誤.答案:AC判斷超重和失重現(xiàn)象的方法(1)從受力的角度判斷:當(dāng)物體所受向上的拉力(或支持力)大于重力時,物體處于超重狀態(tài);小于重力時處于失重狀態(tài);等于0時處于完全失重狀態(tài).(2)從加速度的角度判斷:當(dāng)物體具有向

14、上的加速度時處于超重狀態(tài);具有向下的加速度時處于失重狀態(tài);向下的加速度為重力加速度時處于完全失重狀態(tài).(3)從速度變化的角度判斷.物體向上加速或向下減速時,處于超重狀態(tài);物體向下加速或向上減速時,處于失重狀態(tài).課堂評價1.下列關(guān)于超重和失重的說法,正確的是( )A.物體處于超重狀態(tài)時,其重力增加了B.物體處于完全失重狀態(tài)時,其重力為0C.物體處于超重(或失重)狀態(tài)時,其慣性比物體處于靜止?fàn)顟B(tài)時增加(或減小)了D.物體處于超重或失重狀態(tài)時,其質(zhì)量及受到的重力都沒有變化答案:D2.如圖所示,建筑工人在砌墻時需要將磚塊運(yùn)送到高處,采用的方式是一工人甲在低處將一摞磚豎直向上拋出,在高處的工人乙將其接住

15、.每塊磚的質(zhì)量均為m,現(xiàn)只考慮最上層的兩塊磚,不計空氣阻力,下列說法正確的是( )答案:CA.工人甲在將磚塊拋出時(磚未離手),磚塊處于失重狀態(tài)B.工人甲在將磚塊拋出時(磚未離手),磚塊間作用力等于mgC.工人甲在將磚塊拋出后,磚塊處于失重狀態(tài)D.工人甲在將磚塊拋出后,磚塊間作用力等于mg3.在探究超重和失重規(guī)律時,某重力為G的同學(xué)站在一壓力傳感器上完成一次下蹲動作.傳感器和計算機(jī)相連,經(jīng)計算機(jī)處理后得到壓力F隨時間t變化的圖像,則下列圖像可能正確的是( )ABCD答案:D4.如圖所示,一個質(zhì)量是50 kg的人站在升降機(jī)的地板上,升降機(jī)的頂部懸掛了一個彈簧測力計,彈簧測力計下面掛著一個質(zhì)量為mA=5 kg的物體A,當(dāng)升降機(jī)向上運(yùn)動時,