高中物理必修一 《6超重和失重》集體備課教案教學(xué)設(shè)計doc

1、6.超重和失重1認(rèn)識超重現(xiàn)象，理解產(chǎn)生超重現(xiàn)象的條件和實質(zhì)。2認(rèn)識失重現(xiàn)象，理解產(chǎn)生失重現(xiàn)象的條件和實質(zhì)。3能用超重、失重的觀點分析支持力或拉力的大小。4了解常見的超重、失重現(xiàn)象。一、重力的測量1重力：在地球表面附近，物體由于地球的eq o(,sup3(01)吸引而受到的力。2重力的測量方法(1)公式法：先測量物體做自由落體運動的加速度g，再用eq o(,sup3(02)天平測量物體的質(zhì)量，根據(jù)Gmg算出重力大小。(2)平衡條件法：將待測物體懸掛或放置在測力計上，使它處于eq o(,sup3(03)靜止?fàn)顟B(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。這是測量重力最常用的方法。二

2、、超重和失重人站在體重計上向下蹲的過程中，體重計的示數(shù)會eq o(,sup3(01)變化。體重計的示數(shù)稱為eq o(,sup3(02)視重，反映了eq o(,sup3(03)人對體重計的壓力。1超重(1)定義：物體對支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?eq o(,sup3(04)大于物體所受重力的現(xiàn)象。(2)產(chǎn)生條件：物體具有eq o(,sup3(05)向上的加速度。2失重(1)定義：物體對支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?eq o(,sup3(06)小于物體所受重力的現(xiàn)象。(2)產(chǎn)生條件：物體具有eq o(,sup3(07)向下的加速度。(3)完全失重定義：物體對支持物(或懸掛物)eq o(,su

3、p3(08)完全沒有作用力的現(xiàn)象。產(chǎn)生條件：aeq o(,sup3(09)g，方向eq o(,sup3(10)豎直向下。判一判(1)在地球表面附近，無論物體處于什么狀態(tài)，物體對懸繩的拉力都與重力大小相等。()(2)在水平面上做勻速直線運動的火車中，可以用彈簧秤測量物體的重力大小。()(3)物體處于超重狀態(tài)時重力增大了。()(4)物體處于失重狀態(tài)時重力減小了。()(5)物體處于超重或失重狀態(tài)時，物體的重力始終存在，大小也沒有變化。()(6)做自由落體運動的物體處于完全失重狀態(tài)。()提示：(1)(2)(3)(4)(5)(6)想一想向上運動就是超重狀態(tài)，向下運動就是失重狀態(tài)，這種說法正確嗎？提示：這

4、種說法不正確。超重、失重現(xiàn)象的產(chǎn)生條件不是速度的方向向上或向下，而是加速度的方向向上或向下。加速度向上時，物體可能向上加速運動，也可能向下減速運動；加速度向下時，物體可能向下加速運動，也可能向上減速運動。所以判斷超重、失重現(xiàn)象要看加速度的方向，加速度向上時超重，加速度向下時失重。課堂任務(wù)對超重和失重的理解仔細(xì)觀察下列圖片，認(rèn)真參與“師生互動”。站在體重計上向下蹲，你會發(fā)現(xiàn)，在下蹲的過程中，體重計的示數(shù)先變小，后變大，再變小。當(dāng)人靜止后，體重計的示數(shù)保持某一值不變，這是為什么？活動1：如圖所示，體重計的示數(shù)稱為視重，試用牛頓第二定律分析視重為什么會這樣變化？提示：體重計的示數(shù)反映了人對體重計的壓

5、力，根據(jù)牛頓第三定律，人對體重計的壓力與體重計對人的支持力FN大小相等，方向相反。人在下蹲時受到重力G和體重計的支持力FN，這兩個力的共同作用使人在下蹲的過程中，先后經(jīng)歷加速、減速和靜止三個階段。以向下為正方向，由牛頓第二定律對這三個過程分別列式：mgFN1ma1，mgFN2ma2，mgFN30，解得FN1m(ga1)mg，F(xiàn)N3mg。活動2：視重小于人的重力叫失重，視重大于人的重力叫超重。試分析人在體重計上站起過程中的超重和失重情況。提示：人站起的過程中，先加速后減速。以向上為正方向，由牛頓第二定律，有FN1mgma1，F(xiàn)N2mgma2，解得FN1m(ga1)mg，F(xiàn)N2m(ga2)mg，即

6、人開始超重，后來失重。活動3：站在電梯里的體重計上，感受電梯啟動、運行和制動過程中的超重和失重現(xiàn)象并總結(jié)。如果電梯自由下落，人會有什么感覺？提示：電梯勻速運行時，人既不超重也不失重；電梯向上加速啟動時人超重，電梯向上減速制動時人失重；電梯向下加速啟動時人失重，電梯向下減速制動時人超重。如果電梯自由下落，人只受重力作用，不受電梯的支持力，體重計示數(shù)為0，人將感覺不到重力。活動4：討論、交流、展示，得出結(jié)論。1超重、失重現(xiàn)象的分析2對超重和失重的理解(1)超重與失重現(xiàn)象僅僅是一種表象，無論是超重還是失重，物體所受的重力都沒有變化。(2)物體處于超重還是失重狀態(tài)，只取決于加速度的方向，與物體的運動方

7、向無關(guān)。(3)加速度的大小決定了超重或失重的程度。視重相對重力的改變量為ma，a為物體豎直方向的加速度。(4)完全失重是失重現(xiàn)象的極限。完全失重時，與重力有關(guān)的一切現(xiàn)象都將消失。(5)若物體不在豎直方向運動，而加速度在豎直方向有分量，即ay0，則當(dāng)ay豎直向上時物體處于超重狀態(tài)，當(dāng)ay豎直向下時物體處于失重狀態(tài)。例質(zhì)量為60 kg的人站在升降機中的體重計上，當(dāng)升降機做下列各種運動時，體重計的讀數(shù)是多少？人處于什么狀態(tài)？(g取10 m/s2)(1)升降機勻速上升；(2)升降機以3 m/s2的加速度加速上升；(3)升降機以4 m/s2的加速度加速下降。(1)如何求體重計的讀數(shù)？提示：體重計的讀數(shù)實

8、質(zhì)是人對體重計的壓力大小，求出體重計對人的支持力，根據(jù)牛頓第三定律即可得出體重計的讀數(shù)。(2)如何求出體重計對人的支持力？提示：根據(jù)牛頓第二定律，結(jié)合加速度的方向列式Fmgma或mgFma，即可求出F。規(guī)范解答人站在升降機中的體重計上，受力情況如圖所示。(1)當(dāng)升降機勻速上升時，由牛頓第二定律得F合FNG0，所以人受到的支持力FNGmg600 N，根據(jù)牛頓第三定律得人對體重計的壓力大小為600 N，即體重計的讀數(shù)為600 N，人處于平衡狀態(tài)。(2)當(dāng)升降機以3 m/s2的加速度加速上升時，由牛頓第二定律得FNGma，F(xiàn)NmaGm(ga)780 N，由牛頓第三定律得，此時體重計的讀數(shù)為780 N

9、，大于人的重力，人處于超重狀態(tài)。(3)當(dāng)升降機以4 m/s2的加速度加速下降時，由牛頓第二定律得GFNma，F(xiàn)NGmam(ga)360 N，由牛頓第三定律得，此時體重計的讀數(shù)為360 N，小于人的重力，人處于失重狀態(tài)。完美答案(1)600 N平衡狀態(tài)(2)780 N超重狀態(tài)(3)360 N失重狀態(tài)超重和失重問題的解題步驟(1)確定研究對象，并對其進行受力分析，畫出受力示意圖；(2)分析物體的運動狀態(tài)，確定加速度的方向，并在受力示意圖旁邊標(biāo)出；(3)選取加速度的方向為正方向，根據(jù)牛頓第二定律列方程；(4)解方程，得到物體所受懸掛物的拉力或支持面的支持力；5由牛頓第三定律，判定物體對懸掛物的拉力或

10、對支持面的壓力與物體重力的關(guān)系，從而判定物體處于超重還是失重狀態(tài)。eq avs4al(變式訓(xùn)練)圖甲是某人站在力傳感器上做下蹲、起跳動作時的示意圖，中間的“”表示人的重心，圖乙是根據(jù)傳感器采集到的數(shù)據(jù)畫出的力時間圖線，兩圖中ag各點均對應(yīng)，其中有幾個點在圖甲中沒有畫出，取重力加速度g10 m/s2。根據(jù)圖像分析可知()A人的重力為1500 NBc點位置人處于超重狀態(tài) Ce點位置人處于失重狀態(tài) D人在d點位置的加速度小于在f點的加速度答案B解析開始時人處于平衡狀態(tài)，人對傳感器的壓力是500 N，根據(jù)牛頓第三定律和平衡條件可知，人的重力也是500 N，A錯誤；由圖乙可知，人處于c點時對傳感器的壓力

11、大于其重力，處于超重狀態(tài)，B正確；人處于e點時對傳感器的壓力大于其重力，處于超重狀態(tài)，C錯誤；人在d點時的加速度大小為a1eq f(FdG,m)eq f(1500500,f(500,10) m/s220 m/s2，人在f點時的加速度大小為a2eq f(G0,m)eq f(500,f(500,10) m/s210 m/s2，a1a2，則人在d點位置的加速度大于在f點的加速度，D錯誤。A組：合格性水平訓(xùn)練1.(超重、失重)下列關(guān)于超重、失重現(xiàn)象的描述中，正確的是()A電梯正在減速上升，人在電梯中處于超重狀態(tài)B電梯正在加速下降，人在電梯中處于失重狀態(tài)C舉重運動員托舉杠鈴保持靜止，運動員處于超重狀態(tài)D

12、列車在水平軌道上加速行駛，車上的人處于超重狀態(tài)答案B解析電梯正在減速上升，加速度向下，故電梯中的乘客處于失重狀態(tài)，A錯誤；電梯正在加速下降，加速度向下，故電梯中的乘客處于失重狀態(tài)，B正確；舉重運動員托舉杠鈴保持靜止，豎直方向的加速度為0，運動員既不處于超重狀態(tài)也不處于失重狀態(tài)，C錯誤；列車在水平軌道上加速行駛時，豎直方向的加速度為0，車上的人既不處于超重狀態(tài)也不處于失重狀態(tài)，D錯誤。2(超重、失重)(多選)如圖所示，小敏正在做雙腳跳臺階的健身運動。若忽略空氣阻力，小敏起跳后，下列說法正確的是()A上升過程處于超重狀態(tài)B下降過程處于超重狀態(tài)C上升過程處于失重狀態(tài)D下降過程處于失重狀態(tài)答案CD解析

13、若忽略空氣阻力，小敏起跳后，在空中運動的過程中只受重力，加速度就是重力加速度。故小敏起跳后，上升過程與下降過程均處于失重狀態(tài)，C、D正確。3(超重、失重)如圖所示，A、B兩人用安全帶連接在一起，從飛機上跳下進行雙人跳傘運動，降落傘未打開時不計空氣阻力。下列說法正確的是()A在降落傘未打開的下降過程中，安全帶的作用力一定為零B在降落傘未打開的下降過程中，安全帶的作用力大于B的重力C在降落傘未打開的下降過程中，安全帶的作用力等于B的重力D在降落傘打開后減速下降過程中，安全帶的作用力小于B的重力答案A解析在降落傘未打開的下降過程中，A、B兩人一起做自由落體運動，處于完全失重狀態(tài)，A、B之間安全帶的作

14、用力為零，A正確，B、C錯誤；在降落傘打開后減速下降過程中，加速度向上，則A、B處于超重狀態(tài)，故安全帶對B的拉力大于B的重力，D錯誤。4(超重、失重)箱式電梯里的臺秤秤盤上放著一物體，在電梯運動過程中，某人在不同時刻拍下了甲、乙、丙三張照片，如圖所示，乙圖為電梯勻速運動時的照片。從這三張照片可判定()A拍攝甲照片時，電梯一定處于加速下降狀態(tài) B拍攝丙照片時，電梯可能處于減速上升狀態(tài) C拍攝丙照片時，電梯一定處于加速上升狀態(tài) D拍攝甲照片時，電梯可能處于勻速下降狀態(tài)答案B解析由于乙圖是電梯勻速運動時的照片，由照片可以看出此時物體的真實重量。甲圖的臺秤的示數(shù)大于物體的重量，物體處于超重狀態(tài)，電梯可

15、能處于減速下降狀態(tài)或加速上升狀態(tài)，A、D錯誤；丙圖的臺秤的示數(shù)小于物體的重量，物體處于失重狀態(tài)，此時電梯有向下的加速度，電梯可能做向下的加速運動或者做向上的減速運動，B正確，C錯誤。5(超重、失重)如圖所示，質(zhì)量為m的小球掛在電梯的天花板上，電梯在以大小為eq f(g,3)的加速度向下加速運動的過程中，小球()A處于失重狀態(tài)，所受拉力為eq f(mg,3)B處于失重狀態(tài)，所受拉力為eq f(2mg,3)C處于超重狀態(tài)，所受拉力為eq f(mg,3)D處于超重狀態(tài)，所受拉力為eq f(4mg,3)答案B解析小球與電梯運動狀態(tài)相同，小球的加速度的方向向下，處于失重狀態(tài)。對小球進行受力分析，受重力m

16、g和細(xì)線的拉力F作用，根據(jù)牛頓第二定律有：mgFma，所以細(xì)線的拉力為Fmgmam(ga)eq f(2mg,3)，B正確。6. (超重、失重)若貨物隨升降機運動的vt圖像如圖所示(豎直向上為正)，則貨物受到升降機的支持力F與時間t關(guān)系的圖像可能是()答案B解析由題圖可知，貨物與升降機的運動過程依次為加速下降、勻速下降、減速下降、加速上升、勻速上升、減速上升，故升降機與貨物所處的狀態(tài)依次為失重、平衡、超重、超重、平衡、失重，B正確。7(超重、失重)在電梯中，把一物體置于臺秤上，臺秤與力傳感器相連，當(dāng)電梯從靜止起加速上升，然后又勻速運動一段時間，最后停止運動時，傳感器的熒屏上顯示出其受的壓力與時間

17、的關(guān)系圖像如圖所示。試由此圖回答問題：(g取10 m/s2)(1)該物體的重力是多少？電梯在超重和失重時物體的重力是否變化？(2)算出電梯在超重和失重時的最大加速度分別是多大(結(jié)果保留兩位小數(shù))?答案(1)30 N不變(2)6.67 m/s26.67 m/s2解析(1)根據(jù)題意，4 s到18 s物體隨電梯一起勻速運動，由共點力平衡條件與作用力和反作用力相等可知：物體對傳感器的壓力和物體的重力相等，即G30 N；根據(jù)超重和失重的本質(zhì)得電梯在超重和失重時物體的重力不變。(2)物體質(zhì)量meq f(G,g)3 kg，超重時：物體受到的支持力大小等于物體對傳感器的壓力大小，最大為50 N，由牛頓第二定律

18、得a1eq f(F1G,m)eq f(5030,3) m/s26.67 m/s2，方向向上。失重時：物體受到的支持力大小等于物體對傳感器的壓力大小，最小為10 N，由牛頓第二定律得a2eq f(GF2,m)eq f(3010,3) m/s26.67 m/s2，方向向下。8(綜合)一種巨型娛樂器械可以使人體驗超重和失重。一個可乘坐十多個人的環(huán)形座艙套裝在豎直柱子上，由升降機送上幾十米的高處，然后讓座艙自由落下。落到一定位置時，制動系統(tǒng)啟動，到地面時剛好停下。已知座艙開始下落時的高度為75 m，當(dāng)落到離地面30 m的位置時開始制動，座艙均勻減速。重力加速度g取10 m/s2，不計空氣阻力。(1)求

19、座艙下落的最大速度的大??；(2)求座艙下落的總時間；(3)若座艙中某人用手托著重30 N的鉛球，求座艙下落過程中球?qū)κ值膲毫Υ笮?。答?1)30 m/s(2)5 s(3)前45 m球?qū)κ值膲毫榱悖?0 m球?qū)κ值膲毫Υ笮?5 N解析(1)座艙做自由落體運動結(jié)束時速度最大，由自由落體速度與位移關(guān)系式v22gh，可得座艙下落的最大速度的大小為veq r(2gh)eq r(2107530) m/s30 m/s。(2)由heq f(1,2)gteq oal(2,1)，可得自由落體運動的時間t1eq r(f(2h,g)3 s。由勻變速運動規(guī)律可得h2eq f(v,2)t2，解得t2eq f(2h2

20、,v)2 s。故座艙下落總時間tt1t23 s2 s5 s。(3)前45 m人和鉛球都處于完全失重狀態(tài)，故球?qū)κ值膲毫榱?。勻減速階段，即后30 m，鉛球的加速度大小aeq f(v,t2)15 m/s2。由牛頓第二定律可得Nmgma，鉛球的質(zhì)量meq f(G,g)3 kg，解得Nmgma75 N，由牛頓第三定律可知球?qū)κ值膲毫Υ笮?5 N。B組：等級性水平訓(xùn)練9(超重、失重)在探究超重和失重規(guī)律時，某體重為G的同學(xué)站在一壓力傳感器上完成一次下蹲動作。傳感器和計算機相連，經(jīng)計算機處理后得到壓力F隨時間t變化的圖像，則下列圖像中可能正確的是()答案D解析 先分析人的運動，根據(jù)人的運動確定加速度的

21、方向，再根據(jù)牛頓第二定律或超失重的知識確定壓力的變化情況。人下蹲時先向下加速再向下減速最后靜止，所以下蹲過程中該同學(xué)先是處于失重狀態(tài)(壓力小于重力)，再處于超重狀態(tài)(壓力大于重力)，最后靜止時壓力等于重力，D正確。10(超重、失重)高蹺運動是一項新型運動，圖甲為彈簧高蹺，當(dāng)人抓住扶手用力蹬踏板壓縮彈簧后，人就向上彈起，進而帶動高蹺跳躍，如圖乙所示。不計空氣阻力，則下列說法正確的是()A人向上彈起的過程中，一直處于超重狀態(tài)B人向上彈起的過程中，踏板對人的作用力大于人對踏板的作用力C從最高點下落至最低點的過程，人先做勻加速運動后做勻減速運動D彈簧壓縮到最低點時，高蹺對人的作用力大于人的重力答案D解析人向上彈起的過程，先加速后減速，所以先超重后失重，A錯誤；人向上彈起的過程中，踏板對人的作用力與人對踏板的作用力是一對相互作用力，大小是相等的，B錯誤；從最高點下落至最低點的過程，人先加速后減速，由于彈力在變化，所以不是勻變速運動，C錯誤；彈簧壓縮到