名師教案 人教版高中物理 必修第一冊(cè) 超重和失重

第四章運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系第5節(jié)超重和失重【素養(yǎng)目標(biāo)】通過實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)超重和失重現(xiàn)象，理解產(chǎn)生超重、失重現(xiàn)象的條件和實(shí)質(zhì)【必備知識(shí)】知識(shí)點(diǎn)一、超重和失重1．超重：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．2．失重：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．3．完全失重：當(dāng)物體向下的加速度為g時(shí)，物體對(duì)支持物、懸掛物沒有作用力，好像完全不受重力作用．知識(shí)點(diǎn)二、對(duì)超重、失重現(xiàn)象的理解1．視重：當(dāng)物體掛在彈簧測(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．當(dāng)物體處于超重或失重時(shí)，物體的重力并未變化，只是視重變了．2．超重、失重的分析特征狀態(tài)加速度視重(F)與重力關(guān)系運(yùn)動(dòng)情況受力圖平衡a＝0F＝mg靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)超重向上F＝m(g＋a)>mg向上加速，向下減速失重向下F＝m(g－a)<mg向下加速，向上減速完全失重a＝gF＝0自由落體、拋體、正常運(yùn)行的衛(wèi)星等【點(diǎn)睛】判斷超重、失重狀態(tài)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(shí)，物體處于超重狀態(tài)，小于重力時(shí)處于失重狀態(tài)，等于零時(shí)處于完全失重狀態(tài)．2．從加速度的角度判斷，當(dāng)物體具有向上的加速度(包括斜向上)時(shí)處于超重狀態(tài)，具有向下的加速度(包括斜向下)時(shí)處于失重狀態(tài)，向下的加速度為g時(shí)處于完全失重狀態(tài)．3．從運(yùn)動(dòng)的角度判斷，當(dāng)物體加速上升或減速下降時(shí)，物體處于超重狀態(tài)，當(dāng)物體加速下降或減速上升時(shí)，物體處于失重狀態(tài)．【課堂檢測(cè)】1.如圖所示為小明玩蹦床的情景，其中A位置表示床面未受壓力時(shí)的平衡位置，B位置是他從最高點(diǎn)直立下落的過程中將床面所壓到的最低位置。若床面始終在彈性限度內(nèi)，空氣阻力及床面的質(zhì)量均可忽略不計(jì)，對(duì)于小明從最高點(diǎn)下落到最低點(diǎn)的過程，下列說法中正確的是（

）A.

床面從A位置下降到B位置的過程中，小明的動(dòng)能不斷變小

B.

床面在B位置時(shí)，小明所受合外力為零

C.

小明接觸床面前處于失重狀態(tài)，接觸床面后處于超重狀態(tài)

D.

加速度方向改變發(fā)生在AB之間的某位置【答案】D【解析】A．剛接觸床面時(shí)，彈力小于重力，合力向下，繼續(xù)向下加速，動(dòng)能變大；然后彈力大于重力，合力向上，繼續(xù)向下減速，動(dòng)能變小，A不符合題意；B．床面在B位置時(shí)，速度為零，彈力大于重力，合力向上，B不符合題意；C．小明接觸床面前處于失重狀態(tài)，剛接觸床面到彈力與重力大小相等之前，彈力小于重力，合力向下，仍然處于失重狀態(tài)，C不符合題意；D．人在重力等于彈力的位置，加速度為零，此位置之后加速度改變方向，此位置在AB之間的某位置，D符合題意。故答案為：D?！痉治觥繉?duì)小明進(jìn)行受力分析，在豎直方向受到重力和彈力，利用牛頓第二定律求解物體的加速度，物體具有向上的加速度，為超重狀態(tài)；物體具有向下的加速度，為失重狀態(tài)。2.如圖，垂直電梯有一個(gè)“轎廂”和一個(gè)“對(duì)重”通過鋼絲繩（曳引繩）將它們連接起來，鋼絲繩通過驅(qū)動(dòng)裝置（曳引機(jī)）的曳引帶動(dòng)使電梯“轎廂”和“對(duì)重”在電梯內(nèi)導(dǎo)軌上做上下運(yùn)動(dòng)。某次“轎廂”向上勻減速運(yùn)動(dòng)，則（

）A.

“轎廂”處于超重狀態(tài)

B.

“對(duì)重”處于失重狀態(tài)

C.

“對(duì)重”向下勻加速運(yùn)動(dòng)

D.

曳引繩受到的拉力大小比“轎廂”重力小【答案】D【解析】A．當(dāng)轎廂向上勻減速時(shí)，轎廂加速度向下，處于失重狀態(tài)，A不符合題意；D．轎廂失重，所以曳引繩的拉力小于重力，D符合題意；BC．同時(shí)，對(duì)重向下做勻減速運(yùn)動(dòng)，處于超重狀態(tài)，所以BC不符合題意。故答案為：D?！痉治觥繉?duì)物體進(jìn)行受力分析，利用牛頓第二定律求解物體的加速度，物體具有向上的加速度，為超重狀態(tài)；物體具有向下的加速度，為失重狀態(tài)。【素養(yǎng)作業(yè)】1.下列說法正確的是（

）A.

米、千克、牛頓都屬于國際單位制中的基本單位

B.

物體做自由落體運(yùn)動(dòng)時(shí)不受任何外力作用

C.

作用力和反作用力總是大小相等、方向相反

D.

物體處于完全失重狀態(tài)時(shí)，重力消失【答案】C【解析】A．單位米、千克是國際單位制中的力學(xué)基本單位，單位牛頓為導(dǎo)出單位，A不符合題意；B．物體做自由落體運(yùn)動(dòng)時(shí)受到重力作用，B不符合題意；C．作用力和反作用力總是大小相等、方向相反，C符合題意；D．物體處于完全失重狀態(tài)時(shí)，重力并沒有消失，物體重力不變，D不符合題意。故答案為：C。【分析】牛頓屬于導(dǎo)出單位不屬于基本單位；物體做自由落體運(yùn)動(dòng)受到重力的作用；物體處于完全失重時(shí)只受重力的作用。2.一個(gè)質(zhì)量是60kg的人站在升降機(jī)的地板上，升降機(jī)的頂部懸掛了一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)，彈簧測(cè)力計(jì)下面掛著一個(gè)質(zhì)量為m=5kg的物體A，當(dāng)升降機(jī)運(yùn)動(dòng)時(shí)，他看到彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為40N，g取10m/s2，下列說法正確的是（

）A.

人處于超重狀態(tài)

B.

人處于失重狀態(tài)

C.

升降機(jī)一定向上減速

D.

升降機(jī)加速度大小為4m/s2【答案】B【解析】AB．由題意可知，彈簧秤的拉力小于物體的重力，可知物體處于失重狀態(tài)，應(yīng)用人和物體及升降機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)一樣，可知人處于失重狀態(tài)，A不符合題意，B符合題意；CD．升降機(jī)的加速度與物體的加速度相同，對(duì)物體A根據(jù)牛頓第二定律，可知升降機(jī)加速度大小為a加速度方向向下，但升降機(jī)可能向上做減速運(yùn)動(dòng)，也可能向下做勻加速運(yùn)動(dòng)，CD不符合題意。故答案為：B?！痉治觥拷Y(jié)合物體重力和彈簧彈力大小判斷超失重；根據(jù)牛頓第二定律求出加速度，同時(shí)確定升降機(jī)的運(yùn)動(dòng)情況。3.小明乘坐電梯，從一層到六層。他站在電梯里，可以簡化為如圖所示的示意圖。在小明乘坐電梯快到達(dá)六層時(shí)，電梯做減速運(yùn)動(dòng)的過程中，下列關(guān)于小明所處狀態(tài)說法正確的是（

）A.

超重狀態(tài)

B.

失重狀態(tài)

C.

平衡狀態(tài)

D.

完全失重狀態(tài)【答案】B【解析】減速上升，加速度向下，處于失重狀態(tài)。故答案為：B。【分析】減速上升或者加速上升時(shí)加速度向上，物體處于超重；加速下降或減速上升時(shí)加速度向下，物體處于失重。4.原地起跳摸高是籃球和羽毛球重要的訓(xùn)練項(xiàng)目之一，訓(xùn)練過程中，運(yùn)動(dòng)員先由靜止下蹲一段位移，經(jīng)過充分調(diào)整后，發(fā)力跳起摸到了一定的高度，關(guān)于摸高整個(gè)過程中的失重與超重，下列說法正確的是（

）A.

下蹲階段先超重后失重，上升階段先超重后失重

B.

下蹲階段先失重后超重，上升階段先超重后失重

C.

下蹲階段先失重后超重，上升階段先失重后超重

D.

下蹲階段先超重后失重，上升階段先失重后超重【答案】B【解析】下蹲階段從靜止開始到最低點(diǎn)靜止，先加速后減速，加速度先向下后向上，先失重后超重；上升階段先從靜止開始加速上升，加速度向上超重，離開地面后做豎直上拋運(yùn)動(dòng)，加速度向下處于失重狀態(tài)。故答案為：B?！痉治觥课矬w的加速度向上，則處于超重狀態(tài)，物體的加速度向下，則物體處于失重狀態(tài)。5.一個(gè)質(zhì)量為50kg的人，站在豎直向上運(yùn)動(dòng)著的升降機(jī)地板上，他看到升降機(jī)上掛著重物的彈簧秤上示數(shù)為40N，已知重物質(zhì)量為5kg，g取l0m/s2，則升降機(jī)中物體所處狀態(tài)和這時(shí)，人對(duì)升降機(jī)地板的壓力為（

）A.

超重狀態(tài)，500N

B.

超重狀態(tài)，50N

C.

失重狀態(tài)，400N

D.

失重狀態(tài)，40N【答案】C【解析】設(shè)彈簧秤示數(shù)為F，重物質(zhì)量為m，對(duì)物體應(yīng)用牛頓第二定律得mg-解得a=2m/s設(shè)人質(zhì)量為M，地板對(duì)人的支持力為FN，對(duì)人利用牛頓第二定律得解得F根據(jù)牛頓第三定律，人對(duì)地板的壓力大小為400N故答案為：C?！痉治觥砍睾褪е?，物體的重力并沒有改變，只是視重發(fā)生了改變，超重時(shí)視重大于實(shí)重，失重時(shí)視重小于實(shí)重。6.某人在地面上用彈簧秤稱得其體重為490N.他將彈簧秤移至電梯內(nèi)稱其體重，t0至t3時(shí)間段內(nèi)彈簧秤的示數(shù)如下圖所示，則電梯運(yùn)行的v-t圖象可能是(A.

B.

C.

D.

【答案】A【解析】從圖可以看出，t0～t1時(shí)間內(nèi)，該人的視重小于其重力，t1～t2時(shí)間內(nèi)，視重正好等于其重力，而在t2～t3時(shí)間內(nèi)，視重大于其重力，根據(jù)題中所設(shè)的正方向可知，t0～t1時(shí)間內(nèi)，該人具有向下的加速度，t1～t2時(shí)間內(nèi)，該人處于平衡狀態(tài)，而在t2～t3時(shí)間內(nèi)，該人則具有向上的加速度，所以可能的圖象為A；B、C、D不符合題意，A符合題意。故答案為：A【分析】物體具有向上的加速度，為超重狀態(tài)；物體具有向下的加速度，為失重狀態(tài)，結(jié)合牛頓第二定律分析求解即可。7.如圖所示，將一個(gè)有刻度的木板豎直固定在電梯上，一根輕彈簧的上端固定在電梯上。電梯靜止時(shí)，當(dāng)彈簧下端懸吊0.9N重物，彈簧下端的指針指在木板上刻度為a的位置，當(dāng)懸吊1.0N重物時(shí)指針指在刻度為0的位置，以后該重物就固定在彈簧上，和木板上的刻度構(gòu)成了一個(gè)“豎直加速度測(cè)量儀”。(g=10mA.

指針指在b位置時(shí)電梯可能向下加速運(yùn)動(dòng)B.

指針指在a位置時(shí)電梯處于超重狀態(tài)C.

指針指在a位置時(shí)電梯的加速度大小為0.1m/sD.

指針指在b位置時(shí)電梯的加速度大小為1m/s【答案】D【解析】A．指針指在b位置時(shí)，重物超重，則電梯的加速度向上，電梯可能向下減速運(yùn)動(dòng)或者向上加速運(yùn)動(dòng)，A不符合題意；B．指針指在a點(diǎn)時(shí)，彈力小于重力，加速度方向向下，重物處于失重狀態(tài)，B不符合題意；C．指針指在a位置時(shí)彈簧的彈力為0.9N，則由牛頓第二定律mg即1.0解得電梯的加速度大小為a方向豎直向下，C不符合題意；D．由胡克定律可知，指針指在b位置時(shí)彈簧的彈力為1.1N，則由牛頓第二定律F即1.1解得電梯的加速度大小為a方向豎直向上，D符合題意。故答案為：D。【分析】加速度向下時(shí)，即電梯可能向下加速運(yùn)動(dòng)或者向上減速運(yùn)動(dòng)，小球處于失重狀態(tài)，指針上移，加速度向上時(shí)，即電梯可能向下減速運(yùn)動(dòng)或者向上加速運(yùn)動(dòng)，小球處于超重狀態(tài)，指針下移，加速度的大小利用牛頓第二定律計(jì)算即可.8.一質(zhì)量為m的乘客在高樓內(nèi)乘坐豎直電梯下樓，其位移s與時(shí)間t的關(guān)系圖像如圖所示。乘客所受支持力的大小用FN表示、速度用v表示，重力加速度大小為g。以下判斷正確的是（

）A.

0~t1時(shí)間內(nèi)，F(xiàn)N>mg

B.

t1~t2時(shí)間內(nèi)，F(xiàn)N<mg

C.

t2~t3時(shí)間內(nèi)，