4.6超重和失重（原卷版）-2022-2023學(xué)年高一物理備課必備講義（人教2019必修第一冊）

第四章運動和力的關(guān)系4.6超重失重課標(biāo)要求素養(yǎng)要求課標(biāo)解讀1.了解測量重力的兩種方法，知道什么是視重.2.知道什么是超重和失重現(xiàn)象，會利用牛頓運動定律分析超重和失重的問題．1．物理觀念：通過學(xué)習(xí)超重、失重，了解運動和力的關(guān)系。2．科學(xué)思維：建立超重、失重模型，推出彈力和重力之間的關(guān)系。3．科學(xué)探究：了解重力測量方法，探究超重、失重現(xiàn)象。3．科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：通過坐電梯等各種活動，結(jié)合生活體驗理解超重和失重形成探索自然的驅(qū)動力。教材原句01物體對支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?大于物體所受重力的現(xiàn)象，叫作超重現(xiàn)象。物體對支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?小于物體所受重力的現(xiàn)象，叫作失重現(xiàn)象。自主思考引體向上是同學(xué)們經(jīng)常做的一項健身運動。在下放開始的過程中，該同學(xué)感到比較輕松，這是為什么？在上拉開始的過程中，該同學(xué)感覺到很費勁，這是為什么？教材原句02物體對支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?等于0的狀態(tài)。自主思考兩物體疊放在一起做自由落體運動，上方物體對下方物體有壓力嗎？探究點01對超重、失重現(xiàn)象的理解情境探究如圖所示，某人乘坐電梯正在向上運動。(1)電梯啟動瞬間加速度沿什么方向？人受到的支持力比其重力大還是??？電梯勻速向上運動時，人受到的支持力比其重力大還是小？(2)電梯將要到達目的地減速運動時加速度沿什么方向？人受到的支持力比其重力大還是小？探究歸納1．實重：物體實際所受的重力，物體所受重力不會因物體運動狀態(tài)的改變而變化。2．視重：當(dāng)物體在豎直方向上有加速度時，物體對彈簧測力計的拉力或?qū)ε_秤的壓力將不等于物體的重力，此時彈簧測力計或臺秤的示數(shù)叫物體的視重。3．判斷物體超重與失重的方法(1)從受力的角度判斷①超重：物體所受向上的拉力(或支持力)大于重力。②失重：物體所受向上的拉力(或支持力)小于重力。(2)從加速度的角度判斷①當(dāng)物體的加速度方向向上(或加速度有豎直向上的分量)時，處于超重狀態(tài)。②當(dāng)物體的加速度方向向下(或加速度有豎直向下的分量)時，處于失重狀態(tài)。注意：物體處于超重還是失重狀態(tài)，只取決于加速度的方向，與物體的運動方向無關(guān)?！咎骄繎?yīng)用1】2021年9月17日，搭載著3名英雄航天員的神舟十二號載人飛船返回艙成功著陸于東風(fēng)著陸場，標(biāo)志著神舟十二號返回任務(wù)取得圓滿成功．宇航員在火箭發(fā)射與飛船回收的過程中均要經(jīng)受超重與失重的考驗，下列說法正確的是()A．火箭加速上升時，宇航員處于超重狀態(tài)B．火箭加速上升時，宇航員對座椅的壓力小于自身重力C．在飛船繞地球運行時，宇航員處于完全失重狀態(tài)，則宇航員的重力消失了D．飛船落地前減速下落時，宇航員處于失重狀態(tài)【遷移應(yīng)用1】(多選)在一電梯的地板上有一壓力傳感器，其上放一物塊，如圖甲所示，當(dāng)電梯運行時，傳感器示數(shù)大小隨時間變化的關(guān)系圖像如圖乙，根據(jù)圖像分析得出的結(jié)論中正確的是()A．從時刻t1到t2，物塊處于失重狀態(tài)B．從時刻t3到t4，物塊處于失重狀態(tài)C．電梯可能開始停在低樓層，先加速向上，接著勻速向上，再減速向上，最后停在高樓層D．電梯可能開始停在高樓層，先加速向下，接著勻速向下，再減速向下，最后停在低樓層探究點02超重和失重的分析計算探究歸納1．超重與失重問題，實質(zhì)上是牛頓第二定律應(yīng)用的延續(xù)，解題時仍應(yīng)抓住聯(lián)系力和運動的橋梁——加速度。2．基本思路(1)確定研究對象；(2)把研究對象從運動體系中隔離出來，進行受力分析并畫出受力圖；(3)選取正方向，分析物體的運動情況，明確加速度的方向；(4)根據(jù)牛頓運動定律和運動學(xué)公式列方程；(5)解方程，找出所需的結(jié)果。3．注意使用牛頓第三定律，因為壓力和支持力并不是一回事，同時注意物體具有向上(或向下)的加速度與物體向上運動還是向下運動無關(guān)?！咎骄繎?yīng)用2】升降機地板上放一個彈簧式臺秤，秤盤放一個質(zhì)量為20kg的物體(g＝10m/s2)，則：(1)當(dāng)升降機勻速上升時，物體對臺秤的壓力大小是多少？(2)當(dāng)升降機以1m/s2的加速度豎直上升時，物體處于超重狀態(tài)還是失重狀態(tài)？物體對臺秤的壓力大小是多少？(3)當(dāng)升降機以5m/s2的加速度減速上升時，物體處于超重狀態(tài)還是失重狀態(tài)？物體對臺秤的壓力大小是多少？(4)當(dāng)升降機自由下落時，物體對臺秤的壓力為多少？【遷移應(yīng)用2】在電梯中，把一重物置于臺秤上，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的關(guān)系圖像如圖所示。試由此圖回答問題：(g取10m/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？探究點03超重和失重的綜合應(yīng)用探究歸納沿斜面運動物體的超重失重問題：若系統(tǒng)中某一部分有向上或向下的加速度，則系統(tǒng)整體處于超重或失重狀態(tài)．【探究應(yīng)用3】如圖所示，質(zhì)量為M的斜面體始終處于靜止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)質(zhì)量為m的物體以加速度a沿斜面加速下滑時有()A．地面對斜面體的支持力大于(M＋m)gB．地面對斜面體的支持力等于(M＋m)gC．地面對斜面體的支持力小于(M＋m)gD．由于不知a的具體數(shù)值，無法計算地面對斜面體的支持力的大小【遷移應(yīng)用3】如圖所示，傾斜索道與水平線的夾角θ＝37°，若載人車廂沿索道向上的加速度為5m/s2，人的質(zhì)量為50kg，且人相對車廂靜止。g取10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，求：(1)人對車廂的壓力大?。?2)人受到的摩擦力的大小。學(xué)業(yè)合格練1．（2022·全國·高一課時練習(xí)）圖甲為一彈簧高蹺的結(jié)構(gòu)簡圖。當(dāng)人抓住扶手用力蹬踏板壓縮彈簧后，人就被向上彈起，進而帶動高蹺跳躍，如圖乙所示。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．彈簧壓縮到最短時，高蹺對人的作用力大于人受到的重力D．彈簧壓縮到最短時，高蹺對人的作用力小于人受到的重力2．（2022·全國·高一課時練習(xí)）某海洋館中的“海豚頂球”節(jié)目因其互動性強而深受小朋友們的喜愛。如圖所示為一海豚把球頂向空中，并等其落下。下列說法正確的是（）A．球在最高點時受到重力和海豚對它的頂力作用B．球在最高點時速度和加速度都為零C．球在上升過程中處于超重狀態(tài)D．球在下落過程中處于失重狀態(tài)3．（2022·全國·高一課時練習(xí)）靜止的電梯中有一盛水容器，水中浮著一木塊，如圖所示。當(dāng)電梯向上做勻加速運動時，木塊浸入水中的深度怎樣變化（）A．變淺 B．變深C．不變 D．無法判斷4．（2022·全國·高一課時練習(xí)）某人在地面上用彈簧測力計稱得其體重為490N。他將彈簧測力計移至電梯內(nèi)稱其體重，t0~t3時間段內(nèi)彈簧測力計的示數(shù)如圖所示，則電梯運行的v－t圖像可能是（取電梯向上運動的方向為正）（）A． B．C． D．5．（2022·全國·高三課時練習(xí)）如圖所示為兩種形式的電梯，甲是商場中常用的扶梯，乙是居民樓中常用的直梯。則當(dāng)它們都加速上升時（加速度方向如圖所示）。下列說法正確的是（）A．甲電梯上的人受到重力、支持力和摩擦力的作用B．甲電梯上的人處于失重狀態(tài)C．乙電梯中的人處于失重狀態(tài)D．乙電梯中的人受到重力、支持力和摩擦力的作用6．（2022·全國·高一課時練習(xí)）小明同學(xué)用臺秤研究人在豎直升降電梯中的超重與失重現(xiàn)象．他在地面上用臺秤稱得自己的體重為500N，再將臺秤移至電梯內(nèi)稱其體重，電梯從時由靜止開始運動到時停止，得到臺秤的示數(shù)F隨時間t變化的圖像如圖所示，g取10m/s2，下列說法正確的是（）A．在0～2s內(nèi)，小明處于超重狀態(tài)B．在0～2s內(nèi)，小明加速度大小為1m/s2C．在10～11s內(nèi)，臺秤示數(shù)為D．在0～11s內(nèi)，電梯通過的距離為18m7．（2022·全國·高一課時練習(xí)）小明利用臺秤測量電梯在加速和減速過程中的加速度。他站在置于電梯地板的臺秤上面，當(dāng)電梯靜止時，臺秤示數(shù)為50kg；電梯加速上升時，臺秤示數(shù)為60kg；電梯減速上升時，臺秤示數(shù)為40kg。重力加速度g=10m/s2，則電梯（）A．加速過程的加速度大小為2m/s2B．減速過程的加速度大小為0.2m/s2C．上升過程一直處于超重狀態(tài)D．上升過程一直處于失重狀態(tài)8．（2022·全國·高一課時練習(xí)）小剛同學(xué)乘電梯從1樓到20樓，運動的v---t圖象如圖所示，下列說法正確的是（）A．0~t1時間內(nèi)，小剛處于失重狀態(tài)B．t1~t2時間內(nèi)，小剛處于失重狀態(tài)C．t2~t3時間內(nèi)，小剛處于失重狀態(tài)D．0~t3時間內(nèi)，小剛處于失重狀態(tài)學(xué)業(yè)等級練9．（多選）（2022·全國·高三課時練習(xí)）某實驗小組利用DIS系統(tǒng)觀察超重和失重現(xiàn)象。他們在學(xué)校電梯房內(nèi)做實驗，如圖甲所示，在電梯地板上固定了一個壓力傳感器，傳感器上表面水平，將一個重力G=10N的物體放在壓力傳感器上，觀察在電梯運動過程中壓力傳感器示數(shù)的變化情況，若某段時間內(nèi)計算機顯示屏上出現(xiàn)如圖乙所示的圖線，則根據(jù)圖線分析可知（）A．在第內(nèi)，物體處于失重狀態(tài)，電梯可能向下做勻加速直線運動B．在第內(nèi)，電梯可能處于勻速運動狀態(tài)C．在第內(nèi)，物體處于超重狀態(tài)，電梯可能向下做勻減速直線運動D．在第內(nèi)，物體處于超重狀態(tài)，電梯可能向上做勻加速直線運動10．（多選）（2022·全國·高一課時練習(xí)）小胡用軟件測量了電梯運行過程中的加速度，得到圖甲所示圖線（規(guī)定豎直向上為正方向），為簡化問題，將圖線簡化為圖乙。已知t=0時電梯處于靜止?fàn)顟B(tài)，則下列說法正確的是（）A．t=5s時電梯處于超重狀態(tài) B．8~9s時間內(nèi)電梯在做減速運動C．10~15s時間內(nèi)電梯在上行 D．16~17s時間內(nèi)電梯在下行11．（多選）（2022·全國·高三課時練習(xí)）電梯給人們的生活與工作帶來了根多的便利。某單元的電梯轎廂在從頂樓向下運動過程中，速度v隨時間t變化的圖像如圖所示，下列說法中正確的是（）A．在0~時間內(nèi)，鋼絲繩對轎廂的拉力做正功B．在0~時間內(nèi)，轎廂對人的支持力先減小后增大C．在~時間內(nèi)，轎廂處于失重狀態(tài)D．在~時間內(nèi)，鋼絲繩對轎廂的拉力先增大后減小12．（多選）（2021·全國·高一課時練習(xí)）某商場安裝了智能化電動扶梯，無人站在扶梯上時扶梯運轉(zhuǎn)得很慢?，F(xiàn)有顧客乘扶梯下樓，扶梯自動先加速、再勻速運轉(zhuǎn)。下列說法正確的是（）A．扶梯勻速運轉(zhuǎn)過程中，顧客受到的支持力大小等于扶梯受到的壓力大小B．扶梯加速運轉(zhuǎn)過程中，顧客受到的支持力大小等于扶梯受到的壓力大小C．扶梯加速過程中，顧客處于失重狀態(tài)D．扶梯加速過程中，顧客共受到兩個力作用13．（多選）（2021·全國·高一課時練習(xí)）高層建筑電梯的地板上裝有壓力傳感器，傳感器能顯示放置在地板上的物體對地板的壓力。如圖為電梯在從靜止開始到勻速運動直到再次靜止的過程中，壓力隨時間的變化關(guān)系圖像。在電梯運動的這一段時間內(nèi)，以下說法正確的是（g取）（）A．電梯向上運動B．電梯向下運動C．電梯在開始運動的一小段時間內(nèi)的加速度為D．電梯在開始運動的一小段時間內(nèi)的加速度為沖刺“雙一流”14．（2021·全國·高一課時練習(xí)）如圖所示，有一個同學(xué)在豎直升降的電梯內(nèi)，探究超重失重現(xiàn)象。該同學(xué)站在磅秤上的總質(zhì)量為50千克。電梯由靜止開始向下做勻加速運動，這時開始計時。該同學(xué)在磅秤上的示數(shù)隨時間變化情況圖線如圖，最后電梯恰好停在地面上，重力加速度取g=10m/s2，求：(1)電梯作勻速運動時的速度大小；(2)電梯降落的總位移的大小。15．（2022·全國·高一課時練習(xí)）質(zhì)量為60kg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？處于什么狀態(tài)？（g取10m/s2）（1）升降機勻速上升；（2）升降機以3m/s2的加速度加速上升；（3）升降機以4m/s2的加速度加速下降。16．（2021·全國·高一課時練習(xí)）如圖甲所示為濰坊市政府廣場兩座百米多高的觀光塔。游客乘坐觀光電梯就可以從1層到達觀光平臺。若質(zhì)量的人站在電梯平臺上在時由靜止開始上升，運動的圖像如圖乙所示，。求該過程中：(1)電梯運行的最大速度；(2)人對電梯的最小壓力。17．（2020·全國·高一課時練習(xí)）“蹦極”是一種