教科版高中物理必修第一冊(cè)第4章牛頓運(yùn)動(dòng)定律第7節(jié)超重與失重課件

第7節(jié)超重與失重第四章內(nèi)容索引010203自主預(yù)習(xí)·新知導(dǎo)學(xué)合作探究·釋疑解惑課堂小結(jié)04隨堂練習(xí)課標(biāo)定位1.知道什么是超重和失重。2.能夠利用牛頓第二定律分析超重、失重現(xiàn)象。3.能夠利用超重、失重分析生活中的有關(guān)現(xiàn)象。素養(yǎng)闡釋1.通過(guò)對(duì)超重、失重概念的理解形成物理觀(guān)念。2.根據(jù)牛頓第二定律分析豎直方向的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題,形成科學(xué)思維。3.結(jié)合牛頓第二定律分析生活中的現(xiàn)象,體驗(yàn)超重、失重,培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度和責(zé)任。自主預(yù)習(xí)·新知導(dǎo)學(xué)一、超重現(xiàn)象1.定義:物體對(duì)懸掛物的拉力(或?qū)χС治锏膲毫?大于物體所受重力的現(xiàn)象。2.條件:物體具有豎直向上的加速度。3.視重:若物體質(zhì)量為m,具有豎直向上的加速度a,則視重為T(mén)=m(g+a)。4.

物體處于超重狀態(tài)時(shí),其重力增大了嗎?提示:物體重力未變,而是“視重”變大,也就是物體對(duì)懸掛物的拉力(或?qū)χС治锏膲毫?變大。二、失重現(xiàn)象1.定義:物體對(duì)懸掛物的拉力(或?qū)χС治锏膲毫?小于物體所受重力的現(xiàn)象。2.條件:物體具有豎直向下的加速度。3.視重:若物體質(zhì)量為m,具有豎直向下的加速度a,則視重為T(mén)=m(g-a)。4.完全失重:當(dāng)物體具有豎直向下的加速度a=g時(shí),物體對(duì)懸掛物的拉力(或?qū)χС治锏膲毫?等于零的現(xiàn)象?！舅伎加懻摗?/p>

1.判斷下列說(shuō)法的正誤。(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)物體處于失重狀態(tài)時(shí)重力減小了。(

)(4)物體處于完全失重狀態(tài)時(shí)就不受重力了。(

)(5)不論物體超重、失重,還是完全失重,物體所受的重力都是不變的。(

)××××√2.如圖所示,某人乘坐電梯正在向上運(yùn)動(dòng)。

(1)電梯啟動(dòng)瞬間加速度方向向哪?人受到的支持力比其重力大還是小?電梯勻速向上運(yùn)動(dòng)時(shí),人受到的支持力比其重力大還是小?(2)電梯將要到達(dá)目的地減速運(yùn)動(dòng)時(shí)加速度方向向哪?人受到的支持力比其重力大還是小?提示:(1)電梯啟動(dòng)瞬間加速度方向向上,人受到的合力方向向上,所以支持力大于重力;電梯勻速向上運(yùn)動(dòng)時(shí),人受到的合力為零,所以支持力等于重力。(2)減速運(yùn)動(dòng)時(shí),因速度方向向上,故加速度方向向下,即人受到的合力方向向下,支持力小于重力。3.對(duì)于在宇宙飛船或空間站中長(zhǎng)時(shí)間停留的宇航員,體育鍛煉是一個(gè)必不可少的環(huán)節(jié)。下列器材適宜宇航員在宇宙飛船或空間站中進(jìn)行體育鍛煉的是(

)A.單杠

B.彈簧拉力計(jì)

C.啞鈴

D.跑步機(jī)答案:B解析:利用單杠鍛煉身體需克服自身的重力上升,利用自身的重力下降。在完全失重狀態(tài)下已沒(méi)有重力可用;使用彈簧拉力器鍛煉時(shí),肌肉發(fā)力與彈簧拉力對(duì)抗,與重力無(wú)關(guān)。用啞鈴鍛煉身體主要就是利用啞鈴的重力,在軌道艙中啞鈴處于完全失重狀態(tài),它對(duì)人的胳膊沒(méi)有壓力的作用。在軌道艙中人處于失重狀態(tài),就算人站在跑步機(jī)上,但是腳對(duì)跑步機(jī)一點(diǎn)壓力也沒(méi)有。根據(jù)壓力與摩擦力成正比,那么這時(shí)腳與跑步機(jī)之間沒(méi)有一點(diǎn)摩擦力。沒(méi)有摩擦力人將寸步難行。故應(yīng)該選B。合作探究·釋疑解惑知識(shí)點(diǎn)一對(duì)超重和失重的理解【問(wèn)題引領(lǐng)】

某同學(xué)每天放學(xué)都要乘垂直電梯上、下樓,在電梯下樓時(shí),開(kāi)始他覺(jué)得背的書(shū)包變輕了,快到樓底時(shí)他覺(jué)得書(shū)包又似乎變重了。這是為什么?提示:開(kāi)始時(shí)電梯從靜止做加速運(yùn)動(dòng),使某同學(xué)和電梯一起處于失重狀態(tài);快到樓底時(shí),電梯一定有一個(gè)減速過(guò)程,則該過(guò)程中電梯處于超重狀態(tài),就會(huì)出現(xiàn)上述現(xiàn)象?！練w納提升】

1.實(shí)重與視重實(shí)重:物體實(shí)際所受的重力。物體所受重力不會(huì)因物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變而變化。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(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。超重與失重不是重力本身變了,而是物體對(duì)懸掛物的拉力或?qū)λ街С治锏膲毫Πl(fā)生了變化,即“視重”變化了。若彈力大于重力是超重,反之則是失重。2.超重、失重和完全失重的比較

判斷超重還是失重的主要依據(jù)是看加速度方向,若加速度向上則為超重,加速度向下則為失重,不能根據(jù)物體的運(yùn)動(dòng)方向判斷?！镜湫屠}】

【例題1】

下列關(guān)于超重和失重的說(shuō)法正確的是(

)A.體操運(yùn)動(dòng)員雙手握住單杠吊在空中不動(dòng)時(shí)處于失重狀態(tài)B.蹦床運(yùn)動(dòng)員在空中上升和下落過(guò)程中都處于失重狀態(tài)C.舉重運(yùn)動(dòng)員在舉起杠鈴后不動(dòng)的那段時(shí)間內(nèi)處于超重狀態(tài)D.游泳運(yùn)動(dòng)員仰臥在水面靜止不動(dòng)時(shí)處于失重狀態(tài)答案:B解析:從受力上看,失重物體所受合外力向下,超重物體所受合外力向上;從加速度上看,失重物體的加速度向下,而超重物體的加速度向上。A、C、D中的各運(yùn)動(dòng)員所受合外力為零,加速度為零,只有B中的運(yùn)動(dòng)員處于失重狀態(tài)。超重、失重問(wèn)題的三點(diǎn)提醒(1)物體處于超重或失重狀態(tài)時(shí),物體的重力并未變化,只是視重變了。(2)發(fā)生超重或失重現(xiàn)象只取決于加速度的方向,與物體的速度變化、大小均無(wú)關(guān)。(3)完全失重狀態(tài)的說(shuō)明:在完全失重的狀態(tài)下,平時(shí)一切由重力產(chǎn)生的物理現(xiàn)象都將完全消失,比如物體對(duì)支持物無(wú)壓力、擺鐘停止擺動(dòng)、液體柱不再產(chǎn)生向下的壓強(qiáng)等?？恐亓Σ拍苁褂玫膬x器將失效,不能再使用(如天平、液體氣壓計(jì)等)?！咀兪接?xùn)練1】在電梯中懸掛一彈簧測(cè)力計(jì),當(dāng)電梯豎直向下勻減速時(shí),彈簧測(cè)力計(jì)的秤鉤上掛一個(gè)重2N的物體與電梯相對(duì)靜止,彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)可能是圖中的(

)答案:A解析:電梯豎直向下勻減速時(shí),加速度豎直向上,處于超重狀態(tài),彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)大于物體的重力2

N,故A正確,B、C、D錯(cuò)誤。知識(shí)點(diǎn)二超重和失重的定量計(jì)算【問(wèn)題引領(lǐng)】

如圖所示,質(zhì)量為m的人站在臺(tái)秤上隨電梯以加速度a勻加速斜向上運(yùn)動(dòng),臺(tái)秤的示數(shù)是m(g+a)嗎?提示:不是。將加速度正交分解如圖所示,則臺(tái)秤示數(shù)F=m(g+asinα)?！練w納提升】

處理超重與失重問(wèn)題的基本思路超重和失重問(wèn)題實(shí)際上就是牛頓第二定律應(yīng)用的延續(xù),解題時(shí)仍應(yīng)抓住聯(lián)系力和運(yùn)動(dòng)的橋梁——加速度。(1)確定研究對(duì)象;(2)把研究對(duì)象從物體系統(tǒng)中隔離出來(lái),受力分析并畫(huà)出受力圖;(3)選取正方向,分析物體的運(yùn)動(dòng)情況,明確加速度方向;(4)據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式列方程?！镜湫屠}】

【例題2】

質(zhì)量為60kg的人站在升降機(jī)中的體重計(jì)上,當(dāng)升降機(jī)以3m/s2的加速度加速上升時(shí),體重計(jì)的讀數(shù)是多少?處于什么狀態(tài)?(g取10m/s2)答案:780N

超重狀態(tài)解析:人站在升降機(jī)中的體重計(jì)上,受力情況如圖所示。

當(dāng)升降機(jī)以3

m/s2的加速度加速上升時(shí),由牛頓第二定律得N-G=ma,N=ma+G=m(g+a)=780

N。由牛頓第三定律得,此時(shí)體重計(jì)的示數(shù)為780

N,大于人的重力,人處于超重狀態(tài)。(1)利用牛頓第二定律列方程時(shí),一般以a方向?yàn)檎较?則加速度方向的力減去與加速度方向相反的力即為合力。(2)判斷超重、失重現(xiàn)象,其關(guān)鍵是看加速度的方向,而不是運(yùn)動(dòng)方向?！咀兪接?xùn)練2】

(多選)如圖所示,輕質(zhì)彈簧的上端固定在電梯的天花板上,彈簧下端懸掛一個(gè)小球,電梯中有質(zhì)量為50kg的乘客,在電梯運(yùn)行時(shí)乘客發(fā)現(xiàn)輕質(zhì)彈簧的伸長(zhǎng)量始終是電梯靜止時(shí)的,重力加速度g取10m/s2,由此可判斷(

)A.電梯可能加速下降,加速度大小為5m/s2B.電梯可能減速上升,加速度大小為2.5m/s2C.乘客處于超重狀態(tài)D.乘客對(duì)電梯地板的壓力為375N答案:ABD解析:電梯靜止不動(dòng)時(shí),小球受力平衡,有mg=kx,電梯運(yùn)行時(shí)彈簧的伸長(zhǎng)量比電梯靜止時(shí)小,說(shuō)明彈力變小了,根據(jù)牛頓第二定律,有

,解得:a=2.5

m/s2,方向:豎直向下,電梯可能加速下降或減速上升,乘客處于失重狀態(tài),故A、B正確、C錯(cuò)誤;以乘客為研究對(duì)象,根據(jù)牛頓第二定律可得:m'g-N=m'a,解得:N=375

N,故D正確。課堂小結(jié)隨堂練習(xí)1.(超重與失重)某同學(xué)乘坐電梯從一樓到九樓,在電梯將要停下來(lái)時(shí),該同學(xué)(

)A.處于失重狀態(tài) B.處于超重狀態(tài)C.所受的重力變大 D.所受的重力變小答案:A解析:坐電梯從一樓到九樓,在電梯將要停下來(lái)時(shí),為減速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),加速度方向向下,該同學(xué)處于失重狀態(tài),故A正確,B錯(cuò)誤。處于失重或者超重狀態(tài)的物體,重力不變,故C、D錯(cuò)誤。2.(超重與失重)一個(gè)質(zhì)點(diǎn)沿豎直方向做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),時(shí)間內(nèi)的速度—時(shí)間(v-t)圖像如圖所示,若0~t1時(shí)間內(nèi)質(zhì)點(diǎn)處于失重狀態(tài),則t1~t2時(shí)間內(nèi)質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)經(jīng)歷了(

)A.先超重后失重再超重B.先失重后超重再失重C.先超重后失重D.先失重后超重答案:D解析:0~t1時(shí)間內(nèi)質(zhì)點(diǎn)加速,質(zhì)點(diǎn)處于失重狀態(tài),說(shuō)明這段時(shí)間內(nèi)質(zhì)點(diǎn)向下加速,則:t1~t2時(shí)間內(nèi)質(zhì)點(diǎn)先向下加速后向下減速,因此運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是先失重后超重,故A、B、C錯(cuò)誤,D正確。3.(超重與失重的有關(guān)計(jì)算)質(zhì)量是60kg的人站在升降機(jī)中的體重計(jì)上,如圖所示。重力加速度g取10m/s2,當(dāng)升降機(jī)做下列各種運(yùn)動(dòng)時(shí),求體重計(jì)的示數(shù)。(1)勻速上升;(2)以5m/s2的加