2024-2025學(xué)年高中物理第6章力與運(yùn)動(dòng)第4節(jié)超重與失重教案魯科版必修1

PAGE8-第4節(jié)超重與失重[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1．[物理觀念]知道什么是超重和失重．2．[科學(xué)思維與科學(xué)方法]知道產(chǎn)生超重和失重的條件．3．[科學(xué)思維與科學(xué)方法]會(huì)分析、解決超重和失重問題．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．產(chǎn)生條件：物體具有豎直向上的加速度．3．運(yùn)動(dòng)類型：超重物體做向上的加速運(yùn)動(dòng)或向下的減速運(yùn)動(dòng)．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．產(chǎn)生條件：物體具有豎直向下的加速度．3．運(yùn)動(dòng)類型：失重物體做向上的減速運(yùn)動(dòng)或向下的加速運(yùn)動(dòng)．4．完全失重(1)定義：物體對(duì)懸掛物的拉力(或?qū)χС治锏膲毫?等于零的狀態(tài)．(2)產(chǎn)生條件：物體豎直向下的加速度等于重力加速度．(3)全部的拋體運(yùn)動(dòng)，在不計(jì)阻力的狀況下，都處于完全失重狀態(tài)．1．思索推斷(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)(1)物體處于超重狀態(tài)時(shí)，肯定向上運(yùn)動(dòng)． (×)(2)物體處于超重狀態(tài)時(shí)，可能向下運(yùn)動(dòng)． (√)(3)豎直向上拋出的物體，在上升過程中處于超重狀態(tài)． (×)(4)只要物體向下運(yùn)動(dòng)，就會(huì)引起失重現(xiàn)象． (×)(5)物體在完全失重的條件下，對(duì)支持它的支撐面壓力為零． (√)(6)物體完全失重時(shí)，不受重力作用． (×)2．下列說法中正確的是()A．只有正在向上運(yùn)動(dòng)的物體，才有可能處于超重狀態(tài)B．超重就是物體所受的重力增大C．物體處于超重狀態(tài)時(shí)，地球?qū)λ囊ψ兇驞．超重時(shí)物體所受的重力不變D[只要物體加速度方向向上，物體就處于超重狀態(tài)，物體也可能向下做減速運(yùn)動(dòng)，故A錯(cuò)誤；超重時(shí)物體的重力不變，地球?qū)ξ矬w的吸引力也不變，故B、C錯(cuò)誤，D正確．]3．如圖所示，A、B兩物體疊放在一起，以相同的初速度上拋(不計(jì)空氣阻力)．下列說法正確的是()A．在上升和下降過程中A對(duì)B的壓力肯定為零B．上升過程中A對(duì)B的壓力大于A物體受到的重力C．下降過程中A對(duì)B的壓力大于A物體受到的重力D．下降過程中A對(duì)B的壓力等于A物體受到的重力A[以A、B作為整體，上升過程只受重力作用，所以系統(tǒng)的加速度為g，方向豎直向下，故系統(tǒng)處于完全失重狀態(tài)，A、B之間無彈力作用，B錯(cuò)誤；下降過程，A、B仍是處于完全失重狀態(tài)，A、B之間也無彈力作用，A正確，C、D錯(cuò)誤．]超重現(xiàn)象1．實(shí)重與視重(1)實(shí)重：物體實(shí)際所受重力．物體所受重力不會(huì)因?yàn)槲矬w運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變更而變更．(2)視重：用彈簧測(cè)力計(jì)或臺(tái)秤來測(cè)量物體重力時(shí)，彈簧測(cè)力計(jì)或臺(tái)秤的示數(shù)叫作物體的視重．當(dāng)物體與彈簧測(cè)力計(jì)保持靜止或者勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，視重等于實(shí)重；當(dāng)存在豎直方向的加速度時(shí)，視重不再等于實(shí)重．2．超重現(xiàn)象(1)產(chǎn)生超重的緣由：當(dāng)物體具有豎直向上的加速度a時(shí)，支持物對(duì)物體的支持力(或懸繩的拉力)為F．由牛頓其次定律可得：F－mg＝ma．所以F＝m(g＋a)>mg．由牛頓第三定律知，物體對(duì)支持物的壓力(或?qū)依K的拉力)F′>mg．(2)超重的動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)：超重eq\b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(向上加速運(yùn)動(dòng),向下減速運(yùn)動(dòng)))加速度方向向上(或有向上的重量)．(3)物體處于超重狀態(tài)時(shí)，并不是重力增加．【例1】一個(gè)站在升降機(jī)上的人，用彈簧測(cè)力計(jì)提著一個(gè)質(zhì)量為1kg的魚，彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)為12N，該人的體重為750N，則他對(duì)升降機(jī)地板的壓力為(g取10m/s2)()A．750N B．762NC．900N D．912N思路點(diǎn)撥：升降機(jī)、人、魚的加速度相同，由魚可分析得到人的運(yùn)動(dòng)狀況．另外，人對(duì)地板的壓力須考慮他手中所提的魚．D[1kg的魚的重力為10N，而彈簧測(cè)力計(jì)的拉力為12N，可知魚所受的合力F魚＝(12－10)N＝2N，由牛頓其次定律可知此時(shí)魚的加速度為2m/s2，方向向上，這也表明升降機(jī)及升降機(jī)中的人也正在做加速度向上的運(yùn)動(dòng)，將人和魚看作一個(gè)整體，可得N－(M＋m)g＝(M＋m)a，N為地板對(duì)人向上的作用力，而人對(duì)地板的反作用力與N相等，方向向下，計(jì)算可得N＝912N，故選D．]理解超重現(xiàn)象的兩點(diǎn)技巧(1)物體處于超重狀態(tài)時(shí)，實(shí)重(即所受重力)并不變，只是視重變了，視重比實(shí)重增加了ma．(2)確定物體超重的因素是物體具有向上的加速度，與速度無關(guān)，即物體可以向上加速運(yùn)動(dòng)，也可以向下減速運(yùn)動(dòng)．[跟進(jìn)訓(xùn)練]1．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)小鐵球，在電梯運(yùn)行時(shí)，乘客發(fā)覺彈簧的伸長(zhǎng)量比電梯靜止時(shí)的伸長(zhǎng)量大，這一現(xiàn)象表明()A．電梯肯定是在上升B．電梯肯定是在下降C．電梯的加速度方向肯定是向下D．乘客肯定處在超重狀態(tài)D[電梯靜止時(shí)，彈簧的拉力和小鐵球的重力相等．現(xiàn)在，彈簧的伸長(zhǎng)量變大，則彈簧的拉力增大，小鐵球受到的合力方向向上，加速度方向向上，小鐵球處于超重狀態(tài)．但是電梯的運(yùn)動(dòng)方向可能向上也可能向下，故選D．]2．質(zhì)量是60kg的人站在升降機(jī)中的體重計(jì)上，如圖所示，當(dāng)升降機(jī)做下列各種運(yùn)動(dòng)時(shí)，體重計(jì)的讀數(shù)是多少？(g取10m/s2)(1)升降機(jī)勻速上升；(2)升降機(jī)以4m/s2的加速度勻加速上升．解析：以人為探討對(duì)象受力分析如圖所示：(1)勻速上升時(shí)a＝0，所以N－mg＝0則N＝mg＝600N．據(jù)牛頓第三定律知體重計(jì)的讀數(shù)為N′＝N＝600N．(2)勻加速上升時(shí)，a向上，取向上為正方向，所以N－mg＝ma則N＝m(g＋a)＝60×(10＋4)N＝840N據(jù)牛頓第三定律知：體重計(jì)的讀數(shù)為N′＝N＝840N．答案：(1)600N(2)840N失重現(xiàn)象1．失重產(chǎn)生的緣由：當(dāng)物體具有向下的加速度a時(shí)，支持物對(duì)物體的支持力為F，由牛頓其次定律可知，mg－F＝ma，F(xiàn)＝mg－ma即F<mg，物體對(duì)支持物的壓力小于重力．2．對(duì)失重現(xiàn)象的理解(1)從力的角度看：失重時(shí)物體受到的豎直懸繩(或測(cè)力計(jì))的拉力或水平支撐面(或臺(tái)秤)的支持力小于重力，似乎重力變小了，正是由于這樣，把這種現(xiàn)象定義為“失重”．(2)從加速度的角度看：依據(jù)牛頓其次定律，處于失重狀態(tài)的物體的加速度方向向下(a≤g，如圖所示)，這是物體失重的條件，也是推斷物體失重與否的依據(jù)．3．對(duì)完全失重的理解物體處于完全失重狀態(tài)(a＝g)時(shí)，重力全部產(chǎn)生加速度，不再產(chǎn)生壓力(如圖所示)，平常一切由重力產(chǎn)生的物理現(xiàn)象都會(huì)完全消逝，如天平失效、浸在水中的物體不再受浮力、液體柱不再產(chǎn)生壓強(qiáng)等．【例2】質(zhì)量為60kg的人站在升降機(jī)中的體重計(jì)上，如圖所示，當(dāng)升降機(jī)做下列各種運(yùn)動(dòng)時(shí)，體重計(jì)的讀數(shù)分別為多少？(g取10m/s2)(1)升降機(jī)勻速上升；(2)升降機(jī)以3m/s2的加速度勻加速下降．思路點(diǎn)撥：①體重計(jì)讀數(shù)對(duì)應(yīng)人對(duì)其壓力大小．②可用轉(zhuǎn)換對(duì)象法對(duì)人受力分析．解析：以人為探討對(duì)象進(jìn)行受力分析，人受重力和支持力作用．(1)升降機(jī)勻速上升時(shí)，加速度a1＝0，所以有N1－mg＝0即N1＝mg＝600N由牛頓第三定律知，體重計(jì)的讀數(shù)為600N．(2)升降機(jī)勻加速下降時(shí)，加速度向下，人處于失重狀態(tài)，取向下為正方向，則有mg－N2＝ma2所以N2＝m(g－a2)＝60×(10－3)N＝420N由牛頓第三定律知，體重計(jì)的讀數(shù)為420N．答案：(1)600N(2)420N超重、失重問題的處理方法(1)用牛頓其次定律列方程分析．以加速度的方向?yàn)檎较蛄信ｎD其次定律方程，求出結(jié)果后，留意運(yùn)用牛頓第三定律變換成所求的結(jié)論，也要留意區(qū)分加速度的方向和速度方向．(2)處理連接體問題時(shí)，如測(cè)力計(jì)、臺(tái)秤示數(shù)的變更問題，對(duì)于其中一個(gè)物體(或物體中的一部分)所處的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變更，而導(dǎo)致系統(tǒng)是否保持原來的平衡狀態(tài)的推斷問題，可以依據(jù)系統(tǒng)的重心發(fā)生的超重、失重現(xiàn)象進(jìn)行分析推斷.[跟進(jìn)訓(xùn)練]3．(多選)有一種大型消遣器械可以讓人體驗(yàn)超重和失重，其環(huán)形座艙套在豎直柱子上(如圖所示)，由升降機(jī)送上幾十米的高處，然后讓座艙自由下落．落到肯定位置時(shí)，制動(dòng)系統(tǒng)啟動(dòng)，座艙做減速運(yùn)動(dòng)，到地面時(shí)剛好停下．下列說法正確的是()A．座艙自由下落的過程中人處于超重狀態(tài)B．座艙自由下落的過程中人處于失重狀態(tài)C．座艙減速下落的過程中人處于超重狀態(tài)D．座艙下落的整個(gè)過程中人處于失重狀態(tài)BC[在自由下落的過程中人只受重力作用，做自由落體運(yùn)動(dòng)，處于失重狀態(tài)，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確；在減速運(yùn)動(dòng)的過程中人受重力和座位對(duì)人向上的支持力，做減速運(yùn)動(dòng)，所以加速度向上，人處于超重狀態(tài)，故選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤．]4．一個(gè)質(zhì)量為50kg的人站在升降機(jī)的地板上，升降機(jī)的頂部懸掛了一只彈簧測(cè)力計(jì)，彈簧測(cè)力計(jì)下面掛著一個(gè)質(zhì)量為mA＝5kg的物體A，當(dāng)升降機(jī)向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，人看到彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為40N，如圖所示，g取10m/s2，求此時(shí)人對(duì)地板的壓力．解析：依題意可知，彈簧測(cè)力計(jì)讀數(shù)為40N，而物體A的重力G＝mAg＝50N，明顯彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)小于物體的重力，即視重小于實(shí)重，物體A處于失重狀態(tài)．由于人和A以及升降機(jī)三者具有相同的加速度，因此人也處于失重狀態(tài)．以A為探討對(duì)象，受力分析如圖甲所示．甲由牛頓其次定律得mAg－T＝mAa所以a＝eq\f(mAg－T,mA)＝eq\f(50－40,5)m/s2＝2m/s2，方向向下．人的受力如圖乙所示．乙由牛頓其次定律得Mg－N＝Ma，所以N＝Mg－Ma＝400N由牛頓第三定律可得，人對(duì)地板的壓力為400N，方向向下．答案：400N，方向向下1．[物理觀念]超重現(xiàn)象、失重現(xiàn)象．2．[科學(xué)思維]超重、失重的推斷．1．下列關(guān)于超重與失重的推斷，正確的是()A．物體做變速運(yùn)動(dòng)時(shí)，必處于超重或失重狀態(tài)B．物體向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，必處于失重狀態(tài)C．做豎直上拋運(yùn)動(dòng)的物體，處于超重狀態(tài)D．物體斜向上做勻減速運(yùn)動(dòng)，處于失重狀態(tài)D[推斷物體是否處于超重或失重狀態(tài)，就是看物體有沒有豎直方向上的加速度．若物體的加速度向下，則處于失重狀態(tài)．若物體的加速度向上，則處于超重狀態(tài)．A、B兩項(xiàng)均未指明加速度方向，無法判定是否發(fā)生超重和失重現(xiàn)象．D項(xiàng)物體的加速度斜向下，有豎直向下的重量，故處于失重狀態(tài)．C項(xiàng)中a＝g，且加速度方向向下，故處于完全失重狀態(tài)．]2．下列說法正確的是()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)B[運(yùn)動(dòng)員是否超重或失重取決于加速度方向，A、C、D三個(gè)選項(xiàng)中，運(yùn)動(dòng)員均處于平衡狀態(tài)，不超重也不失重，只有B正確．]3．如圖甲所示，在一升降機(jī)內(nèi)，一物塊放在一臺(tái)秤上，當(dāng)升降機(jī)靜止時(shí)，臺(tái)秤的示數(shù)為F2，從啟動(dòng)升降機(jī)起先計(jì)時(shí)，臺(tái)秤的示數(shù)隨時(shí)間的變更圖線如圖乙所示，若取向上為正方向，則升降機(jī)運(yùn)動(dòng)的v-t圖象可能是()甲乙ABCDB[在0～t1時(shí)間內(nèi)，臺(tái)秤的示數(shù)小于重力，故處于失重狀態(tài)，加速度向下，則升降機(jī)可能向下加速或者向上減速，選項(xiàng)A、D錯(cuò)誤；在t1～t2時(shí)間內(nèi)，臺(tái)秤的示數(shù)等于重力，則升降機(jī)勻速運(yùn)動(dòng)或者靜止；在t2～t4時(shí)間內(nèi)臺(tái)秤的示數(shù)大于重力，則升降機(jī)加速上升或減速下降，依據(jù)圖象可知，選項(xiàng)B正確，C