高中物理課件：超重與失重

超重與失重了解超重和失重現(xiàn)象，以及它們背后的物理原理。什么是重力？地球吸引地球?qū)θ魏挝矬w都有吸引力，這種力就是重力。萬有引力重力是萬有引力的一種特殊形式，是由地球質(zhì)量引起的。方向指向地心重力的方向總是指向地心，無論物體處于何種位置。重力感受相關(guān)概念重力地球?qū)ξ矬w的吸引力。重力加速度物體由于重力作用而產(chǎn)生的加速度。超重與失重物體所受的支持力或拉力大于或小于重力的現(xiàn)象。做實驗了解重力感受1自由落體當(dāng)物體不受任何外力作用時，它會以重力加速度向下加速，體驗失重狀態(tài)。2向上加速當(dāng)物體向上加速時，它會感受到比重力更大的力，體驗超重狀態(tài)。3向下加速當(dāng)物體向下加速時，它會感受到比重力更小的力，體驗失重狀態(tài)。什么是重力加速度？自由落體運動當(dāng)物體只受重力作用時，物體將做自由落體運動。加速度自由落體運動中，物體速度均勻增加，速度變化量與時間成正比，這就是重力加速度。了解重力加速度的特點方向重力加速度的方向始終指向地心，與重力的方向一致。大小重力加速度的大小在地球上不同地點略有差異，通常取值為9.8m/s2。影響重力加速度的大小受地球自轉(zhuǎn)的影響，赤道處的重力加速度略小于兩極。重力加速度的數(shù)值9.8地球表面約為9.8米每平方秒1.6月球表面約為1.6米每平方秒如何測量重力加速度自由落體法利用自由落體運動的公式，通過測量物體下落的高度和時間，計算出重力加速度。單擺法利用單擺的周期公式，通過測量擺長和周期，計算出重力加速度。其他方法還有其他方法，例如利用氣壓計或加速度計測量重力加速度。定義超重與失重超重：物體所受支持力或拉力大于物體重力時，我們就說物體處于超重狀態(tài)。失重：物體所受支持力或拉力小于物體重力時，我們就說物體處于失重狀態(tài)。舉例說明超重和失重當(dāng)電梯加速上升時，人對電梯底部的壓力大于自身重力，這就是超重現(xiàn)象。當(dāng)電梯加速下降時，人對電梯底部的壓力小于自身重力，這就是失重現(xiàn)象。在失重狀態(tài)下，人會感覺輕飄飄的，甚至?xí)∑饋怼Ｔ诔俗^山車時，當(dāng)過山車加速上升或向下俯沖時，人會感受到超重或失重。當(dāng)過山車高速行駛過彎道時，人會感受到向心加速度產(chǎn)生的超重。航天員在太空中，由于失去了地球引力的作用，會處于失重狀態(tài)。超重與失重的判斷條件超重物體實際受到的重力大于其自身的重力，表現(xiàn)為物體對支持物的壓力大于物體的重力。失重物體實際受到的重力小于其自身的重力，表現(xiàn)為物體對支持物的壓力小于物體的重力。航天器中的超重與失重航天器在發(fā)射升空和返回地面過程中，會經(jīng)歷超重和失重狀態(tài)。發(fā)射升空時，火箭發(fā)動機產(chǎn)生的推力大于航天器的重力，航天器加速上升，此時航天器內(nèi)物體受到的合力大于重力，處于超重狀態(tài)。返回地面時，航天器減速下降，此時航天器內(nèi)物體受到的合力小于重力，處于失重狀態(tài)。載人航天體驗的超重與失重發(fā)射階段航天器加速上升，宇航員會感受到明顯的超重，感覺身體被壓向座椅。軌道運行階段航天器處于失重狀態(tài)，宇航員會漂浮在艙內(nèi)，感覺身體輕飄飄的。返回階段航天器減速下降，宇航員會感受到短暫的超重，類似于過山車急速下降的感覺。過山車中的超重與失重在過山車運行過程中，乘客會經(jīng)歷超重和失重的感覺。當(dāng)過山車快速向上爬升時，乘客會感到超重，因為此時乘客的加速度方向向上，與重力方向相反，合力大于重力。當(dāng)過山車快速向下俯沖時，乘客會感到失重，因為此時乘客的加速度方向向下，與重力方向相同，合力小于重力。過山車設(shè)計對超重的考慮速度設(shè)計過山車速度設(shè)計需考慮乘客安全。過山車運行過程中，速度過快會導(dǎo)致乘客超重。因此，速度設(shè)計需與軌道結(jié)構(gòu)、安全標(biāo)準(zhǔn)相匹配。軌道設(shè)計過山車軌道設(shè)計應(yīng)考慮乘客舒適度，并避免乘客在劇烈顛簸中出現(xiàn)超重或失重。軌道形狀應(yīng)盡量平滑，減少過大的加速度變化。電梯中的超重與失重電梯加速上升時，人對電梯底部的壓力大于人的重力，人處于超重狀態(tài)。電梯加速下降時，人對電梯底部的壓力小于人的重力，人處于失重狀態(tài)。電梯勻速運動時，人處于平衡狀態(tài)，此時人對電梯底部的壓力等于人的重力。電梯設(shè)計對超重的考慮1承載能力電梯的設(shè)計要考慮超重情況，確保其能夠承受超過額定載荷的重量。2安全系數(shù)電梯的鋼纜、制動系統(tǒng)等部件需要有足夠的強度和安全系數(shù)，以應(yīng)對超重情況下的負(fù)荷。3減震措施電梯的減震系統(tǒng)可以有效地減少超重情況下的震動，提高乘坐舒適度。拋物線運動中的超重與失重過山車示例過山車在軌道上運行時，會經(jīng)歷超重和失重的狀態(tài)。當(dāng)過山車加速上升時，乘客會感受到超重，而當(dāng)過山車減速下降時，乘客會感受到失重。跳傘示例跳傘運動員在跳傘過程中，也會經(jīng)歷超重和失重的狀態(tài)。當(dāng)跳傘運動員從飛機上跳下來時，會經(jīng)歷超重，而當(dāng)跳傘運動員打開降落傘后，會經(jīng)歷失重。自由落體運動的特點加速度自由落體運動的加速度等于重力加速度，為常數(shù)。方向自由落體運動的加速度方向始終豎直向下。速度自由落體運動的速度不斷增大，方向始終豎直向下。自由落體運動的應(yīng)用實例自由落體運動的應(yīng)用非常廣泛，例如：-計算物體下落時間-確定物體下落距離-預(yù)測物體下落速度-設(shè)計跳傘運動-研究物體在空氣中的運動重力場中的力重力物體在重力場中受到的力，方向指向地心。支持力物體受到的支撐面或懸掛繩索對物體的支持力，方向垂直于接觸面。摩擦力物體在接觸面上發(fā)生相對運動或有相對運動趨勢時，接觸面之間產(chǎn)生的阻礙相對運動的力。法向受力產(chǎn)生的壓力法向力作用在物體表面上的力，垂直于物體表面。壓力法向力在物體表面上的分布程度，即單位面積上的法向力大小。壓強壓力與物體表面積之比，表示單位面積上所受的壓力大小。切向受力產(chǎn)生的切應(yīng)力切向力切向力是指作用在物體表面，與物體表面相切的力。例如，當(dāng)我們用手推一個箱子時，我們施加的力就是切向力。切應(yīng)力切應(yīng)力是指切向力作用在物體表面上的單位面積上的力。切應(yīng)力的大小與切向力的方向有關(guān)，如果切向力垂直于表面，則切應(yīng)力為零。重力對人體的影響骨骼重力作用下，骨骼承受著巨大的壓力，從而變得更加堅固。肌肉肌肉需要克服重力，才能保持身體平衡和運動，鍛煉肌肉。循環(huán)系統(tǒng)重力影響血液循環(huán)，心臟需要克服重力將血液輸送到頭部。重力病理的診斷和預(yù)防影像檢查通過X光、CT等影像檢查，可以觀察骨骼、關(guān)節(jié)的形態(tài)和結(jié)構(gòu)變化，判斷是否出現(xiàn)重力病理。體格檢查醫(yī)生會進(jìn)行體格檢查，包括血壓、心率、呼吸等，了解患者的身體狀況，判斷是否出現(xiàn)重力病理。功能評估醫(yī)生會評估患者的運動功能，例如行走、跳躍、平衡等，判斷是否出現(xiàn)重力病理。無重狀態(tài)下生理的適應(yīng)1骨骼密度下降長時間無重力環(huán)境會導(dǎo)致骨骼礦物質(zhì)流失，骨密度下降，容易骨折。2肌肉萎縮由于缺乏重力負(fù)荷，肌肉會逐漸萎縮，力量下降，影響運動能力。3循環(huán)系統(tǒng)改變血液重新分配，心臟負(fù)荷減輕，血壓下降，容易發(fā)生體位性低血壓。4免疫功能下降長時間無重力環(huán)境會影響免疫系統(tǒng)功能，更容易感染疾病。微重力環(huán)境的應(yīng)用前景太空制造微重力環(huán)境有利于材料的均勻混合和晶體的生長，可以制造出在地球上無法獲得的特殊材料?？茖W(xué)研究微重力環(huán)境可以幫助科學(xué)家研究物質(zhì)在失重狀態(tài)下的特性，以及人類在太空環(huán)境中的適應(yīng)性。地球觀測太空中的衛(wèi)星可以更全面地觀測地球，例如監(jiān)測自然災(zāi)害、環(huán)境變化等。人類探索無重狀態(tài)的歷程120世紀(jì)初科學(xué)家開始提出無重狀態(tài)的概念，并進(jìn)行相關(guān)理論研究。220世紀(jì)50年代隨著火箭和衛(wèi)星技術(shù)的進(jìn)步，人類首次進(jìn)入太空，開始了對無重狀態(tài)的探索。320世紀(jì)60-70年代載人航天技術(shù)取得突破，人類首次在太空中長期停留，進(jìn)