2024-2025學年新教材高中物理第四章運動和力的關(guān)系6超重和失重學案新人教版必修1

PAGE9-6超重和失重學問點一重力的測量(1)“實重”：是指物體實際的重力，它不因物體運動狀態(tài)的變更而變更；(2)“視重”：是指物體對彈簧測力計的拉力或?qū)ε_秤的壓力，它與物體的運動狀態(tài)有關(guān)．學問點二超重和失重(1)超重：①定義：物體對水平支持物的壓力(或?qū)ωQ直懸掛物的拉力)大于物體所受的重力的現(xiàn)象．②產(chǎn)生條件：物體具有豎直向上的加速度．(2)失重：①定義：物體對水平支持物的壓力(或?qū)ωQ直懸掛物的拉力)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)完全失重：①定義：物體對支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?等于零的現(xiàn)象．②產(chǎn)生條件：a＝g方向豎直向下．姚明某次跳起過程可分為下蹲、蹬地、離地上升、下落四個過程，如圖所示．下列關(guān)于蹬地和離地上升兩過程的說法中正確的是(設(shè)蹬地的力為恒力)(D)A．兩過程中姚明都處于超重狀態(tài)B．兩過程中姚明都處于失重狀態(tài)C．前過程為超重，后過程不超重也不失重D．前過程為超重，后過程為完全失重考點一對超重和失重現(xiàn)象的理解1．視重當將物體掛在彈簧測力計下或放在水平臺秤上時，彈簧測力計或臺秤的示數(shù)稱為“視重”，大小等于彈簧測力計所受的拉力或臺秤所受的壓力．2．超重、失重的分析提示：物體只要有向上的加速度就處于超重狀態(tài)，只要有向下的加速度就處于失重狀態(tài)，無論超重或失重，物體所受重力不變．【例1】質(zhì)量為60kg的人站在升降機中的體重計上，當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．【審題指導(dǎo)】eq\x(\a\al(推斷加速度,方向))→eq\x(\a\al(列牛頓其次定,律方程))→eq\x(\a\al(F與mg大,小關(guān)系))【解析】人站在升降機中的體重計上，受力狀況如圖所示．(1)當升降機勻速上升時，由牛頓其次定律得F合＝FN－G＝0，所以人受到的支持力FN＝G＝mg＝600N.依據(jù)牛頓第三定律得人對體重計的壓力就等于體重計的示數(shù)，即600N，處于平衡狀態(tài)．(2)當升降機以3m/s2的加速度加速上升時，由牛頓其次定律得FN－G＝ma，F(xiàn)N＝ma＋G＝m(g＋a)＝780N.由牛頓第三定律得，此時體重計的示數(shù)為780N，大于人的重力，人處于超重狀態(tài)．(3)當升降機以4m/s2的加速度加速下降時，由牛頓其次定律得G－FN＝ma，F(xiàn)N＝G－ma＝m(g－a)＝360N，由牛頓第三定律得此時體重計的示數(shù)為360N，小于人的重力600N，人處于失重狀態(tài)．【答案】(1)600N平衡狀態(tài)(2)780N超重狀態(tài)(3)360N失重狀態(tài)總結(jié)提能推斷超重、失重狀態(tài)的方法物體原委處于超重狀態(tài)還是失重狀態(tài)，可用三個方法推斷：(1)從受力的角度推斷，當物體所受向上的拉力(或支持力)大于重力時，物體處于超重狀態(tài)；小于重力時處于失重狀態(tài)，等于零時處于完全失重狀態(tài)．(2)從加速度的角度推斷，當物體具有向上的加速度(包括斜向上)時處于超重狀態(tài)，具有向下的加速度(包括斜向下)時處于失重狀態(tài)，向下的加速度為g時處于完全失重狀態(tài)．(3)從運動的角度推斷，當物體加速上升或減速下降時，物體處于超重狀態(tài)，當物體加速下降或減速上升時，物體處于失重狀態(tài)．一個質(zhì)量為50kg的人站在升降機中的臺秤上，隨升降機在豎直方向上運動．臺秤示數(shù)為400N，則升降機的運動狀態(tài)為(g取10m/s2)(B)A．勻減速下降，a＝2m/s2B．勻加速下降，a＝2m/s2C．勻加速上升，a＝8m/s2D．勻減速上升，a＝8m/s2解析：人的重力G＝mg＝500N，視重F＝400N，由牛頓其次定律得mg－F＝ma，故a＝2m/s2，且方向向下，所以升降機的運動狀態(tài)為勻加速下降或勻減速上升，只有選項B正確．考點二超重和失重的應(yīng)用(1)重力是由于地球?qū)ξ矬w的吸引而產(chǎn)生的，大小為G＝mg.只要物體所在的位置的重力加速度肯定，物體所受的重力就肯定．因此超重和失重僅僅是物體對支持物的壓力或?qū)覓煳锏睦Πl(fā)生變更．其實物體的重力依舊存在，且并不發(fā)生變更．(2)“超重”和“失重”由加速度的方向確定，與物體的速度方向無關(guān)．用牛頓運動定律分析試驗現(xiàn)象時，我們并沒有重點考慮物體的速度方向，而是著重把握物體加速度方向．當物體有豎直向上的加速度時超重，有豎直向下的加速度時失重，超重、失重與物體的運動方向無必定的關(guān)系．(3)在完全失重狀態(tài)下(a＝g)平常一切由重力產(chǎn)生或與重力有關(guān)的物理現(xiàn)象均消逝．如物體在液體中不受浮力，天平無法測量物體的質(zhì)量等．【例2】(多選)“蹦極”是一項特別刺激的體育運動，某人身系彈性繩自高空中P點由靜止起先下落，如圖所示，a點是彈性繩的原長位置，c點是人所能到達的最低位置，b點是人靜止懸掛時的平衡位置，則在人從P點下落到c點的過程中()A．在Pa段，人做自由落體運動，處于完全失重狀態(tài)B．在ab段，繩的拉力小于人的重力，人處于失重狀態(tài)C．在bc段，繩的拉力小于人的重力，人處于失重狀態(tài)D．在c點，人的速度為零，加速度也為零【審題指導(dǎo)】解答本題時可按以下思路進行分析：【解析】人從P點下落到c點的過程中，在Pa段做自由落體運動，加速度為g，方向豎直向下；在ab段做加速度漸漸減小的加速運動，加速度方向向下；在bc段做加速度漸漸增大的減速運動，加速度方向向上．依據(jù)超重和失重的條件可知，選項A、B正確．【答案】AB總結(jié)提能區(qū)分“失重現(xiàn)象”和“超重現(xiàn)象”的關(guān)鍵是看物體在豎直方向的加速度：有豎直向上的加速度，是“超重現(xiàn)象”；有豎直向下的加速度，是“失重現(xiàn)象”．當物體具有a＝g且豎直向下的加速度時，物體處于“完全失重”狀態(tài)，此時物體對支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?為0.(多選)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至t3時間段內(nèi)，彈簧測力計的示數(shù)如圖(1)所示，電梯運行的v－t圖象可能是圖(2)中的(取電梯向上運動的方向為正)(AD)解析：從圖可以看出，t0～t1時間內(nèi)，該人的視重小于其重力，t1～t2時間內(nèi)，視重正好等于其重力，而在t2～t3時間內(nèi)，視重大于其重力．依據(jù)題中所設(shè)的正方向可知，t0～t1時間內(nèi)，該人具有向下的加速度，t1～t2時間內(nèi)，該人處于平衡狀態(tài)，而在t2～t3時間內(nèi)，該人則具有向上的加速度，所以可能的圖象為A、D.1.如圖所示，在一升降機中，物體A置于斜面上，當升降機處于靜止狀態(tài)時，物體A恰好靜止不動．若升降機以加速度g豎直向下做勻加速運動時，以下關(guān)于物體受力的說法中正確的是(D)A．物體仍舊相對斜面靜止，物體所受的各個力均不變B．因物體處于失重狀態(tài)，所以物體不受任何力作用C．因物體處于失重狀態(tài)，所以物體所受重力變?yōu)榱悖渌Σ蛔僁．物體處于失重狀態(tài)，物體除了受到的重力不變以外，不受其他力的作用解析：當物體以加速度g向下做勻加速運動時，物體處于完全失重狀態(tài)，其視重為零，因而支持物對其作用力亦為零；處于完全失重狀態(tài)的物體，地球?qū)λ囊粗亓σ琅f存在．2.如圖所示，一個盛水的容器底部有一小孔，靜止時用手指堵住小孔不讓它漏水，假設(shè)容器在下述運動過程中始終保持平動，且忽視空氣阻力，則下列說法正確的是(D)A．容器自由下落時，小孔向下漏水B．將容器豎直拋出，向上運動時，小孔向下漏水；向下運動時，小孔不向下漏水C．將容器水平拋出，在運動過程中小孔向下漏水D．將容器斜向上拋出，在運動過程中小孔不向下漏水解析：無論容器自由下落還是向任何方向拋出，都處于完全失重狀態(tài)，與重力有關(guān)的現(xiàn)象都將消逝．3．在電梯中，把一重物置于水平臺秤上，臺秤與力傳感器相連，電梯先從靜止加速上升，然后又勻速運動一段時間，最終停止運動；傳感器的屏幕上顯示出其所受的壓力與時間的關(guān)系(FN－t)圖象，如圖所示，則：(1)電梯在啟動階段經(jīng)驗了4s加速上升過程．(2)電梯的最大加速度是多少？(g取10m/s2)答案：6.7m/s2解析：(1)由題圖可知：電梯在啟動階段經(jīng)驗了4s加速上升過程．(2)由牛頓其次定律可知：FN－mg＝maam＝eq\f(FNm－mg,m)＝eq\f(50－30,3)m/s2≈6.7m/s2.4．一個質(zhì)量是50kg的人站在升降機的地板上，升降機的頂端懸掛了一個彈簧測力計，彈簧測力計下面掛著一個質(zhì)量為m＝5kg的物體A，當升降機向上運動時，他看到彈簧測力計的示數(shù)為40N，g取10m/s2，求此時人對地板的壓力大?。馕觯阂訟為探討對象，對A進行受力分析如圖所示，選向下的