2024-2025學(xué)年新教材高中物理第四章牛頓運動定律6超重和失重學(xué)案新人教版必修1

PAGE6-6超重和失重[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.結(jié)合生活體驗，通過試驗相識超重和失重現(xiàn)象，理解產(chǎn)生超重、失重現(xiàn)象的條件和實質(zhì)．(重點、難點)2.進一步嫻熟駕馭應(yīng)用牛頓運動定律解決問題的方法和步驟．一、重力的測量方法一：先測量物體做自由落體運動的加速度g，再用天平測量物體的質(zhì)量，利用牛頓其次定律得：G＝mg.方法二：利用力的平衡條件對重力進行測量．將待測物體懸掛或放置在測力計上，使它處于靜止?fàn)顟B(tài)，這時測力計的示數(shù)反映了物體所受力的重力大?。?、超重和失重1．超重(1)定義：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．(2)產(chǎn)生條件：物體具有A(A.豎直向上B．豎直向下)的加速度．2．失重(1)定義：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．(2)產(chǎn)生條件：物體具有B(A.豎直向上B．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?等于零的狀態(tài)．②產(chǎn)生條件：a＝g，方向豎直向下．1．正誤推斷(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)物體靜止時，測力計的示數(shù)就是物體的重力． (×)(2)物體向上運動時肯定處于超重狀態(tài)． (×)(3)物體減速向下運動時處于失重狀態(tài)． (×)(4)物體處于失重狀態(tài)時重力減小了． (×)(5)做豎直上拋運動的物體，只受重力作用，加速度大小和方向都不變． (√)2．下列說法中正確的是()A．體操運動員雙手握住單杠吊在空中不動時處于失重狀態(tài)B．蹦床運動員在空中上升和下落過程中都處于失重狀態(tài)C．舉重運動員在舉起杠鈴后不動的那段時間內(nèi)處于超重狀態(tài)D．游泳運動員仰臥在水面靜止不動時處于失重狀態(tài)B[物體具有向上的加速度時，處于超重狀態(tài)；具有向下的加速度時，處于失重狀態(tài)，即“上超下失”，故只有B正確．]重力的測量重力的測量方法一般分為兩類：動力法和靜力法．(1)動力法是依據(jù)物體受力后運動狀態(tài)的變更測定重力．例如在重力作用下的自由落體運動等來測量地球表面的重力加速度的值，則G＝mg.(2)靜力法是依據(jù)物體受力后的平衡狀態(tài)測定重力，例如，彈簧測力計豎直懸掛物體處于平衡狀態(tài)，利用二力平衡知測力計的示數(shù)大小等于重力大?。纠?】關(guān)于重力的大小，下列說法正確的是()A．彈簧測力計下端懸掛一重物，彈簧測力計讀數(shù)大小肯定等于這個物體重力的大小B．重力是物體固有的屬性C．質(zhì)量肯定的物體，其重力大小也肯定D．同一物體在北京的重力大于在赤道上的重力D[不是任何狀況下，彈簧測力計的讀數(shù)都等于物體重力的大小，應(yīng)強調(diào)物體處于靜止或勻速直線運動狀態(tài)，故選項A錯誤．不同地理位置，其重力大小不同；同一物體雖然質(zhì)量不變，但在北京的重力略大于在赤道上的重力，其緣由是g發(fā)生了變更，所以不能說重力是物體固有的屬性，選項B、C錯誤．]1．設(shè)想從某一天起，地球的引力減小了一半，那么對于漂移在水面上的船來說，下列說法中正確的是()A．船受到的重力將減小，船的吃水深度仍不變B．船受到的重力將減小，船的吃水深度也減小C．船受到的重力將不變，船的吃水深度也不變D．船受到的重力將不變，船的吃水深度將減小A[依據(jù)題意可知：重力加速度g大小減小，又G＝mg，則船受到的重力將減?。挥忠罁?jù)二力平衡可得G＝mg＝ρgV，解得V＝eq\f(m,ρ)，則船的吃水深度仍不變，故選A選項．]超重和失重現(xiàn)象1.視重：當(dāng)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．當(dāng)物體處于超重或失重時，物體的重力并未變更，只是視重變了．2．超重、失重的比較3.對超重、失重的理解(1)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)．(2)發(fā)生超重和失重時，物體所受的重力并沒有變更．(3)發(fā)生完全失重現(xiàn)象時，與重力有關(guān)的一切現(xiàn)象都將消逝．比如物體對支持物無壓力、擺鐘將停止搖擺……，靠重力運用的儀器也不能再運用(如天平)．只受重力作用的一切拋體運動，都處于完全失重狀態(tài)．【例2】(多選)在一電梯的地板上有一壓力傳感器，其上放一物體，如圖甲所示，當(dāng)電梯運行時，傳感器示數(shù)大小隨時間變更的關(guān)系圖像如圖乙，依據(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．電梯可能起先停在低樓層，先加速向上，接著勻速向上，再減速向上，最終停在高樓層D．電梯可能起先停在高樓層，先加速向下，接著勻速向下，再減速向下，最終停在低樓層思路點撥：①推斷超、失重現(xiàn)象關(guān)鍵是看加速度方向，而不是運動方向．②處于超重狀態(tài)時，物體可能做向上加速或向下減速運動．③處于失重狀態(tài)時，物體可能做向下加速或向上減速運動．BC[從F-t圖像可以看出，0～t1，F(xiàn)＝mg，電梯可能處于靜止?fàn)顟B(tài)或勻速運動狀態(tài)；t1～t2，F(xiàn)>mg，電梯具有向上的加速度，物塊處于超重狀態(tài)，可能加速向上運動或減速向下運動；t2～t3，F(xiàn)＝mg，可能靜止或勻速運動；t3～t4，F(xiàn)<mg，電梯具有向下的加速度，物塊處于失重狀態(tài)，可能做加速向下或減速向上運動．綜上分析可知，B、C正確．]推斷超重、失重狀態(tài)的方法(1)從受力的角度推斷，當(dāng)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(dāng)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(dāng)物體加速上升或減速下降時，物體處于超重狀態(tài)，當(dāng)物體加速下降或減速上升時，物體處于失重狀態(tài)．2．如圖所示，升降機天花板上用輕彈簧懸掛一物體，升降機靜止時彈簧伸長10cm，運動時彈簧伸長9cm，則升降機的運動狀態(tài)可能是(g取10m/s2)()A．以a＝1m/s2的加速度加速下降B．以a＝1m/s2的加速度加速上升C．以a＝9m/s2的加速度減速上升D．以a＝9m/s2的加速度減速下降A(chǔ)[當(dāng)升降機靜止時，依據(jù)胡克定律和二力平衡條件得kx1－mg＝0，其中k為彈簧的勁度系數(shù)，x1＝0.1m．當(dāng)彈簧伸長量為x2＝9cm時，kx2<mg，說明物體處于失重狀態(tài)，升降機加速度a的方向必向下，由牛頓其次定律得mg－kx2＝ma，解得a＝1m/s2.升降機加速度方向向下，假如向下運動，則為加速運動，假如向上運動，則為減速運動．由此可知選項A正確．]課堂小結(jié)學(xué)問脈絡(luò)1.重力的測量：動力法和靜力法.2.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，叫超重.3.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，叫失重.4.物體處于超重或者失重狀態(tài)，確定于加速度的方向，與速度方向無關(guān).1．(多選)下列說法不正確的是()A．重力就是地球?qū)ξ矬w的引力B．重力的方向豎直向下，故地球上一切物體所受的重力的方向都相同C．物體的重心可以不在物體上D．彈簧測力計可以測出物體的重力，但讀數(shù)時必需保持彈簧測力計和物體都處于靜止或勻速直線運動狀態(tài)AB[重力是由于地球吸引而使物體受到的力，但不是地球?qū)ξ矬w的引力，故A說法錯誤；重力的方向豎直向下，但在地球不同位置，物體受到的重力方向不同，故B說法錯誤；物體的重心可以在物體上，也可以不在物體上，故C說法正確；用彈簧測力計測物體受到的重力時，要使物體處于平衡狀態(tài)，物體受到的重力和彈簧彈力才是一對平衡力，故D說法正確．A、B符合題意．]2．如圖所示，A、B兩物體疊放在一起，以相同的初速度上拋(不計空氣阻力)．下列說法正確的是()A．在上升和下降過程中A對B的壓力肯定為零B．上升過程中A對B的壓力大于A物體受到的重力C．下降過程中A對B的壓力大于A物體受到的重力D．在上升和下降過程中A對B的壓力等于A物體受到的重力A[A、B整體只受重力作用，做豎直上拋運動，處于完全失重狀態(tài)，不論上升過程還是下降過程，A對B均無壓力，只有選項A正確．]3．應(yīng)用物理學(xué)問分析生活中的常見現(xiàn)象，可以使物理學(xué)習(xí)更加好玩和深化．例如平伸手掌托起物體，由靜止起先豎直向上運動，直至將物體拋出．對此現(xiàn)象分析正確的是()A．手托物體向上運動的過程中，物體始終處于超重狀態(tài)B．手托物體向上運動的過程中，物體始終處于失重狀態(tài)C．在物體離開手的瞬間，物體的加速度大于重力加速度D．在物體離開手的瞬間，手的加速度大于重力加速度D[手托物體拋出的過程，必有一段加速過程，其后可以減速，可以勻速，當(dāng)手和物體勻速運動時，物體既不超重也不失重；當(dāng)手和物體減速運動時，物體處于失重狀態(tài)，選項A錯誤．物體從靜止到運動，必有一段加速過程，此過程物體處于超重狀態(tài)，選項B錯誤．當(dāng)物體離開手的瞬間，物體只受重力，此時物體的加速度等于重力加速度，選項C錯誤．手和物體分別之前速度相同，分別之后手速度的變更量比物體速度的變更量大，物體離開手的瞬間，手的加速度大于重力加速度，所以選項D正確．]4．中國的嫦娥工程探月安排分“繞、落、回”三步，然后實施載人登月．假如質(zhì)量為60kg的航天員登上了月球，已知月球表面g′＝1.