2024-2025學(xué)年新教材高中物理4.6超重和失重教案新人教版必修第一冊(cè)

PAGE9-6.超重和失重學(xué)問(wèn)綱要導(dǎo)引,核心素養(yǎng)目標(biāo),物理觀念超重、失重、完全失重科學(xué)思維測(cè)量重力的方法科學(xué)探究探究超重失重現(xiàn)象及其實(shí)質(zhì)科學(xué)看法與責(zé)任結(jié)合牛頓運(yùn)動(dòng)定律分析生活體驗(yàn)失重和超重基礎(chǔ)導(dǎo)學(xué)一、重力的測(cè)量(自學(xué)教材第105頁(yè)“重力的測(cè)量”部分)方法一：先測(cè)量物體做自由落體運(yùn)動(dòng)的加速度g，再用天平測(cè)量物體的質(zhì)量，利用牛頓其次定律可得：G＝mg.方法二：利用力的平衡條件對(duì)重力進(jìn)行測(cè)量．將待測(cè)物體懸掛或放置在測(cè)力計(jì)上，使它處于靜止?fàn)顟B(tài)．這時(shí)物體所受的重力和測(cè)力計(jì)對(duì)物體的拉力或支持力的大小相等，測(cè)力計(jì)的示數(shù)反映了物體所受的重力大小．二、超重和失重(自學(xué)教材第105、106頁(yè)“超重和失重”部分)1．失重(1)定義：物體對(duì)支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?小于物體所受重力的現(xiàn)象，叫作失重(weightlessness)現(xiàn)象．(2)產(chǎn)生條件：物體具有豎直向下的加速度．2．超重(1)定義：物體對(duì)支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?大于物體所受重力的現(xiàn)象，叫作超重(overweight)現(xiàn)象．(2)產(chǎn)生條件：物體具有豎直向上的加速度．3．完全失重(1)定義：物體對(duì)支持物(或懸掛物)完全沒(méi)有作用力，這種現(xiàn)象被叫作完全失重狀態(tài)．(2)產(chǎn)生條件：加速度a＝g，方向豎直向下．【思索】(1)物體向上運(yùn)動(dòng)時(shí)肯定處于超重狀態(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)超重就是物體的重力變大的現(xiàn)象．()(5)減速上升的升降機(jī)內(nèi)的物體對(duì)地板的壓力小于重力．()(6)做自由落體運(yùn)動(dòng)的物體處于完全失重狀態(tài)．()答案：(1)×(2)×(3)×(4)×(5)√(6)√【教材解疑】(第106、107頁(yè))[思索與探討]人站在力傳感器上完成下蹲動(dòng)作．視察計(jì)算機(jī)采集的圖線．圖1呈現(xiàn)的是某人下蹲過(guò)程中力傳感器的示數(shù)隨時(shí)間變更的狀況．很明顯，圖線直觀地描繪了人在下蹲過(guò)程中力傳感器的示數(shù)先變小，后變大，再變小，最終保持某一數(shù)值不變的全過(guò)程．如圖2，圖線顯示的是某人站在力傳感器上，先“下蹲”后“站起”過(guò)程中力傳感器的示數(shù)隨時(shí)間的變更狀況．請(qǐng)你分析力傳感器上的人“站起”過(guò)程中超重和失重的狀況．問(wèn)題解答：人“站起”過(guò)程中，先是加速上升超重，到達(dá)一個(gè)最大速度后再減速上升失重，所以人“站起”過(guò)程先超重再失重．[做一做]在電梯地板上放一臺(tái)體重計(jì)．站在體重計(jì)上，視察電梯啟動(dòng)、制動(dòng)和運(yùn)行過(guò)程中體重計(jì)示數(shù)的變更．問(wèn)題解答：設(shè)電梯向上運(yùn)行，電梯啟動(dòng)過(guò)程體重計(jì)的示數(shù)變大且大于重力，人處于超重狀態(tài)；電梯在制動(dòng)過(guò)程中體重計(jì)的示數(shù)減小且小于重力，人處于失重狀態(tài)；電梯在運(yùn)行過(guò)程中體重計(jì)的示數(shù)不變且等于重力，人既不失重也不超重.課堂探究主題一對(duì)超重與失重的理解1．重力與視重(1)重力：是地面旁邊的物體由于地球的吸引而受到的力．物體所受重力不會(huì)因物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變更而變更．(2)視重：當(dāng)物體豎直懸掛在彈簧測(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．2．超重和失重的實(shí)質(zhì)(1)超重時(shí)，物體所受支持力(或拉力)與重力的合力方向向上，測(cè)力計(jì)的示數(shù)大于物體的重力．(2)失重時(shí)，物體所受支持力(或拉力)與物體重力的合力方向向下，測(cè)力計(jì)的示數(shù)小于物體的重力．(1)超重與失重不是物體本身重力變了，而是“視重”變更了．(2)超重或失重都屬于一種現(xiàn)象，是“力”的視覺(jué)體現(xiàn).空間站中的宇航員處于完全失重狀態(tài)3.超重、失重常對(duì)應(yīng)的物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(1)超重對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)：向上加速運(yùn)動(dòng)，向下減速運(yùn)動(dòng)．(2)失重對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)：向上減速運(yùn)動(dòng)，向下加速運(yùn)動(dòng)．4．對(duì)完全失重的說(shuō)明當(dāng)物體具有向下的加速度g時(shí)，設(shè)支持物對(duì)物體的支持力(或懸掛物對(duì)物體的拉力)為F.由牛頓其次定律有：mg－F＝mg可得F＝0.完全失重現(xiàn)象是失重現(xiàn)象的極限.,特殊提示,完全失重狀態(tài)下，一切由重力產(chǎn)生的物理現(xiàn)象都將完全消逝．如：氣壓計(jì)不能運(yùn)用——因?yàn)橐褐辉佼a(chǎn)生向下的壓力天平不能測(cè)質(zhì)量——天平在任何條件下都平衡．(1)下蹲過(guò)程：靜止→向下加速→向下減速→靜止．(2)起立過(guò)程：靜止→向上加速→向上減速→靜止．【典例示范】例1如圖是某同學(xué)站在壓力傳感器上做下蹲—起立的動(dòng)作時(shí)傳感器記錄的壓力隨時(shí)間變更的圖線，縱坐標(biāo)為壓力，橫坐標(biāo)為時(shí)間．由圖線可知，該同學(xué)的體重約為650N，除此以外，還可以得到以下信息()A．1s時(shí)人處在下蹲的最低點(diǎn)B．2s時(shí)人處于下蹲靜止?fàn)顟B(tài)C．該同學(xué)做了2次下蹲—起立的動(dòng)作D．下蹲過(guò)程中人始終處于失重狀態(tài)解析：可通過(guò)以下表格對(duì)各選項(xiàng)逐一分析.選項(xiàng)過(guò)程分析結(jié)論A人下蹲動(dòng)作分別有失重和超重兩個(gè)過(guò)程，先是加速下降失重，到達(dá)一個(gè)最大速度后再減速下降超重，對(duì)應(yīng)先失重再超重，到達(dá)最低點(diǎn)后處于平衡狀態(tài)，由圖可知，t＝1s時(shí)人仍舊加速下降×B由圖可知在t＝2s時(shí)刻人處于下蹲靜止?fàn)顟B(tài)√C人下蹲動(dòng)作分別有失重和超重兩個(gè)過(guò)程，先是加速下降失重，到達(dá)一個(gè)最大速度后再減速下降超重，對(duì)應(yīng)先失重再超重，起立對(duì)應(yīng)先超重再失重，對(duì)應(yīng)圖像可知，該同學(xué)做了一次下蹲—起立的動(dòng)作×D結(jié)合A的方向可知，下蹲過(guò)程先失重后超重×答案：B,方法技巧,推斷超、失重有“三看”一看“力”：物體受豎直向上的拉力(或支持力)大于重力時(shí)，處于超重狀態(tài)；小于重力時(shí)，處于失重狀態(tài)．二看“加速度”：物體具有向上的加速度時(shí)，處于超重狀態(tài)；具有向下的加速度時(shí)，處于失重狀態(tài)；向下的加速度為重力加速度時(shí)，處于完全失重狀態(tài)．三看“速度”：物體向上加速或向下減速時(shí)，處于超重狀態(tài)；物體向下加速或向上減速時(shí)，處于失重狀態(tài)．,訓(xùn)練1(多選)如圖所示，小敏正在做雙腳跳臺(tái)階的健身運(yùn)動(dòng)．若忽視空氣阻力，小敏起跳后，下列說(shuō)法正確的是()A．上升過(guò)程處于超重狀態(tài)B．下降過(guò)程處于超重狀態(tài)C．上升過(guò)程處于失重狀態(tài)D．下降過(guò)程處于失重狀態(tài)解析：若忽視空氣阻力，小敏起跳后，在空中運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中只受重力，加速度就是重力加速度，則小敏起跳后，上升過(guò)程與下降過(guò)程均處于失重狀態(tài)，故C、D兩項(xiàng)正確．答案：CD

主題二定量分析超重、失重問(wèn)題超重、失重現(xiàn)象緣由的定量分析特征狀態(tài)加速度視重(F)與重力的關(guān)系運(yùn)動(dòng)狀況受力圖平衡a＝0F＝mg靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)超重向上F＝m(g＋a)>mg向上加速或向下減速失重向下F＝m(g－a)<mg向下加速或向上減速完全失重a＝gF＝0自由落體運(yùn)動(dòng)、拋體運(yùn)動(dòng),超重和失重現(xiàn)象與物體的速度方向和大小無(wú)關(guān)，只取決于物體加速度的方向．【典例示范】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；(3)升降機(jī)以3m/s2的加速度勻減速上升或勻加速下降．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)a＝0，所以有FN－mg＝0，即FN＝mg＝600N依據(jù)牛頓第三定律知FN′＝FN＝600N.(2)升降機(jī)勻加速上升時(shí)，加速度方向向上，人處于超重狀態(tài)，取向上為正方向，則有FN1－mg＝ma1所以FN1＝m(g＋a1)＝60×(10＋4)N＝840N依據(jù)牛頓第三定律知FN′1＝FN1＝840N.(3)升降機(jī)勻減速上升或勻加速下降時(shí)，加速度方向都向下，人都處于失重狀態(tài)，取向下為正方向，則有mg－FN2＝ma2所以FN2＝m(g－a2)＝60×(10－3)N＝420N依據(jù)牛頓第三定律知FN′2＝FN2＝420N.答案：(1)600N(2)840N(3)420N思路：(1)應(yīng)依據(jù)加速度方向推斷物體處于超重狀態(tài)還是失重狀態(tài)；(2)選加速度方向?yàn)檎较颍?3)分析物體的受力狀況；(4)利用牛頓其次定律進(jìn)行求解．關(guān)鍵：確定物體加速度的大小和方向．訓(xùn)練2如圖所示，用繩子將質(zhì)量為2kg的盤(pán)式彈簧秤吊起，使秤盤(pán)保持水平．在秤盤(pán)上放上質(zhì)量為0.5kg的砝碼之后，使整個(gè)秤豎直向上運(yùn)動(dòng)，此時(shí)秤的指針示數(shù)為0.55kg，不計(jì)空氣阻力．(g取10m/s2)求：(1)盤(pán)式彈簧秤運(yùn)動(dòng)加速度的方向．(2)盤(pán)式彈簧秤運(yùn)動(dòng)加速度的大小．(3)繩子對(duì)盤(pán)式彈簧秤的拉力．解析：(1)秤的指針示數(shù)為0.55kg，大于砝碼的質(zhì)量，所以砝碼受到的支持力大于其重力，砝碼處于超重狀態(tài)，可知加速度的方向向上．(2)由牛頓其次定律：FN－mg＝ma，所以a＝eq\f(FN－mg,m)＝eq\f(0.55×10－0.5×10,0.5)m/s2＝1m/s2(3)以彈簧秤與砝碼組成的整體為探討對(duì)象，則：FT－(m＋M)g＝(m＋M)a代入數(shù)據(jù)得：FT＝27.5N，方向豎直向上．答案：(1)盤(pán)式彈簧秤運(yùn)動(dòng)加速度的方向向上(2)1m/s2(3)27.5N，方向豎直向上

課堂達(dá)標(biāo)1．[2024·湖南六校聯(lián)盟高一聯(lián)考]里約奧運(yùn)會(huì)男子跳高決賽的競(jìng)賽中，加拿大選手德勞因突出重圍，以2米38的成果奪冠(如圖所示)．則()A．德勞因在最高點(diǎn)處于平衡狀態(tài)B．德勞因起跳以后在上升過(guò)程處于失重狀態(tài)C．德勞因起跳時(shí)地面對(duì)他的支持力等于他所受的重力D．德勞因下降過(guò)程處于超重狀態(tài)解析：無(wú)論是上升過(guò)程還是下降過(guò)程，還是最高點(diǎn)，運(yùn)動(dòng)員的加速度始終向下，所以他處于失重狀態(tài)，故A、D錯(cuò)誤，B正確；起跳時(shí)運(yùn)動(dòng)員加速度的方向向上，地面對(duì)他的支持力大于他受到的重力，故C錯(cuò)誤．故選B.答案：B2．在一個(gè)封閉裝置中，用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)一物體的重力，依據(jù)讀數(shù)與物體實(shí)際重力之間的關(guān)系，推斷以下說(shuō)法中正確的是()A．讀數(shù)偏大，表明裝置肯定加速上升B．讀數(shù)偏小，表明裝置肯定加速下降C．讀數(shù)為0，表明裝置運(yùn)動(dòng)的加速度等于重力加速度，但無(wú)法推斷是向上運(yùn)動(dòng)還是向下運(yùn)動(dòng)D．讀數(shù)精確，表明裝置肯定勻速上升或下降解析：讀數(shù)偏大，表明裝置處于超重狀態(tài)，其加速度方向向上，可能的運(yùn)動(dòng)狀況是加速上升或減速下降，故A項(xiàng)錯(cuò)誤，同理知B項(xiàng)也錯(cuò)誤．彈簧測(cè)力計(jì)讀數(shù)為0，即完全失重，這表明整個(gè)裝置運(yùn)動(dòng)的加速度等于重力加速度g，但是a＝g時(shí)，速度方向有可能向上，也有可能向下，還有可能沿其他方向，故C項(xiàng)正確．讀數(shù)精確，裝置可能靜止，也可能正在向隨意一個(gè)方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)，故D項(xiàng)錯(cuò)誤．答案：C3．2016年10月17日，“神舟十一號(hào)”載人飛船放射勝利，如圖所示．宇航員在火箭放射與飛船回收的過(guò)程中均要經(jīng)受超重與失重的考驗(yàn)，下列說(shuō)法正確的是()A．火箭加速上升時(shí)，宇航員處于超重狀態(tài)B．飛船落地前減速下落時(shí)，宇航員處于失重狀態(tài)C．火箭加速上升時(shí)，宇航員對(duì)座椅的壓力小于自身重力D．火箭加速上升過(guò)程中加速度漸漸減小時(shí)，宇航員處于失重狀態(tài)解析：火箭加速上升時(shí)，加速度方向向上，依據(jù)牛頓其次定律可知宇航員受到的支持力大于自身的重力，宇航員處于超重狀態(tài)，對(duì)座椅的壓力大于自身重力，選項(xiàng)A正確、C錯(cuò)誤；飛船落地前減速下落時(shí)，加速度方向向上，依據(jù)牛頓其次定律可知宇航員受到的支持力大于自身的重力，宇航員處于超重狀態(tài)，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；火箭加速上升過(guò)程中加速度漸漸減小時(shí)，加速度方向向上，宇航員處于超重狀態(tài)，選項(xiàng)D錯(cuò)誤．答案：A4．[2024·福州高一檢測(cè)]在升降電梯內(nèi)的地板上放一體重計(jì)，電梯靜止時(shí)，曉敏同學(xué)站在體重計(jì)上，體重計(jì)示數(shù)為30kg，電梯運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，某一段時(shí)間內(nèi)，曉敏同學(xué)發(fā)覺(jué)體重計(jì)示數(shù)如圖所示．在這段時(shí)間內(nèi)下列說(shuō)法中正確的是()A．曉敏同學(xué)所受的重力變大了B．電梯可能在豎直向下運(yùn)動(dòng)C．曉敏對(duì)體重計(jì)的壓力大于體重計(jì)對(duì)曉敏的支持力D．電梯的加速度大小為eq\f(1,3)g，方向豎直向下解析：可通過(guò)以下表格對(duì)各選項(xiàng)逐一分析.選項(xiàng)過(guò)程分析結(jié)論A體重計(jì)示數(shù)大于體重說(shuō)明曉敏對(duì)體重計(jì)的壓力大于重力，并不是體重變大×B以人為探討對(duì)象，F(xiàn)N－mg＝ma求得a＝eq\f(FN－mg,m)＝eq\f(40g－30g,30)＝eq\f(1,3)g，方向向上，但電梯可能是向下做減速運(yùn)動(dòng)√C曉敏對(duì)體重計(jì)的壓力與體重計(jì)對(duì)曉敏的支持力是作用力與反作用力的關(guān)系，大小相等×D由B項(xiàng)分析可知，電梯的加速度大小為eq\f(1,3)g，方向豎直向上×答案：B5．(多選)如圖所示，電梯的頂部掛一個(gè)彈簧秤，秤下端掛了一個(gè)重物，電梯勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，彈簧秤的示數(shù)為10N，在某時(shí)刻電梯中的人視察到彈簧秤的示數(shù)變?yōu)?N，關(guān)于電梯的運(yùn)動(dòng)，以下說(shuō)法正確的是(g取10m/s