高中物理 5.4 超重与失重（精讲优练课型）课件 鲁科版必修1.ppt

第4节超重与失重 一 超重现象1 定义 物体对悬挂物的拉力 或对支持物的压力 物体所受重力的现象 2 产生条件 物体具有 的加速度 3 运动类型 超重物体做向上的 或向下的 大于 竖直向上 加速运动 减速运动 判一判 1 物体处于超重状态时 一定向上运动 2 物体处于超重状态时 可能向下运动 3 物体处于超重状态时 是指物体的重力增大了 提示 1 2 物体处于超重现象时 加速度的方向向上 物体可能加速上升 也可能减速下降 3 所谓 超重 并非是指物体的重力变大了 只是视重发生了变化 二 失重现象1 定义 物体对悬挂物的拉力 或对支持物的压力 物体所受重力的现象 2 产生条件 物体具有 的加速度 3 运动类型 失重物体做向上的 或向下的 小于 竖直向下 减速运动 加速运动 4 完全失重 1 定义 物体对悬挂物的 或对支持物的 等于零的状态 2 产生条件 物体竖直向下的加速度等于 3 所有的抛体运动 在不计阻力的情况下 都处于 状态 拉力 压力 重力加速度 完全失重 判一判 1 火箭加速上升时 宇航员处于失重状态 2 物体在完全失重的条件下 对支持它的支撑面压力为零 3 宇航员在太空中处于完全失重状态 所以说宇航员在太空中不受重力的作用 提示 1 火箭加速上升时 宇航员处于超重状态 2 完全失重 是一种视重等于零的现象 物体处于完全失重时 对水平支撑面的压力或对竖直悬绳的拉力等于零 3 宇航员在太空中处于完全失重状态 是指他不会对与他接触的物体产生正压力的作用 但是他仍然受重力的作用 并且重力就是他受到的合外力 一 超重和失重的性质思考探究 如图所示 在一个弹簧测力计上挂一个重物 开始时处于静止状态 1 在系统向上做加速运动的过程中 弹簧测力计的示数如何变化 其实质是什么呢 2 在系统向上做减速运动的过程中 弹簧测力计的示数如何变化 其实质又是什么呢 提示 1 当物体加速上升时 弹簧测力计的示数增大 由于物体有向上的加速度 则f g ma 此时f g 出现超重现象 超重现象中 物体的重力并未增加 只是物体对悬挂物的拉力或对支持物的压力增加了 2 当物体减速上升时 弹簧测力计的示数减小 由于物体有向下的加速度 则g f ma 此时f g 出现失重现象 失重现象中 物体的重力并未减少 只是物体对悬挂物的拉力或对支持物的压力减少了 归纳总结 1 视重 与 实重 的关系 1 实重 指物体实际的重力 它不因物体的运动状态而改变 2 视重 指物体对弹簧测力计的拉力或对台秤的压力 它与物体的运动状态有关 3 关系 视重大于实重的现象叫超重现象 视重小于实重的现象叫失重现象 2 超重的性质 1 从力的角度看超重 超重时物体受到的竖直悬绳 或测力计 的拉力或水平支撑面 或台秤 的支持力大于重力 好像重力变大了 正是由于这样把这种现象定义为 超重 2 从加速度的角度看超重 根据牛顿第二定律 处于超重状态的物体的加速度方向向上 如图所示 这是物体超重的条件 也是判断物体超重与否的依据 3 从速度的角度看超重 只要加速度向上物体就处于超重状态 其速度可以向上也可以向下 常见的超重状态有两种 加速向上或减速向下运动 4 从重力的角度看超重 超重或失重时重力不会发生变化 变化的是与重力有关的现象 3 对失重的理解 1 从力的角度看 失重时物体受到的竖直悬绳 或测力计 的拉力或水平支撑面 或台秤 的支持力小于重力 好像重力变小了 正是由于这样把这种现象定义为 失重 2 从加速度的角度看 根据牛顿第二定律 处于失重状态的物体的加速度方向向下 a g 如图 这是物体失重的条件 也是判断物体失重与否的依据 3 从速度的角度看 只要加速度向下物体就处于失重状态 其速度可以向上也可以向下 常见的失重状态有两种 加速向下或减速向上运动 4 完全失重的性质 物体处于完全失重状态 a g 时 重力全部产生加速度 不再产生压力 如图 平常一切由重力产生的物理现象都会完全消失 如天平失效 浸在水中的物体不再受浮力 液体柱不再产生压强等 典例示范 如图所示 小球的密度小于杯中水的密度 弹簧两端分别固定在杯底和小球上 静止时弹簧伸长 x 若全套装置自由下落 则在下落过程中弹簧的伸长量将 a 仍为 xb 大于 xc 小于 x 大于零d 等于零 解题探究 1 全套装置自由下落时 系统处于 状态 2 弹簧与连接物之间 相互作用力 弹簧恢复到 完全失重 无 原长 正确解答 选d 当全套装置自由下落时 系统处于完全失重状态 弹簧与连接物之间无相互作用力 即弹簧恢复到原长 故选项d正确 过关训练 1 2015 广州高一检测 某电梯中用细绳静止悬挂一重物 当电梯在竖直方向运动时 突然发现绳子断了 由此判断此时电梯的情况是 a 电梯一定是加速上升b 电梯可能是减速上升c 电梯可能匀速向上运动d 电梯的加速度方向一定向上 解析 选d 由于绳子突然断了 说明绳子拉力一定变大了 由此可知 电梯一定有方向向上的加速度 但电梯并不一定向上运动 故a错误 d正确 电梯减速上升加速度向下 b错误 电梯匀速上升 绳子不可能断 c错误 2 2015 济南高一检测 如图所示 某同学找了一个用过的 易拉罐 在底部打了一个洞 用手指按住洞 向罐中装满水 然后将易拉罐竖直向上抛出 空气阻力不计 则下列说法正确的是 a 易拉罐上升的过程中 洞中射出的水的速度越来越快b 易拉罐下降的过程中 洞中射出的水的速度越来越快c 易拉罐上升 下降的过程中 洞中射出的水的速度都不变d 易拉罐上升 下降的过程中 水不会从洞中射出 解析 选d 易拉罐被抛出后 不论上升还是下降 易拉罐均处于完全失重状态 水都不会从洞中射出 故选项a b c错误 d正确 补偿训练 1 一个年轻人在以加速度为a 2m s2加速上升的升降机里最多能举起质量为m 50kg的重物 问当升降机以同样的加速度减速上升时 该年轻人最多能举起的重物的质量m 为 g取10m s2 a 50kgb 100kgc 75kgd 125kg 解析 选c 不论升降机加速上升还是减速上升 该年轻人的最大举力f是不变的 当升降机加速上升时 重物处于超重状态 f m g a 当升降机减速上升时 重物处于失重状态 f m g a 联立以上两式得m 其中a 2m s2 代入数据解得m 75kg 故c正确 a b d错误 2 2015 梅州高一检测 我国发射的 神舟十号 宇宙飞船在重返大气层时 速度可达几千米每秒 为保证飞船安全着陆 在即将落地时要利用制动火箭使飞船减速到某一安全值 在这段时间内 a 飞船处于超重状态b 飞船处于失重状态c 宇航员受到的重力变大d 宇航员受到的重力变小 解析 选a 在利用制动火箭使飞船减速到某一安全值的这段时间内 飞船具有竖直向上的加速度 处于超重状态 选项a正确 而选项b错误 无论是超重情况下还是失重情况下 宇航员的重力都没有变 选项c d均错 规律方法 判断超重和失重现象的三个技巧 1 从受力的角度判断 当物体受向上的拉力 或支持力 大于重力时 物体处于超重状态 小于重力时处于失重状态 等于零时处于完全失重状态 2 从加速度的角度判断 当物体具有向上的加速度时处于超重状态 具有向下的加速度时处于失重状态 向下的加速度为重力加速度时处于完全失重状态 3 从速度变化角度判断 物体向上加速或向下减速时 超重 物体向下加速或向上减速时 失重 二 超重和失重现象的比较和应用思考探究 如图所示 一个人站在台秤上 先站着不动 读出台秤的示数 接着突然下蹲 观察开始下蹲时台秤的示数变化 1 人下蹲时 是如何运动的 2 台秤的示数如何变化 为什么 提示 1 先加速向下 再减速下降 2 台秤的示数先减小后增大 因为人先失重再超重 归纳总结 1 超重 失重的比较 2 超重和失重的应用 1 由运动情况可以判断物体运动的加速度方向 再由加速度方向可以判断物体处于超重或失重状态 进而可判断物体的视重与实重的大小关系 2 由物体视重和实重的大小关系可以判断物体处于超重或失重状态 由超重和失重判断物体的加速度大小和方向 由加速度可以判断物体的运动情况 典例示范 质量为60kg的人站在升降机中的体重计上 当升降机做下列各种运动时 体重计的读数是多少 g取10m s2 1 升降机匀速上升 2 升降机以3m s2的加速度加速上升 3 升降机以4m s2的加速度加速下降 解题探究 1 人站在升降机中的体重计上 受哪些力的作用 提示 受重力和支持力的作用 2 升降机匀速上升 合力 加速上升 合力方向 加速下降 合力方向 为零 向上 向下 正确解答 人站在升降机中的体重计上 受力情况如图所示 1 当升降机匀速上升时 由牛顿第二定律得 f合 n g 0所以人受到的支持力n g mg 600n 根据牛顿第三定律 人对体重计的压力就等于体重计的示数 即600n 2 当升降机以3m s2的加速度加速上升时 由牛顿第二定律得 n g ma n ma g m g a 780n 由牛顿第三定律得 此时体重计的示数为780n 大于人的重力 人处于超重状态 3 当升降机以4m s2的加速度加速下降时 由牛顿第二定律得 g n ma n g ma m g a 360n由牛顿第三定律得 此时体重计的示数为360n 小于人的重力600n 处于失重状态 答案 1 600n 2 780n 3 360n 过关训练 1 如图所示 a b两物体叠放在一起 以相同的初速度上抛 不计空气阻力 下列说法正确的是 a 在上升和下降过程中a对b的压力一定为零b 上升过程中a对b的压力大于a物体受到的重力c 下降过程中a对b的压力大于a物体受到的重力d 在上升和下降过程中a对b的压力等于a物体受到的重力 解析 选a 以a b作为整体 上升过程只受重力作用 所以系统的加速度为g 方向竖直向下 故系统处于完全失重状态 a b之间无相互作用力 下降过程 a b仍是处于完全失重状态 a b之间也无相互作用力 b c d错 a对 2 如图所示是某同学站在力传感器上 做下蹲 起立的动作时记录的力随时间变化的图线 纵坐标为力 单位为牛顿 横坐标为时间 单位为秒 由图可知 该同学的体重约为650n 除此以外 还可以得到的信息有 a 该同学做了两次下蹲 起立的动作b 该同学做了一次下蹲 起立的动作 且下蹲后约2s起立c 下蹲过程中人处于失重状态d 下蹲过程中人先处于超重状态后处于失重状态 解析 选b 在3 4s下蹲过程中 先向下加速再向下减速 故人先处于失重状态后处于超重状态 在6 7s起立过程中 先向上加速再向上减速 故人先处于超重状态后处于失重状态 选项a c d错误 b正确 3 如图所示 倾斜索道与水平方向成37 角 当载人车厢加速向上运动时 人对车厢底板的压力为体重的1 25倍 这时人与车厢仍然是相对静止 则车厢对人的静摩擦力是人体重的多少倍 解析 对人受力分析如图所示 并建立直角坐标系 沿x方向 f macos 沿y方向 n mg masin n 1 25mg 由以上各式联立可得f mg 即车厢对人的静摩擦力是人体重的倍 答案 倍 补偿训练 如图所示 一个容器装了一定量的水 容器中有空气 把这个容器放到在轨道上运行的宇宙飞船中 则容器中的空气形状是下列的哪一幅图 解析 选c 在完全失重的情况下液体的压强消失 但气体的压强仍存在 且在各方向压强相同 所以气泡呈球形 规律方法 超重 失重问题的处理方法超重 失重现象的产生条件是具有竖直方向上的加速度 应用牛顿第二定律可以分析其本质 因此 对超重与失重问题的处理有以下两种方法 1 用牛顿第二定律列方程分析 以加速度的方向为正方向列牛顿第二定律方程 求出结果后 注意运用牛顿第三定律变换成所求的结论 也要注意区分加速度的方向和速度方向 2 根据系统状态分析 处理连接体问题时 如测力计 台秤示数的变化问题 对于其中一个物体 或物体中的一部分 所处的运动状态的变化 而导致系统是否保持原来的运动状态的判断问题 可以根据系统的重心发生的超重 失重现象进行分析判断 拓展例题 考查内容 超重 失重状态下的浮力问题 典例示范 如图所示 两台秤上各放装有水的容器甲和乙 水中各有一小球通过细线分别牵拉在容器的底部和悬挂在容器的盖板上静止不动 此时两台秤的示数分别为n甲和n乙 当细线断开后 甲容器内小球上浮 乙容器内小球下沉 设两小球分别上浮和下沉的过程中 两台秤的示数分别为n 甲和n 乙 则 a n 甲 n甲 n 乙 n乙b n 甲n乙d n 甲 n甲 n 乙 n乙 正确解答 选b 由于甲中小球上升 把与小球同体积的水设为一个 水球 水球 必然下降 小球处于超重状态 水球 处于失重状态 小球和 水球 的加速度大小相等 小球超重部分为m球a 水球 失重部分为m水a 由于m水 m球 故整体处于失重状态 台秤示数减小量为 f m水a m球a m水 m球 a 故n 甲m水 故整体失重 乙台秤示数减少量为 f m球a m水a m球 m水 a 故n 乙 n乙 选项b正确 超重 失重模型1 建模背景 弹簧测力计测量物体的重力 是因为物体静止时受力平衡 弹力的大小等于重力 实际上弹簧测力计的指针直接指示的是弹力的大小 而不是物体的重力大小 2 模型特点 当物体仅受重力和拉力 或支持力 两个力作用时 拉力 或支持力 的大小会因物体的运动状态改变而发生变化 物体对悬挂物的拉力 或对支持物的压力 大于物体重力的现象 称为超重现象 物体对悬挂物的拉力 或对支持物的压力 小于物体重力的现象 称为失重现象 案例体验 2015 威海高一检测 跳水 是一项传统的体育运动项目 如图 某运动员从跳板上被竖直向上弹起 不考虑空气阻力 则下列说法正确的是 a 运动员离开跳板向上运动的过程中 处于超重状态b 运动员离开跳板向上运动的过程中 所受重力小于跳板对运动员的支持力c 设运动员被跳板弹起后又落回到跳板上 则运动员