高中物理 4.6、7超重和失重 力学单位同步教学课件 粤教版必修1.ppt

1 在家用测体重的台秤上做超重与失重的实验 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 再观察下蹲结束时台秤的示数变化 说明为什么会出现这种情况 秤的示数变化是因为你的重力发生变化了吗 提示 经过观察我们会发现 在开始下蹲时 台秤的示数会突然变小 而在下蹲将要结束前 台秤的示数又会突然变大 台秤的示数变小或变大 并不是因为我们自己的重力发生变化 而是由于我们在下蹲过程中具有向上或向下的加速度 使人对台秤的压力大于或小于自己的重力 2 我们常听说宇航员在太空中处于完全失重状态 是说宇航员在太空中不受重力的作用吗 提示 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 3 试讨论回答 发生超重时物体的重力变化了吗 发生超重时物体可能怎样运动 列出超重时支持力 或拉力 大小的表达式 提示 1 当物体具有向上的加速度时 物体对支持物的压力 或对悬挂物的拉力 大于物体本身重力的现象称为超重 物体的重力并没有发生变化 2 发生超重时物体可能有两种运动情形 系统向上做加速运动 系统向下做减速运动 这两种情况中 加速度的方向均向上 3 根据牛顿第二定律 发生超重时 物体所受支持力 或拉力 f mg ma 4 试讨论回答 发生失重时物体的重力减小了吗 发生失重时物体可能怎样运动 列出失重时支持力 或拉力 大小的表达式 提示 1 当物体具有向下的加速度时 物体对支持物的压力 或对悬挂物的拉力 小于物体本身重力的现象称为失重 物体的重力并没有减小 2 物体可能有两种运动情形 系统向上做减速运动 系统向下做加速运动 这两种情况中 加速度的方向均向下 3 根据牛顿第二定律 发生失重时 物体所受支持力 或拉力 f mg ma 知识归纳 对实重 视重 超重 失重的理解 1 实重 物体实际所受的重力 不会因为物体运动状态的改变而改变 2 视重 当物体在竖直方向有加速度时 物体对悬挂物的拉力 或对支持物的压力 将不等于物体的重力 此时弹簧测力计或台秤的示数叫做物体的视重 3 超重 物体具有向上的加速度 物体对于悬挂物的拉力 或对支持物的压力 大于物体所受重力 4 失重 物体具有向下的加速度 物体对悬挂物的拉力 或对支持物的压力 小于物体所受重力 典例1 2011 石家庄高一检测 双选 某实验小组利用dis系统观察超重和失重现象 他们在电梯内做实验 在电梯的地板上放置一个压力传感器 在传感器上放一个重为20n的物块 实验中计算机显示出传感器所受物块的压力大小随时间变化的关系图象 根据图象分析得出的结论中正确的是 a 从时刻t1到t2物块处于失重状态b 从时刻t3到t4物块处于失重状态c 电梯可能开始停在低楼层 先加速向上 接着匀速向上 再减速向上 最后停在高楼层d 电梯可能开始停在高楼层 先加速向下 接着匀速向下 再减速向下 最后停在低楼层 解决此题需要把握以下三点 1 判断超 失重现象关键是看加速度方向 而不是运动方向 2 处于超重状态时 物体可能做向上加速或向下减速运动 3 处于失重状态时 物体可能做向下加速或向上减速运动 规范解答 选b c 从f t图象可以看出0 t1 f mg 电梯可能处于静止状态或匀速运动状态 t1 t2 f mg 电梯具有向上的加速度 物块处于超重状态 可能加速向上运动或减速向下运动 t2 t3 f mg 可能静止或匀速运动 t3 t4 f mg 电梯具有向下的加速度 物块处于失重状态 可能做加速向下或减速向上运动 综上分析可知 b c正确 变式备选 某人在a1 2m s2匀加速下降的升降机中最多能举起m1 75kg的物体 则此人在地面上最多可举起多大质量的物体 若此人在一匀加速上升的升降机中最多能举起m2 50kg的物体 则此升降机上升的加速度为多大 g取10m s2 思路点拨 若此人在地面上的最大 举力 是f 那么他在以不同的加速度运动的升降机中最大 举力 仍为f 以物体为研究对象进行受力分析 作出物体的受力示意图 根据牛顿第二定律求解 规范解答 升降机匀加速下降时 根据牛顿第二定律m1g f m1a1 解得 f m1 g a1 75 10 2 n 600n 此人在地面上最多可举起 60kg的物体 升降机匀加速上升时f m2g m2a2 解得 a2 10 m s2 2m s2答案 60kg2m s2 1 物理学中基本单位有几个 力学中的基本单位是哪几个 提示 在物理学中总共有七个基本单位 在力学中基本单位有三个 它们是长度 质量 时间的单位 2 什么是导出单位 举出几个力学中导出单位的例子 提示 由基本量根据物理关系式可推导出其他物理量的单位 这些单位为导出单位 例如在力学中力 速度 加速度等一些物理量的单位都是导出单位 3 在解题过程中 怎样合理应用单位制 才能做到既简单又不容易产生错误 提示 把题目中的已知量用国际单位制表示 若不是国际单位首先要转化为国际单位 计算的结果同样要用国际单位表示 这样 计算过程中 就不必一一写出各量后面的单位 只在数字后面写出正确的单位就可以了 4 试讨论 如何利用力学单位制对计算结果的正 误进行检验 提示 如用力学国际单位制计算时 只有所求物理量的计算结果的单位和该物理量在力学国际单位制中的单位完全一致时 该运算过程才可能是正确的 若所求物理量的单位不对 则结果一定错 一 选 kg m s 作为力学中的基本单位的原因基本单位选定的原则是 1 这些物理量在力学中有最基本的地位 2 用这些物理量做基本单位后 可使基本单位的数目最少 因为力学研究物体运动变化过程中力与运动的关系 因此联系物体自身属性的量 质量 和反映空间尺度的量 长度 以及时间必然与物体受力后的运动变化联系得最密切 最普遍 所以这三个物理量及单位也最基本 二 单位制在物理计算中的作用1 单位制的建立 是为了测量 比较物理量的大小 2 物理公式在确定了物理量间数量关系的同时 也确定了物理量间的单位关系 3 在物理计算中 先统一各物理量的单位 公式中的各物理量只代入数值 只在式子的末尾写出所求量的单位即可 力学单位1 几个常见概念 单位制 基本单位 导出单位 国际单位制 2 国际单位制中的力学单位 3 国际单位制体现单位的一贯性 1 简化计算 只在计算的数值后加上相应单位 不分别写出各物理量的单位 2 方便换算 3 检验结果的正误 典例2选定了长度单位m 质量单位kg 时间单位s之后 就可以导出力学中其他所有物理量的单位 但必须依据相关的公式 现有一个物理量a 其中m是质量 r是长度 又已知g的单位是n m2 kg 2 据此能否推知a是什么物理量 物理关系式可以确定物理量的单位关系 代入已知量的单位 可以确定未知量的单位 规范解答 将各物理量的单位代入a的表达式 进行单位运算 因为m s是速度单位 所以物理量a为速度 答案 见规范解答 变式备选 双选 下列说法中正确的是 a 在力学中 力是基本概念 所以力的单位 牛顿 是力学单位制中的基本单位b 力的单位是牛顿 1n 1kg m s2 牛顿是个导出单位c 各物理量采用国际单位 通过物理公式最后的运算结果为国际单位d 物理公式只能确定物理量之间的数量关系 不能确定物理量间的单位关系 解析 选b c 力 虽然是力学中一个最基本的概念 但它的单位 牛顿 却不是力学中的基本单位 力学中的基本单位是千克 米 秒 其他皆为导出单位 物理公式不仅确定了物理量之间的数量关系 同时也确定了物理量之间的单位关系 已知量采用国际单位 通过物理公式最后的运算结果一定为国际单位 单位制在力学计算中的意义正在于此 典例3美国密执安大学5名学习航空航天技术的大学生搭乘nasa的飞艇参加了 微重力学生飞行计划 飞行员将飞艇开到6000m的高空后 让其由静止下落 以模拟一种微重力的环境 下落过程中飞艇所受空气阻力为其重力的0 04倍 这样 可以获得持续约25s之久的失重力影响的实验 紧接着 飞艇又做匀减速运动 若飞艇离地面的高度不得低于500m 重力加速度g取10m s2 试求 1 飞艇在25s内下落的高度 2 在飞艇后来的减速过程中 大学生们对座位的压力是重力的多少倍 思路点拨 解答本题时要把握以下三点 1 要分清各个过程对应的已知量 2 要能结合超重 失重分析受力 3 要能熟练使用运动学公式 规范解答 1 对飞艇进行受力分析 由牛顿第二定律可得 mg f ma1由运动学规律h a1t2所以在25s内飞艇下落的高度为h 3000m 2 减速过程中 飞艇要下降h h0 h 500m 2500m后速度减为零 减速阶段的初速度为v a1t 240m s 由运动学规律h v2 2a2 得a2 对人进行受力分析 由牛顿第二定律得fn mg ma2由以上各式得fn 2 2mg由牛顿第三定律得 人对座椅的压力为其重力的2 2倍 答案 1 3000m 2 2 2倍 1 双选 下面关于超重与失重的判断正确的是 a 物体做变速运动时 必处于超重或失重状态b 物体向下运动时 必处于失重状态c 做竖直上抛运动的物体 处于完全失重状态d 物体斜向上做匀减速运动 处于失重状态 解析 选c d 判断物体是否处于超重或失重状态 就是看物体有没有竖直方向上的加速度 若物体的加速度向下 则处于失重状态 若物体的加速度向上 则处于超重状态 a b两项均未指明加速度方向 无法判定是否发生超重和失重现象 d项物体的加速度斜向下 有竖直向下的分量 故处于失重状态 c项中a g 且加速度方向向下 故处于完全失重状态 2 导出单位是由基本单位组合而成的 则下列说法中正确的是 a 加速度的单位是m s2 是由m s两个基本单位组合而成的b 加速度的单位是m s2 由公式a 可知它是由m s和s两个基本单位组合而成的c 加速度的单位是m s2 由公式a f m可知 它是由n kg两个基本单位组合而成的d 以上说法都是正确的 解析 选a 在力学中只有长度 时间 质量的单位为基本单位 而m s n都是导出单位 所以b c错误 本题选a 3 一物体在2n的力作用下 产生10cm s2的加速度 求物体的质量 对这道题 以下计算中单位的运用正确 简洁而又规范的是 a m kg 0 2kgb m c m d m 20kg 解析 选d 本题考查了单位制的应用 在进行数量运算的同时 也要把单位带进运算 带单位运算时 每一个数据均要带上单位 且单位换算要准确 也可以把题中的已知量的单位都用国际单位表示 计算的结果就用国际单位表示 这样在统一已知量的单位后 就不必一一写出各个量的单位 只在数字后面写出正确单位即可 在备选的四个选项中a c均错 b项解题过程正确 但不简洁 只有d项运算正确 且简洁而又规范 4 2011 连云港高一检测 双选 关于超重和失重 下列说法正确的是 a 物体处于超重状态时 是指物体的重力增大了b 物体处于失重状态时 是指物体的 视重 减小了c 物体在完全失重的条件下 对支持它的支承面压力为零d 物体处于完全失重时 地球对它的引力消失了 解析 选b c 1 所谓 超重 和 失重 并非是指物体在同一位置的重力变大或变小 而是物体的 视重 变大或变小了 所谓 视重 是指人由弹簧测力计等量具上看到的读数 实际上物体所受的万有引力 重力并未改变 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 对水平支承面的压力或对竖直悬绳的拉力等于零 3 物体处于超重状态时 视重 大于实重 即物体的重力 处于失重状态时 视重 小于实重 处于完全失重状态时 视重 等于零 5 2011 合肥高一检测 如图所示 水平放置的传送带以速度v 200cm s向右运行 现将一小物体轻轻地放在传送带a端 物体与传送带间的动摩擦因数 0 2 若a端与b端相距400cm 求物体由a到b的时间和物体到b端时的速度大小 g取10m s2 解析 小物体放在a端时初速度为零 且相对于传送带向后运动 所以小物体受到向前的摩擦力 小物体在该力作用下向前加速 a g 2m s2 当小物体的速度与传送带传送的速度相等时 两者相对静止 不存在摩擦力 小物体开始做匀速直线运动 所以小物体的运动可以分两个阶段 先由零开始加速 后做匀速直线运动 当v物 200cm s 2m s时 t 1s s at2 2 12m 1m 以后t 1 5s 所以t总 1s 1 5s 2 5s 且到达b点时的速度大小为2m s 答案 2 5s2m s 一 选择题 本题共6小题 每小题5分 共30分 1 2011 成都高一检测 测量国际单位制规定的三个力学基本物理量分别可用的仪器是 a 米尺 弹簧测力计 打点计时器b 米尺 测力计 秒表c 量筒 天平 秒表d 米尺 天平 秒表 解析 选d 国际单位制规定的三个力学基本物理量为长度 质量和时间 测量长度可用米尺 测量质量可用天平 测量时间可用秒表 故选d 2 2011 西安高一检测 如图所示 一个盛水的容器底部有一小孔 静止时用手指堵住小孔不让它漏水 假设容器在下述运动中始终保持平动 且忽略空气阻力 则 a 容器自由下落时 小孔向下漏水b 将容器竖直向上抛出 容器向上运动时 小孔向下漏水 容器向下运动时 小孔不向下漏水c 将容器水平抛出 容器在运动中小孔向下漏水d 将容器斜向上抛出 容器在运动中小孔不向下漏水 解析 选d 将容器抛出后 容器和容器中的水处于完全失重状态 液面下任何一点的压强都等于0 小孔不会向下漏水 3 一物体质量为1t 以2m s2的加速度做匀加速直线运动 下列关于物体受到的合外力的计算中既正确 简洁而又规范的是 a f 1000 2n 2000nb f 1 2n 2nc f 1000kg 2m s2 2000nd f 1000 2 2000n 解析 选a 选项b中的质量单位没换成 kg c项中m a分别带单位计算不简洁 d项中数据最后没写明单位 不规范 故只有a项正确 4 双选 把一个质量为0 5kg的物体挂在弹簧测力计下 在电梯中看到弹簧测力计的示数是3n g取10m s2 则可知电梯的运动情况可能是 a 以4m s2的加速度加速上升b 以4m s2的加速度减速上升c 以4m s2的加速度加速下降d 以4m s2的加速度减速下降 解析 选b c 弹簧测力计的示数显示出物体受到的拉力为3n 所以物体所受的合力为f mg t 2n 且合力方向向下 所以加速度a m s2 4m s2 方向向下 故b c正确 5 2011 徐州高一检测 声音在空气中的传播速度v与空气密度 压强p有关 下列速度的表达式 k为比例系数 无单位 中可能正确的是 a v kb v c v d v 解析 选b 由各物理量的单位之间的关系确定算式是否正确 压强p可由公式p 求得 则其单位为 kg m s2 密度 可由公式 求得 则 的单位为kg m3 由于题中k无单位 则的单位为m2 s2 显然不是速度的单位 a错 而的单位为m s b可能正确 又的单位为s m 也不是速度的单位 c错误 单位为kg m2 s 不是速度的单位 d错误 正确答案为b 规律方法 突破单位制的理解误区 1 对单位与单位制区分不清 误把单位当做单位制或把单位制当做单位 事实上 为了对 量 进行测量和比较而建立单位 量 的单位有基本单位和导出单位 基本单位和导出单位组成了单位制 2 对物理量与物理单位分辨不清 误把物理量当做单位或把物理单位当做物理量 物理量是为了描述物理现象或规律而引入的 为了比较物理量的大小 或对 量 进行测量而建立单位 如为了描述运动的快慢而引入了速度这个物理量 规定其单位为m s后就可以比较速度的大小了 3 对基本单位与国际单位理解不准确 误把基本单位当做国际单位或把国际单位当做基本单位 基本单位是基本物理量的单位 不一定是国际单位 6 2010 海南高考 双选 如图 木箱内有一竖直放置的弹簧 弹簧上方有一物块 木箱静止时弹簧处于压缩状态且物块压在箱顶上 若在某一段时间内 物块对箱顶刚好无压力 则在此段时间内 木箱的运动状态可能为 a 加速下降b 加速上升c 减速上升d 减速下降 解析 选b d 木箱静止时物块对箱顶有压力 则物块受到箱顶向下的压力 当物块对箱顶刚好无压力时 合外力的方向