2012高一物理 4.6 超重和失重学案 粤教版必修1

用心 爱心 专心1 4 64 6 超重和失重超重和失重 学案 粤教版必修学案 粤教版必修 1 1 1 力的合成和分解的两种重要方法是 2 匀变速直线运动的规律 vt s v v 2t 2as 2 t v 2 0v 3 自由落体运动的规律 vt s v 2gs 2t 4 牛顿第二定律 F ma 特点是 性 矢量性 同向性 5 1 视重 重力是地球对物体的吸引作用 当物体挂在竖直方向放置的弹簧秤下或放在 水平台秤上时 弹簧秤或台秤的示数称为 大小等于测力计所受拉力或台秤所受 的压力 视重实际上反映的是 弹力 只有在平衡状态时 这个 弹力 即 与物体 的 才有相等的关系 2 超重现象 当物体处于非平衡状态时 物体对 或对悬挂物的拉力 大 于 的情况 即 大于 时 称为超重现象 3 失重现象 当物体处于非平衡状态时 物体对 或对悬挂物的拉力 小于 的情况 即 小于 时 称为失重现象 4 完全失重 当物体处于非平衡状态时 物体对支持物的压力 或对悬挂物的拉力 的状态 即视重 时 称为完全失重状态 6 产生超重或失重现象的条件 1 物体具有 时产生超重现象 2 物体具有 时产生失重现象 3 物体具有 时 物体出现完全失重状态 超重和失重 问题情境 小星家住十八楼 每天上学放学均要乘垂直升降电梯上下楼 上学时 在电梯里 开始他 总觉得有种 飘飘然 的感觉 背的书包也感觉变 轻 了 快到底楼时 他总觉得自己 有种 脚踏实地 的感觉 背的书包也似乎变 重 了 这是什么原因呢 要点提炼 1 视重 当物体挂在弹簧测力计下或放在水平台秤上时 弹簧测力计或台秤的示数称为 视重 大小等于测力计所受的拉力或台秤所受的压力 2 超重 失重的分析 特征 状态 加速 度a 视重 F 与重力 mg 关系 运动情况 受力示 意图 平衡a 0F mg 静止或 超重向上 F m g a mg 向上 或 向下 运动 用心 爱心 专心2 失重向下 F m g a mg 向下 或 向上 运 动 完全 失重 a gF 0 自由落体运动 抛体运动 正常 运行的卫星 问题延伸 超重和失重是常见的现象 那么当物体发生超重或失重现象时 物体的重力真的增加或减 少了吗 超重和失重现象的实质是什么 你是怎样理解的 例 1 弹簧上挂一个质量m 1 kg 的物体 在下列各种情况下 弹簧秤的示数各为多少 取g 10 m s2 1 以v 5 m s 的速度匀速下降 2 以a 5 m s2的加速度竖直加速上升 3 以a 5 m s2的加速度竖直加速下降 4 以重力加速度g竖直减速上升 变式训练 1 一个人站在磅秤上 在他蹲下的过程中 磅秤的示数将 A 先小于体重 后大于体重 最后等于体重 B 先大于体重 后小于体重 最后等于体重 C 先小于体重 后等于体重 D 先大于体重 后等于体重 例 2 北京欢乐谷游乐场天地双雄是目前亚洲唯一的双塔太空梭 它是能体验强烈失重 超 重感觉的娱乐设施 先把乘有十多人的座舱 送到 76 m 高的地方 让座舱自由落下 当落 到离地面 28 m 时制动系统开始启动 座舱匀减速运动到地面时刚好停止 若某游客手中托 着质量为 1 kg 的饮料瓶进行这个游戏 g取 9 8 m s2 问 1 当座舱落到离地面高度为 40 m 的位置时 饮料瓶对手的作用力多大 2 当座舱落到离地面高度为 15 m 的位置时 手要用多大的力才能托住饮料瓶 用心 爱心 专心3 图 1 变式训练 2 如图 1 所示 电梯的顶部挂有一个弹簧秤 秤下端挂了一个重物 电梯匀速直 线运动时 弹簧秤的示数为 10 N 在某时刻电梯中的人观察到弹簧秤的示数变为 8 N 关 于电梯的运动 以下说法正确的是 A 电梯可能向上加速运动 加速度大小为 2 m s2 B 电梯可能向下加速运动 加速度大小为 2 m s2 C 电梯可能向上减速运动 加速度大小为 2 m s2 D 电梯可能向下减速运动 加速度大小为 2 m s2 即学即练 1 下列说法中正确的是 A 体操运动员双手握住单杠吊在空中不动时处于失重状态 B 蹦床运动员在空中上升和下落过程中都处于失重状态 C 举重运动员在举起杠铃后不动的那段时间内处于超重状态 D 游泳运动员仰卧在水面静止不动时处于失重状态 图 2 2 如图 2 所示 斜面体始终处于静止状态 当物体沿斜面下滑时有 A 匀速下滑时 M对地面压力等于 M m g B 加速下滑时 M对地面压力小于 M m g C 减速下滑时 M对地面压力小于 M m g D 无论如何下滑 M对地面压力始终等于 M m g 图 3 3 直升机悬停在空中向地面投放装有救灾物资的箱子 如图 3 所示 设投放初速度为零 箱子所受的空气阻力与箱子下落速度的平方成正比 且运动过程中箱子始终保持图示姿 态 在箱子下落过程中 下列说法正确的是 A 箱内物体对箱子底部始终没有压力 B 箱子刚从飞机上投下时 箱内物体受到的支持力最大 C 箱子接近地面时 箱内物体受到的支持力比刚投下时大 D 若下落距离足够长 箱内物体有可能不受底部支持力而 飘起来 用心 爱心 专心4 图 4 4 升降机地板上放一个弹簧式台秤 秤盘上的物体质量为 20 kg 如图 4 所示 1 当升降机以 4 m s 的速度匀速上升时 台秤的读数是多少 2 当升降机以 1 m s2的加速度匀加速竖直上升时 台秤的读数是多少 3 当升降机以 1 m s2的加速度匀减速上升时 台秤的读数是多少 参考答案 课前自主学习 1 平行四边形定则 或三角形定则 力的正交分解法 2 v0 at v0t at2 v0 vt 1 2 1 2 3 gt gt2 4 瞬时 1 2 5 1 视重 视重 重力 2 支持物的压力 物体所受重力 视重 重力 3 支持物的压力 物 体所受重力 视重 重力 4 等于零 等于零 6 1 向上的加速度 2 向下的加速度 3 向下的加速度 a g 核心知识探究 问题情境 每个人在乘电梯时都会有这种感觉 这就是我们常说的超重 失重现象 只要你留心观察 在我们的日常生活中就会发现许多超重 失重现象 要点提炼 2 匀速直线运动 加速 减速 加速 减速 问题延伸 1 物体处于超重或失重状态时 物体所受的重力始终不变 只是物体对支持 物的压力或对悬挂物的拉力发生了变化 看起来物重好像有所增大或减小 这是超重和失 重的实质 2 发生超重或失重的现象与物体的速度方向无关 只取决于物体加速度的方向 3 物体具有向上的加速度 其运动状态可以是加速向上 也可以是减速下降 这时物体对 支持物的压力将大于物体的重力 物体处于超重状态 超出的部分为 ma 物体减速上升或 加速下降时 具有向下的加速度 物体对支持物的压力将小于物体的重力 这时物体处于 失重状态 解题方法探究 例 1 1 10 N 2 15 N 3 5 N 4 0 N 用心 爱心 专心5 解析 对物体受力分析 如图所示 1 匀速下降时 由平衡条件得 F mg 10 N 2 取向上为正方向 由牛顿第二定律 知 F mg ma F m g a 15 N 3 取向下方向为正方向 由牛顿第二定律 知 mg F ma F m g a 5 N 4 取向下方向为正方向 由牛顿第二定律 知 mg F mg F 0 N 处于完全失重状态 变式训练 1 A 人蹲下的过程经历了加速向下 减速向下和静止这三个过程 在加速向下时 人获得向下的加速度 a 由牛顿第二定律得 mg FN ma FN m g a mg 弹力 FN将大于 mg 当人静止时 FN mg 例 2 1 0 2 41 16 N 解析 1 在离地面高于 28 m时 座舱做自由落体运动 处于完全失重状态 因为 40 m 28 m所以饮料瓶对手没有作用力 由牛顿第三定律可知 手对饮料瓶也没有作用力 2 设手对饮料瓶的作用力为 F 座舱自由下落高度为 h1后的速度为 v 制动时的加速度为 a 制动高度为 h2 由 v v 2as 得 v 2gh1 v 2ah2 2 t2 02 t2 t 联立解得 a g h1 h2 对饮料瓶根据牛顿运动定律 F mg ma 得 F mg 1 mg h1 h2 h1 h2 h2 代入数据得 F 41 16 N 变式训练 2 BC 由电梯做匀速直线运动时 可知重物的重力为 10 N 质量为 1 kg 当弹 簧秤的示数变为 8 N时 则重物受到的合力为 2 N 方向竖直向下 由牛顿第二定律得物 体产生向下的加速度 大小为 2 m s2 因没有明确电梯的运动方向 故电梯可能向下加速 也可能向上减速 即学即练 1 B 当加速度方向竖直向下时 物体处于失重状态 当加速度方向竖直向上时 物体处 于超重状态 蹦床运动员在空中上升和下降的过程中加速度方向均竖直向下 且 a g 为 完全失重状态 所以B正确 而A C D中运动员均为平衡状态 F mg 既不超重也不失 重 2 AB 对 M 和 m 组成的系统 当 m 匀速下滑时 系统在竖直方向上没有加速度 所以不失 重也不超重 对地面的压力等于系统的重力 当 m 加速下滑时 整个系统在竖直方向上有 向下的加速度 处于失重状态 对地面的压力小于系统的重力 当 m 减速下滑时 系统在 竖直方向上具有向上的加速度 处于超重状态 对地面的压力大于系统的重力 3 C 对于箱子和箱内物体组成的整体 a 随着下落速度的增大 空气阻 M m g f M m 力 f 增大 加速度 a 减小直至箱子做匀速运动时 a 0 对箱内物体 mg FN ma 所以 FN m g a 将逐渐增大 故C正确 A B D错 4 1 200 N 2 220 N