2012高中物理 4.6超重和失重教案6 粤教版必修1

1 超重和失重超重和失重 基础知识导引基础知识导引 1 知道什么是超重和失重 2 知道产生超重和失重的条件 教材内容全解教材内容全解 自从人造卫星 宇宙飞船 航天飞机等航天器成功发射进入运动轨道后 我们从电视 或电影上经常看到宇航员 漂浮 在航天器内的画面 即处于 失重 状态 当我们乘坐 高速电梯 在电梯加速向上起动或减速下降时双脚会感到压力突然变大 也就是此时我们 处于 超重 状态 那么究竟什么是超重 什么是失重 超重是不是就是物体所受的重力增 大 失重是不是就是物体所受的重力减小 本节教材以升降机情况为例 从牛顿运动定律入手 引导我们一起解决以上问题 1 1 超重与失重 超重与失重 1 实验 A 人站在减速下降的升降机内的一台秤上 可看到台秤示数小于人的重 力 人站在加速上升的升降机内的一台秤上 可看到台秤示数大于人的重力 B 如图 3 8 1 所示 装置中绳足够长 将 M 无初速度释放 现象 可看到弹簧秤 A 的读数大于 C 物体的重力 mg 可看到弹簧称 B 的读数小于 D 物体的重力 mg 2 现象分析 对实验 B 分析 若以物体 C 为研究对象 设 A 弹簧拉力为 则 1 F 即弹簧对 C 的拉力大于 C 的重力 我们mamgF 1 mgagmmamgF 1 称物体处于超重状态 超重 物体对支持物的压力 或对悬挂物的拉力 大于物体所受重力的情况称为超重现 象 实验 B 分析 若以物体 D 为研究对象 B 弹簧拉力为 则 2 FMaFMg 2 即弹簧对 D 的拉力小于 D 的重力 我们称 D 物体处于MgagMMaMgF 2 2 失重状态 失重 物体对支持物的压力 或对悬挂物的拉力 小于物体所受重力的情况叫做失重现 象 完全失重 物体以加速度 g 加速下降时 对支持物的压力 或对悬挂物的拉力 等于零 的情况叫做完全失重现象 2 2 超重 失重的理解 超重 失重的理解 1 重力 超重 失重 的联系 重力 是由于地球对物体的吸引而产生的 大小表示为 G mg 只要物体所在位置的 重力加速度一定 物体所受的重力就一定 因而 超重 并不意味着 重力增加 失重 也不代表 重力减小 完全失重 也不是说 物体的重力完全消失了 在发生超重 失 重现象时 物体的重力依然存在 并不发生变化 变化的只是物体对支持物的压力 或对悬 绳的拉力 2 加速方向决定发生 超重 还是 失重 用牛顿运动定律对上述实验分析时 我们并没有重点考虑物体的速度方向 而是把握 了物体的加速度方向 当物体具有向上的加速度时超重 具有向下的加速度时失重 超重 失重与物体的运动方向无必然的关系 3 当质量为 m 的物体有向上的加速度 时 它超重大小为 ma 当它具有向下的加速 度 时 它失重大小为 ma 4 在完全失重状态下 a g 平时一切由重力产生或与重力有关的物理现象均消失 如物体在液体中不受浮力 天平无法测量物体的质量等 难题巧解点拨难题巧解点拨 例例 1 1 举重运动员在地面上能举起 120 kg 的重物 在运动着的升降机中只能举起 100kg 的重物 求升降机运动的加速度 若在以的加速度加速下的升降机内 此人 2 5 2sm 能举起质量多大的重物 g 取 2 10sm 解析 解析 运动员在地面上能举起 120 kg 的重物 则运动员发挥的向上的最大支撑力 NNgmF120010120 1 在升降机中只能举起 100kg 的重物 可见该物超重了 升降机应具有向上的加速度 则由 amgmF 22 得 22 221 2 100 101001200 smsmmgmFa 当升降机以加速度下降时 重物失重 2 5 2sm 则 233 amFgm 得 kgkgagFm160 5 210 1200 23 答案 答案 160kg 2 2sm 点拨 点拨 同一质量的物体 在竖直方向不同的加速系统中 对支持物的压力 或悬挂物的 3 拉力 发生变化 但其重力始终不变 题中无论加速系统如何运动 运动员能发挥的最大支 撑力不变 这是解题的关键 例例 2 2 如图 3 8 2 所示 A 为电磁铁 C 为胶木秤盘 A 和 C 包括支架 的总质量为 M B 为铁片 质量为 m 整个装置用轻绳悬挂于 O 点 当电磁铁通电 铁片被吸引上升的 过程中 轻绳上拉力 F 的大小为 A F MgB Mg F M m g 解析一 解析一 当铁片被吸引上升时 对 0 点进行受力分析如图 3 8 3 有 1 FMgF 对铁片进行受力分析得 即 F mg ma mg mamgF 1 则由 知 所以gmMmagmMmamgMgFmgF 1 选项 D 正确 解析二 解析二 当电磁铁通电 铁板被吸引上升的过程中 铁片具有向上的加速度 导致整 个装置的重心具有向上的加速度 处于超重状态 从而 F M m g 答案 答案 D 点拨 点拨 灵活运用超重 失重知识 对一些动力学问题的解答更为简捷 准确 拓展延伸探究拓展延伸探究 1 本节教材 思考与讨论 解答 物体对水平面的压力 或对竖直悬绳的拉力 不一定 总等于物体所受重力 当物体 或系统 在竖直方向只受重力和支持力作用且该方向上加速 度为零时 支持力 或拉力 等于物体所受重力 2 课题 课题 感受超 失重 目的 目的 根据从教材上所学习到的超 失重知识 去寻找机会亲身体验超 失重的感 觉 点拨 点拨 找一台家用或医用体重计 观察在体重计上快速下蹲和站起时体重计的读数 变化 可选择乘电梯 玩一定高度的跳台跳水 蹦极等方式 课本习题解答课本习题解答 1 图中的第二幅正确 4 2 货物能到达的最大加速度为 22 3 34 4 1 105 3 10105 3100 4 smsm m mgF a 0 5 s 内发生的速度改变为 v a t 0 7m s 即 0 5 s 内速度改变不能超过 0 7m s 3 a 40 0N b 38 4N c 38 4 Nd 40 0 N 4 解 座舱从距地面 76m 高处自由下落 到离地高度为 50m 左右的位置时 制动系统 还没启动 座舱以及其中的人和物一起以重力加速度 g 自由下落 铅球处于完全失重状态 因而人手感觉不到铅球的压力 当座舱下落到距地高度 15 m 左右位置时 制动系统已经启动 座舱做减速运动 设座 舱开始减速时的速度为 v 做匀减速运动的加速度大小为 a 由题知座舱自由下落距离 482876 1 ms 座舱匀减速运动通过距离 ms28 2 由运动学公式可知 1 2 2gSv 2 2 2aSv 得 22 2 1 17 10 28 48 smsmktg S S a 座舱减速下落时 铅球处于超重状态 已知铅球的质量 m G g 5kg 则手托铅球的力 F m g a 5 10 17 N 135 N 同步达纲练习同步达纲练习 1 站在升降机中的人出现超重现象 则升降机可能 A 加速上升 B 减速下降 C 加速下降 D 减速上升 2 如图 3 8 4 一台升降机的底板上放着一个质量为 m 的物体 它跟地面间的动摩 擦力因数为 可以认为物体受到最大静摩擦力等于滑动摩擦力 一根弹性系数为 k 的弹 簧水平放置 左端跟物体相连 右端固定在竖直墙上 开始时弹簧伸长为 x 弹簧对物体 有水平向右的拉力 现实然发现物体被弹簧拉动 则升降机运动情况为 A 匀加速向下运动 a g k x m B 匀加速向下运动 a g k x m C 匀减速向上运动 a g k x m D 匀减速向下运动 a g k x m 5 3 下列四个实验 哪些不能在绕地球飞行的宇宙飞船中完成 A 用天平测量物体的质量 B 用弹簧测物体的重力 C 用密度计测物体密度 D 用水银气压计测舱内大气压强 4 如图 3 8 5 台秤上放着一个装有水的杯子 通过固定在台秤上的支架用细绳悬 挂一个小球 球全部浸没在水中 平衡时台秤的示数为某一数值 今剪断悬绳 在球下落 但还没到达杯底的过程中 若不计水的阻力 则台秤的示数将 A 变大 B 变小 C 不变 D 无法判断 5 质量分别为 5kg 10kg 的重物用一根最多只能承受 120N 拉力的细绳相连 现以拉 力 F 使 A B 一起竖直向上运动 如图 3 8 6 所示 为使细绳不被拉断 求拉力 F 的范 围 6 6 如图 3 8 7 所示 静止在水平地面上的框架 B 质量为 M 圆球 A 的质量为 m 在 下述情况下求物体 B 对地面的压力 1 圆环 A 以速度匀速下滑时 0 v 2 圆环 A 以加速度 a ag k x m 时 物体可以在地面滑动 3 A B C D 点拨 宇宙飞船进入轨道绕地球飞行时 处于完全失重状态 由物 体重力而产生的一些现象不复存在 故以上四个实验都不能完成 4 B 正确 点拨 1 等效法 剪断线后小球加速向下运动 而被小球排开的那部分 水球 则向上加速运动 二者加速度大小相同 小球失重 等效水球超重 因为am球am水 失重大于超重 整体来看 系统处于失重状态 故台秤读数将变小 B 正确 水球 mm 2 质心法 当剪断线后 小球加速下降时 水球加速上升 但系统的质心在下降 系统处于失重状态 故台秤的读数减少 B 正确 3 提示 分别对小球和水球进行受力分析 利用牛顿运动定律亦可求得 B 选项正 7 确 5 150N F 180N 点拨 当时 A B 一起匀加速上升 根NNgmmF15010 105 211 据题意 设拉力为时 细绳达到的张力 对 AB 整体分析得 2 FNF120 3 1 ammgmmF 21212 隔离 B 物体分析得 2 magmF B 3 代入的值 联解 1 2 得 3 FNF120 2 故拉力 F 的范围是 150N F 180N 6 1 Mg mg 2 Mg mg ma 3 Mg 点拨一 1 当 A 匀速下滑时 对 A B 分别做受力图 如图 3 8 8 甲所示 由 题意知 f mg 故 F Mg f Mg mg 2 当 A 以加速度 a g 加速下滑时 A B 受力如图 3 8 8 所示 列方程有 mg f ma 故 F Mg f Mg mg ma 3 当 A 自由下落时 A B 受力如图 3 8 8 丙 F Mg 点拨二 用失重 超