4.7用牛顿定律解决问题（四）

全日制高中物理必修 教学案 第四章 牛顿运动定律 第课 共 课 编撰 第 1 页年 月 日 4 7 用牛顿定律解决问题 四 班级 姓名 学号 学习目标学习目标 1 知道什么是超重与失重 2 知道产生超重与失重的条件 3 了解生活实际中超重和失重现象 4 理解超重和失重的实质 5 了解超重与失重在现代科学技术研究中的重要应用 6 会用牛顿第二定律求解超重和失重问题 学习重点学习重点 超重和失重的实质 学习难点学习难点 应用牛顿定律求解超重和失重问题 主要内容主要内容 一 超重和失重现象一 超重和失重现象 1 超重现象 1 定义 力学特征 物体对支持物的压力 或对悬挂物的拉力 大于物体所受重 力的情况叫超重现象 2 产生原因 运动学特征 物体具有竖直向上的加速度 3 发生超重现象与物体的运动 速度 方向无关 只要加速度方向竖直向上 物 体加速向上运动或减速向下运动都会发生超重现象 2 失重现象 1 定义 力学特征 物体对支持物的压力 或对悬挂物的拉力 小于物体所受重 力的情况叫失重现象 2 产生原因 运动学特征 物体具有竖直向下的加速度 3 发生超重现象与物体的运动 速度 方向无关 只要加速度方向竖直向下 物 体加速向下运动或减速向上运动都会发生失重现象 3 完全失重现象 失重的特殊情况 1 定义 物体对支持物的压力 或对悬挂物的拉力 等于零的情 况 即与支持物或悬挂物虽然接触但无相互作用 2 产生原因 物体竖直向下的加速度就是重力加速度 即只受 重力作用 不会再与支持物或悬挂物发生作用 3 是否发生完全失重现象与运动 速度 方向无关 只要物体 竖直向下的加速度等于重力加速度即可 问题 试在右图中分别讨论当问题 试在右图中分别讨论当 G GA A G GB B和和 G GA A G GB B时弹簧称的示数与时弹簧称的示数与 GAGA 的关的关 系 系 全日制高中物理必修 教学案 第四章 牛顿运动定律 第课 共 课 编撰 第 2 页年 月 日 超重和失重现象的运动学特征 V 的方向 V 的方向a 的方向视重 F 与 G 的大小关系现象 F G F G a gF 0 二 注意二 注意 1 超重和失重的实质 物体超重和失重并不是物体的实际重力变大或变小 物体所受重力 G mg 始终存在 且大小方向不随运动状态变化 只是因为由 于物体在竖直方向有加速度 从而使物体的视重变大变小 2 物体由于处于地球上不同地理位置而使重力 G 值略有不同的现象不属于超 重和失重现象 3 判断超重和失重现象的关键 是分析物体的加速度 要灵活运用整体法和 隔离法 根据牛顿运动定律解决超重 失重的实际问题 问题 问题 1 1 手提弹簧秤突然上升一段距离的过程中 有无超重和失重现象 手提弹簧秤突然上升一段距离的过程中 有无超重和失重现象 2 2 人突然站立 下蹲的过程中有无 失重现象 人突然站立 下蹲的过程中有无 失重现象 3 3 已调平衡的天平 在竖直方向变速运动的电梯中平衡会否被破坏 已调平衡的天平 在竖直方向变速运动的电梯中平衡会否被破坏 4 4 容器中装有水 在水中有一只木球 用一根橡皮筋将木球系在容器底部 在失 容器中装有水 在水中有一只木球 用一根橡皮筋将木球系在容器底部 在失 重的条件下 木球将要上浮一些还是要下沉一些重的条件下 木球将要上浮一些还是要下沉一些 5 5 两个木块叠放在一起 竖直向上抛出以后的飞行过程中 两个木块叠放在一起 竖直向上抛出以后的飞行过程中 若不计空气阻力 若不计空气阻力 它们之间是否存在相互作用的弹力它们之间是否存在相互作用的弹力 为什么为什么 6 6 在超重 失重和完全失重的情况下 天平 杆秤 弹簧秤 水银气压计 水银 在超重 失重和完全失重的情况下 天平 杆秤 弹簧秤 水银气压计 水银 温度计能否正常工作温度计能否正常工作 7 7 完全失重时 能否用弹簧秤测量力的大小 完全失重时 能否用弹簧秤测量力的大小 例一 一个人在地面用尽全力可以举起 80kg 的重物 当他站在一个在竖直方向 做匀变速运动的升降机上时 他最多能举起 120kg 的重物 问 该升降机 可能作什么运动 例二 一台起重机的钢丝绳可承受 1 4 104kg 的拉力 现用它来吊重 1 O 102kg 的货物 若使货物以 1 0m s2加速度上升 钢丝绳是否会 断裂 全日制高中物理必修 教学案 第四章 牛顿运动定律 第课 共 课 编撰 第 3 页年 月 日 例三 一台升降机的地板上放着一个质量为 m 的物体 它跟地面间的动摩擦因数 为 可以认为物体受到的最大静摩擦力等于滑动摩擦力 一根劲度系 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 弹簧的伸长为 x 弹簧对物体有水平向右的拉力 求 升降机怎样运动 时 物体才能被弹簧拉动 例四 如图所示 一根轻质弹簧上端固定 下端挂一质量为 m0的平盘 盘中有 一物体 质量为 m 当盘静止时 弹簧的长度比其自然长度伸长 L 今向 下拉盘使弹簧再伸长 L 后停止 然后松手放开 设弹簧总处在弹性限度 以内 则刚松开手时盘对物体的支持力等于 A 1 mg B 1 m m0 g L L L L C mg D m m0 g L L L L 课堂训练 课堂训练 1 升降机中站着一个人 在升降机减速上升过程中 以下说法正确的是 A 人对地板压力将增大 B 地板对人的支持力将减小 C 人所受的重力将会减小 D 人所受的重力保持不变 2 竖直向上射出的子弹 到达最高点后又竖直落下 如果子弹所受的空气阻力与 子弹的速率大小成正比 则 A 子弹刚射出时的加速度值最大 B 子弹在最高点时的加速度值最大 C 子弹落地时的加速度值最小 D 子弹在最高点时的加速度值最小 3 一个弹簧秤最多能挂上 60 千克的物体 在以 5 米 秒 2加速下降的电梯里 则 它最多能挂上 千克物体 如果在电梯内弹簧秤最多能挂上 40 千克物体 此刻电梯在作 运动 加速值为 g 取 10 米 秒 2 全日制高中物理必修 教学案 第四章 牛顿运动定律 第课 共 课 编撰 第 4 页年 月 日 4 体重 500N 的人站在电梯内 电梯下降时 v t 图像如图所示 在下列几段时间内 人对电梯地板的压力分别为多大 g 10m s2 1 l 2s 内 N1 N 2 5 8s 内 N2 N 3 10 12s 内 N3 N 课后作业 课后作业 l 木箱中有一个 lOKg 的物体 钢绳吊着木箱向上作初速度为零的匀加速直线运动 加速度是 0 5g 至第 3s 末 钢绳突然断裂 那么 4 5s 末物体对木箱的压力是 A 100N B 0 C 150N D 5N 2 电梯内弹簧秤上挂有一个质量为 5kg 的物体 电梯在运动时 弹簧秤的示数为 39 2N 若弹簧秤示数突然变为 58 8N 则可以肯定的是 A 电梯速率突然增加 B 电梯速率突然减小 C 电梯突然改变运动方向 D 电梯加速度突然增加 E 电梯加速度突然减少 F 电梯突然改变加速度方向 3 一个质量为 50kg 的人 站在竖直向上运动着的升降机地板上 他看到升降机内挂 着重物的弹簧秤的示数为 40N 已知弹簧秤下挂着的物体的重力为 50N 取 g lOm s2 则人对地板的压力为 A 大于 500N B 小于 500N C 等于 500N D 上述说法均不对 4 一个小杯子的侧壁有一小孔 杯内盛水后 水会从小孔射出 现使杯自由下落 则杯中的水 A 会比静止时射得更远些 B 会比静止时射得更近些 C 与静止时射得一样远 D 不会射出 全日制高中物理必修 教学案 第四章 牛顿运动定律 第课 共 课 编撰 第 5 页年 月 日 5 原来作匀速运动的升降机内 有一被伸长弹簧拉住的 具有一定质量的物体 A 静 止在地板上 如图所示 现发现物体 A 突然被弹簧拉向右方 由此可判断 此时升 降机的运动可能是 A 加速上升 B 减速上升 C 加速下降 D 减速下降 6 质量为 M 的人站在地面上 用绳通过定滑轮将质量为 m 的重 物从高处放下 若重物以加速度 a 下降 a g 则人对地面 压力为 A M m g ma B M g a ma C M m g ma D Mg ma 7 某人在地面上最多能举起质量为 60kg 的物体 在一加速下降的电梯里最多能举起 质量为 80kg 的物体 则电梯的加速度为 如果电梯以这个加速度匀加 速上升 这个人在电梯内最多能举起质量为 的物体 取 g lOm s2 8 一物体受竖直向上拉力 F 作用 当拉力 F1 140N 时 物体向上的加速度 a1为 4m s2 不计空气阻力 求 1 物体的质量为多少 2 物体在 2s 内的位移和 2s 末速度为多大 3 要使物体在 2s 内的位移增大为原来的 4 倍 物体所受的竖直向 上拉力 F2为多少 9 如图所示 质量为 m 的木块 A 放置在升降机中的斜面上 斜面倾角为 木块和升 降机保持相对静止 当升降机以加速度 a 匀减速向下运动时 求木块 A 所受的支持力 和摩擦力 全日制高中物理必修 教学案 第四章 牛顿运动定律 第课 共 课 编撰 第 6 页年 月 日 阅读材料 人体生理的微重效应阅读材料 人体生理的微重效应 人体在漫长的进化过程中 已经适应了周围的物理环境 例如地球表面的温度 电磁场 重力场等 地球表面的重力场强度大约在 9 8m s2左右 作用于所有物体上 使它们受到 指向地心的作用力 人体中的每一器官 组织 细胞以及生物分子都是在这样的重力场中得 以演化并赖以生存的 一旦失去了正常的重力场 生物体的器官和组织就将失去平衡 导致 一系列的生理变化 甚至危及生命 超重和失重就是两种偏离正常重力场的典型状态 所谓 微重力环境就是重力强度大大减少 十分微弱 其大小大约只有地球表面重力场强度的百万 分之一 宇航员乘坐宇宙飞船在太空中飞行就是在这样的微重环境下生活和工作的 在太空中 宇航员可以毫不费力地漂浮在飞船中 他们用自己的内力去建立运动 在微 重的空间里 方向性已经无意义了 因为只有在地球上由于重力才有 上 下 的方向 概念 在地面上的人们是靠内耳的敏感器官传递信息给大脑 以保持身体的平衡 在太空的 微重状