高一物理超重与失重 牛顿运动定律的适用范围教案（通用）

1、高一物理超重与失重 牛顿运动定律的适用范围教案 湖北襄樊四中（省示范高中）【考点讲析】1、 超重和失重在平衡状态时，物体对水平支持物的压力（或对悬绳的拉力）大小等于物体的重力。当物体在竖直方向上有加速度时，物体对支持物的压力就不等于物体的重力了。当物体的加速度向上时，物体对支持物的压力大于物体的重力，这种现象叫做超重现象；当物体的加速度向下时，物体对支持物的压力小于物体的重力，这种现象叫失重现象。特别是当物体向下的加速度为g时，物体对支持物的压力变为零，这种状态叫完全失重状态。对超重和失重的理解应当注意以下几点： 物体处于超重或失重状态时，物体的重力始终存在，一般大小也没有变化。 发生超重或失

2、重现象与物体的速度无关，只决定于加速度的方向。 在完全失重的状态下，平常一切由重力产生的物理现象都会完全消失，如单摆停摆、天平失效、浸在水中的物体不再受浮力、液体柱不再产生向下的压强等。超重和失重列表如下：序号项目超重失重1本质特征物体具有竖直向上的加速度a物体具有竖直向下的加速度a2现象表现对悬挂物的拉力或对支持物的压力大于重力即时T（N）=mg+mamg对悬挂物的拉力或对支持物的压力小于重力T(N)=mg-mamg3运动可能竖直向上加速(或向下减速)运动竖直向下加速(或向上减速)运动4说明失重情况下，物体具有竖直向下的加速度a=g时T(N)=0的现象，称为“完全失重”。在超重和失重现象时，

3、物体的重力依然存在，而且不变。在完全失重状态下，平常由重力产生的一切物理现象都会消失。比如物体对桌面无压力、单摆停止摆动、浸在水里的物体不受浮力等。2、以牛顿运动定律为基础的经典力学的适用范围是：经典力学只适用于解决低速运动问题，不能用来处理高速运动问题，经典力学只适用于宏观物体，一般不适用于微观粒子；经典力学只适用于解决弱引力问题，不能用来处理强引力问题相对论与量子力学都没有否定过去的科学，而只是认为科学在一定条件下有其特殊性经典力学只适用于弱引力，不适用于强引力3、力的合成法与正交分解法如果物体在运动过程中，仅仅受到两个共点力的作用，通过采用平行四边形法则作出这两个力的合力，此合力方向与物

4、体运动的加速度方向相同。如果物体同时受到三个以上共点力作用，那么应用合成法求解一般不方便了。这种情况下通常建立平面直角坐标系，采用正交分解法，应用牛顿第二定律分量式来求解4、整体思维与隔离法在牛顿运动定律解题中的应用在实际问题中，常常遇到几个相互联系的、在外力作用下一起运动的物体系。因此，在解决此类问题时，必然涉及选择哪个物体为研究对象的问题。一种方法是将一起运动的物体系作为研究对象，这种思维方法称作“整体法”。另一种方法是选定系统中的某一物体为研究对象，并将它隔离出来进行分析，这种方法称“隔离法”。实际上，不少问题既可用“整体法”也可用“隔离法”解，也有不少问题则需要交替应用“整体法”与“隔

5、离法”。因此，方法的选用也应视具体问题而定。在解有关物体系的动力学问题中，整体法和隔离法是解题的常用方法。如何选用整体法和隔离法呢？通常，如果仅仅要求求解物体系整体的加速度和所受外力，则选用整体法简便；若要求求解物体之间的牵连力，则必须把受牵连力作用的物体隔离出来分析求解。事实上，在解决实际问题时，两种方法往往交替使用，使解题过程得以简化。应当注意：“隔离法”和“整体法”的实质是巧选研究对象【例题导航】例题1 在人造地球卫星中，下列哪些仪器不能使用？（ ）A、天平 B、弹簧秤 C、水银温度计 D、水银气压计【析与解】人造地球卫星绕地球作匀速圆周运动时，所受地球的引力完全用来提供向心力。向心加速

6、度即卫星所在位置的重力加速度，竖直向下指向地心（即卫星轨道的圆心），所以卫星内是完全失重的环境。天平利用的是力矩平衡原理，在完全失重状态下，放在天平内的砝码和物体都不会对天平托盘产生压力，即不论天平左右托盘中分别放质量为多少千克的物体和砝码，天平都能平衡，故失效；水银气压计利用的是力的平衡原理，而此时水银的重力不产生压力，即不论气体压强为多少，都能使管中充满水银，故失效；弹簧秤除了不能测重力外，测其它力（如拉力）还可以用；水银温度计是利用热胀冷缩原理制成的，因而还可用。此题答案为AD。例题2 如图所示，杂技“顶杆”表演，一人站在地上，肩上扛一质量为M的竹竿，当竿上一质量为m的人以加速度a加速下

7、滑时，杆对“底人”的压力多大？【析与解】以人m为对象，他受重力mg和向上的摩擦力f作用。加速度a向下，ma=mg-f，所以f=m(g-a)。再以竿为研究对象，它受重力mg、f的反作用力f及“底人”的支持力N，而竿加速度为零，所以N压=N=mg+ f=Mg+m(g-a)Mg+mg例题3 如图所示，在劲度系数为k的弹簧下端挂一质量为m的物体，物体下有一托盘，用托盘托着物体使弹簧恰好处于原长。然后使托盘以加速度a竖直向下做匀加速直线运动（ag），试求托盘向下运动多长时间能与物体脱离？【析与解】 在物体与托盘脱离前，物体受重力、弹簧拉力和托盘支持力的作用，随着托盘向下运动，弹簧的拉力增大，托盘支持力减

8、小，但仍维持合外力不变，加速度不变，物体随托盘一起向下匀加速运动。当托盘运动至使支持力减小为零后，弹簧拉力的增大将使物体的加速度开始小于a，物体与托盘脱离。所以物体与托盘脱离的条件是支持力N=0。设此时弹簧伸长了x；物体随托盘一起运动的时间为t。由牛顿第二定律有：【实战演练】1、一物体放置在升降机内的水平台秤上，升降机以加速度a在竖直方向作匀变速直线运动，若物体处于失重状态，则（ ）A、升降机的加速度方向竖直向下B、台秤的读数减小maC、升降机一定向上运动D、升降机一定作加速运动2、如图所示，质量为m的物体A放在升降机里的斜面上，斜面倾角为。当升降机以加速度a匀加速下落时（ag），A相对斜面静

9、止，则物体A对斜面的作用力为：（ ）金属小筒的下部有一个小孔A，当筒内盛水时，水会从小孔中流出，如果让装满水的小筒从高处自由下落，不计空气阻力，则在小筒自由下落的过程中（）A水继续以相同的速度从小孔中喷出B水不再从小孔中喷出C水将以较小的速度从小孔中喷出D水将以更大的速度从小孔中喷出一根竖直悬挂的绳子所能承受的最大拉力为T，有一个体重为G的运动员要沿这根绳子从高处竖直滑下若GT，要使下滑时绳子不断，则运动员应该（）A以较大的加速度加速下滑B以较大的速度匀速下滑C以较小的速度匀速下滑D以较小的加速度减速下滑在以4m/s2的加速度匀加速上升的电梯内，分别用天平和弹簧秤称量一个质量10kg的物体(g

10、取10m/s2)，则（）A天平的示数为10kgB天平的示数为14kgC弹簧秤的示数为100ND弹簧秤的示数为140N如图所示，质量为M的框架放在水平地面上，一根轻质弹簧的上端固定在框架上，下端拴着一个质量为m的小球，在小球上下振动时，框架始终没有跳起地面当框架对地面压力为零的瞬间，小球加速度的大小为（）.在以加速度a匀加速上升的电梯中，有一个质量为m 的人，下述说法中正确的是（ ）A. 人对地球的引力为m(g+a) B. 人对电梯的压力为m(g-a)C. 此人所受重力为m(g+a) D. 此人视重为m(g+a).下列有关牛顿定律的适用范围，说法正确的是（）A. 牛顿第三定律在非惯性系中不成立B

11、. 牛顿第二定律可适用于解决宏观高速物体运动问题C. 牛顿第二定律可适用于解决高速微观粒子运动问题D. 牛顿第二定律只适用于解决宏观低速物体运动问题. 内装老鹰的密闭的大玻璃箱放在台秤的托盘上，当老鹰突然向上飞起时，台秤的读数将（ ）A. 不变 B. 变大 C. 变小 D.都有可能.竖直放置的框架中有两根被压缩的完全一样的弹簧，中间夹有一个重球，当框架竖直自由下落时，两根弹簧的压缩量x1、x2的变化情况将是（ ）、x1、x2不变、两弹簧的压缩量将变得相等 ,x1=x2 、两弹簧的压缩量不会相等。x1变大，x2变小。、两弹簧的压缩量不会相等。x1变小，x2变大。.如图所示，滑轮质量不计，如果m1

12、=m2+m3, 这时弹簧秤的读数为T。若把m2从右边移到左边的m1上，弹簧秤的读数T将（ ）A. 增大 B. 减少 C.不变 D .无法判断 .如图所示，在原来静止的木箱内，放着物体A, A被一伸长的弹簧拉住而静止，现突然发现A被弹簧拉动，则木箱的运动情况可能是（ ）A. 加速下降 B. 减速上升 C. 匀速向右运动 D.加速向左运动1. 下列四个实验，哪些项能在绕地球飞行的宇宙飞船中完成（）A. 用天平测物体质量 B.用弹簧秤测物体重力C. 用水银气压计测仓内大气压强 D.用温度计测量温度1. 运用牛顿运动定律可分析以下哪些问题（）A. 奥运会上的百米赛跑 B. 人造地球卫星的发射C. 原子

13、核外电子的运动 D. 宇宙射线中的一些高能粒子（速度接近光速）1.如图所示，水桶底部固定一弹簧，弹簧上端系一密度小于水的木块，木块淹没在水中，水桶在竖直方向运动时，发现弹簧缩短了，则水桶的（）A. 速度向上 B. 速度向下 C. 加速度向上 D. 加速度向下二、填空题、某人在以2.5m/s2的加速度匀加速下降的升降机里最多能举起80kg的物体，则他在地面上最多能举起 kg的物体；若此人在一匀加速上升的升降机中最多能举起40kg的物体，则此升降机上升的加速度为 m/s21. 以牛顿运动定律为基础的经典力学，不适用于接近光速的高速物体，这是因为_,也不适用于微观粒子的运动，因为微观粒子 _。1.运

14、动的物体是超重还是失重，与它运动的速度_ (填“有关”或“无关”)，只与_有关。. 如图所示，一木箱底部有一质量为5kg的物体，物体与箱盖之间有一弹簧（不计质量）将两者竖直连接，弹簧对物体有30N的拉力。现将木箱放在一升降机中，在升降机运动时，发现物体要离开箱底，那么这时升降机的运动满足的条件是什么？2. 如图所示，质量为M的木箱放在水平面上，木箱中的立杆上套着一个质量为m的小球，开始时小球在杆的顶端,由静止释放后，小球沿杆下滑的加速度为重力加速度的二分之一，即a=(1/2)g，则在小球下滑的过程中，木箱对地面的压力为_。三、计算题、竖直升降的电梯内的天花板上悬挂着一根弹簧秤，如图所示，弹簧秤

15、的秤钩上悬挂一个质量m4kg的物体，试分析下列情况下电梯的运动情况(g取10m/s2)：(1)当弹簧秤的示数T140N，且保持不变(2)当弹簧秤的示数T232N，且保持不变(3)当弹簧秤的示数T344N，且保持不变、举重运动员在地面上能举起120kg的重物，而在运动着的升降机中却只能举起100kg的重物，求升降机运动的加速度若在以2.5m/s2的加速度加速下降的升降机中，此运动员能举起质量多大的重物？(g取10m/s2)、重力为500N的人站在电梯内，电梯下降时v-t图，如图13所示，试求在各段时间内人对电梯底版的压力多大？(g取10ms2)、如图所示，倾角为的斜面是光滑的，斜面上有一滑块A，

16、A的水平上表面站有质量为m的人，则当A从斜面上自由滑下时，要使人相对滑块A静止，则人与滑块间的摩擦力应为多大？参考答案一、选择题（）题号答案ABABAADDDD题号答案BBB二、60；5、物体质量接近与光速时增大很多；既具有粒子性，有具有波动性、无关；加速度的方向、匀加速下降或匀减速上升, a4 m/s2、(2M+m)g2、解析：选取物体为研究对象，它受到重力mg和竖直向上的拉力T的作用规定竖直向上方向为正方向(1)当T140N时，根据牛顿第二定律有T1mgma1，解得这时静止或匀速直线运动状态(2)当T232N时，根据牛顿第二定律有T2mgma2，解得这示物体的加速度方向与所选定的正方向相反

17、，即电梯的加速度方向竖直向下电梯加速下降或减速上升(3)当T344N时，根据牛顿第二定律有T3mgma3，解得这时的加速度方向与所选的正方向相同，即电梯的加速度方向竖直向上电梯加速上升或减速下降点拨：当物体加速下降或减速上升时，亦即具有竖直向下的加速度时，物体处于失重状态；当物体加速上升或减速下降时，亦即具有竖直向上的加速度时，物体处于超重状态、解析：运动员在地面上能举起120kg的重物，则运动员能发挥的向上的最大支撑力Fm1g12010N1200N，在运动着的升降机中只能举起100kg的重物，可见该重物超重了，升降机应具有向上的加速度当升降机以2.5m/s2的加速度加速下降时，重物失重对于重物，点拨：题中的一个隐含条件是：该运动员能发挥的向上的最大支撑力(即举重时对重物的最大支持力)是一个恒量，它是由运动员本身的素质决定的，不随电梯运动状态的改变而改变、解析：400N 500N 550N 由v