教科版高中物理必修第一册第4章牛顿运动定律第7节超重与失重课件

第7节超重与失重第四章内容索引010203自主预习·新知导学合作探究·释疑解惑课堂小结04随堂练习课标定位1.知道什么是超重和失重。2.能够利用牛顿第二定律分析超重、失重现象。3.能够利用超重、失重分析生活中的有关现象。素养阐释1.通过对超重、失重概念的理解形成物理观念。2.根据牛顿第二定律分析竖直方向的动力学问题,形成科学思维。3.结合牛顿第二定律分析生活中的现象,体验超重、失重,培养科学态度和责任。自主预习·新知导学一、超重现象1.定义:物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)大于物体所受重力的现象。2.条件:物体具有竖直向上的加速度。3.视重:若物体质量为m,具有竖直向上的加速度a,则视重为T=m(g+a)。4.

物体处于超重状态时,其重力增大了吗?提示:物体重力未变,而是“视重”变大,也就是物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)变大。二、失重现象1.定义:物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)小于物体所受重力的现象。2.条件:物体具有竖直向下的加速度。3.视重:若物体质量为m,具有竖直向下的加速度a,则视重为T=m(g-a)。4.完全失重:当物体具有竖直向下的加速度a=g时,物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)等于零的现象。【思考讨论】

1.判断下列说法的正误。(1)物体向上运动时一定处于超重状态。(

)(2)物体减速向下运动时处于失重状态。(

)(3)物体处于失重状态时重力减小了。(

)(4)物体处于完全失重状态时就不受重力了。(

)(5)不论物体超重、失重,还是完全失重,物体所受的重力都是不变的。(

)××××√2.如图所示,某人乘坐电梯正在向上运动。

(1)电梯启动瞬间加速度方向向哪?人受到的支持力比其重力大还是小?电梯匀速向上运动时,人受到的支持力比其重力大还是小?(2)电梯将要到达目的地减速运动时加速度方向向哪?人受到的支持力比其重力大还是小?提示:(1)电梯启动瞬间加速度方向向上,人受到的合力方向向上,所以支持力大于重力;电梯匀速向上运动时,人受到的合力为零,所以支持力等于重力。(2)减速运动时,因速度方向向上,故加速度方向向下,即人受到的合力方向向下,支持力小于重力。3.对于在宇宙飞船或空间站中长时间停留的宇航员,体育锻炼是一个必不可少的环节。下列器材适宜宇航员在宇宙飞船或空间站中进行体育锻炼的是(

)A.单杠

B.弹簧拉力计

C.哑铃

D.跑步机答案:B解析:利用单杠锻炼身体需克服自身的重力上升,利用自身的重力下降。在完全失重状态下已没有重力可用;使用弹簧拉力器锻炼时,肌肉发力与弹簧拉力对抗,与重力无关。用哑铃锻炼身体主要就是利用哑铃的重力,在轨道舱中哑铃处于完全失重状态,它对人的胳膊没有压力的作用。在轨道舱中人处于失重状态,就算人站在跑步机上,但是脚对跑步机一点压力也没有。根据压力与摩擦力成正比,那么这时脚与跑步机之间没有一点摩擦力。没有摩擦力人将寸步难行。故应该选B。合作探究·释疑解惑知识点一对超重和失重的理解【问题引领】

某同学每天放学都要乘垂直电梯上、下楼,在电梯下楼时,开始他觉得背的书包变轻了,快到楼底时他觉得书包又似乎变重了。这是为什么?提示:开始时电梯从静止做加速运动,使某同学和电梯一起处于失重状态;快到楼底时,电梯一定有一个减速过程,则该过程中电梯处于超重状态,就会出现上述现象。【归纳提升】

1.实重与视重实重:物体实际所受的重力。物体所受重力不会因物体运动状态的改变而变化。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”,大小等于弹簧测力计所受的拉力或台秤所受的压力。超重与失重不是重力本身变了,而是物体对悬挂物的拉力或对水平支持物的压力发生了变化,即“视重”变化了。若弹力大于重力是超重,反之则是失重。2.超重、失重和完全失重的比较

判断超重还是失重的主要依据是看加速度方向,若加速度向上则为超重,加速度向下则为失重,不能根据物体的运动方向判断。【典型例题】

【例题1】

下列关于超重和失重的说法正确的是(

)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答案:B解析:从受力上看,失重物体所受合外力向下,超重物体所受合外力向上;从加速度上看,失重物体的加速度向下,而超重物体的加速度向上。A、C、D中的各运动员所受合外力为零,加速度为零,只有B中的运动员处于失重状态。超重、失重问题的三点提醒(1)物体处于超重或失重状态时,物体的重力并未变化,只是视重变了。(2)发生超重或失重现象只取决于加速度的方向,与物体的速度变化、大小均无关。(3)完全失重状态的说明:在完全失重的状态下,平时一切由重力产生的物理现象都将完全消失,比如物体对支持物无压力、摆钟停止摆动、液体柱不再产生向下的压强等。靠重力才能使用的仪器将失效,不能再使用(如天平、液体气压计等)。【变式训练1】在电梯中悬挂一弹簧测力计,当电梯竖直向下匀减速时,弹簧测力计的秤钩上挂一个重2N的物体与电梯相对静止,弹簧测力计示数可能是图中的(

)答案:A解析:电梯竖直向下匀减速时,加速度竖直向上,处于超重状态,弹簧测力计的读数大于物体的重力2

N,故A正确,B、C、D错误。知识点二超重和失重的定量计算【问题引领】

如图所示,质量为m的人站在台秤上随电梯以加速度a匀加速斜向上运动,台秤的示数是m(g+a)吗?提示:不是。将加速度正交分解如图所示,则台秤示数F=m(g+asinα)。【归纳提升】

处理超重与失重问题的基本思路超重和失重问题实际上就是牛顿第二定律应用的延续,解题时仍应抓住联系力和运动的桥梁——加速度。(1)确定研究对象;(2)把研究对象从物体系统中隔离出来,受力分析并画出受力图;(3)选取正方向,分析物体的运动情况,明确加速度方向;(4)据牛顿运动定律和运动学公式列方程。【典型例题】

【例题2】

质量为60kg的人站在升降机中的体重计上,当升降机以3m/s2的加速度加速上升时,体重计的读数是多少?处于什么状态?(g取10m/s2)答案:780N

超重状态解析:人站在升降机中的体重计上,受力情况如图所示。

当升降机以3

m/s2的加速度加速上升时,由牛顿第二定律得N-G=ma,N=ma+G=m(g+a)=780

N。由牛顿第三定律得,此时体重计的示数为780

N,大于人的重力,人处于超重状态。(1)利用牛顿第二定律列方程时,一般以a方向为正方向,则加速度方向的力减去与加速度方向相反的力即为合力。(2)判断超重、失重现象,其关键是看加速度的方向,而不是运动方向。【变式训练2】

(多选)如图所示,轻质弹簧的上端固定在电梯的天花板上,弹簧下端悬挂一个小球,电梯中有质量为50kg的乘客,在电梯运行时乘客发现轻质弹簧的伸长量始终是电梯静止时的,重力加速度g取10m/s2,由此可判断(

)A.电梯可能加速下降,加速度大小为5m/s2B.电梯可能减速上升,加速度大小为2.5m/s2C.乘客处于超重状态D.乘客对电梯地板的压力为375N答案:ABD解析:电梯静止不动时,小球受力平衡,有mg=kx,电梯运行时弹簧的伸长量比电梯静止时小,说明弹力变小了,根据牛顿第二定律,有

,解得:a=2.5

m/s2,方向:竖直向下,电梯可能加速下降或减速上升,乘客处于失重状态,故A、B正确、C错误;以乘客为研究对象,根据牛顿第二定律可得:m'g-N=m'a,解得:N=375

N,故D正确。课堂小结随堂练习1.(超重与失重)某同学乘坐电梯从一楼到九楼,在电梯将要停下来时,该同学(

)A.处于失重状态 B.处于超重状态C.所受的重力变大 D.所受的重力变小答案:A解析:坐电梯从一楼到九楼,在电梯将要停下来时,为减速直线运动,加速度方向向下,该同学处于失重状态,故A正确,B错误。处于失重或者超重状态的物体,重力不变,故C、D错误。2.(超重与失重)一个质点沿竖直方向做直线运动,时间内的速度—时间(v-t)图像如图所示,若0~t1时间内质点处于失重状态,则t1~t2时间内质点的运动状态经历了(

)A.先超重后失重再超重B.先失重后超重再失重C.先超重后失重D.先失重后超重答案:D解析:0~t1时间内质点加速,质点处于失重状态,说明这段时间内质点向下加速,则:t1~t2时间内质点先向下加速后向下减速,因此运动状态是先失重后超重,故A、B、C错误,D正确。3.(超重与失重的有关计算)质量是60kg的人站在升降机中的体重计上,如图所示。重力加速度g取10m/s2,当升降机做下列各种运动时,求体重计的示数。(1)匀速上升;(2)以5m/s2的加