46超重和失重（导学案）高一物理

第6节超重和失重导学案【学习目标】1.结合生活体验，通过实验认识超重和失重现象，理解产生超重、失重现象的条件和实质。2.进一步熟练掌握应用牛顿运动定律解决问题的方法和步骤。【学习重难点】 1．产生超重和失重的条件。（重点）2．会分析解决超重和失重的实际问题。（重点难点）【知识回顾】动力学两类基本问题1.两个分析：(1)过程分析：逐一分析不同过程运动特点，找出相邻过程的联系点。(2)受力分析：逐过程分析物体受力，注意摩擦力、弹力可能变化。2.一个桥梁：3.两类问题的解题步骤：【自主预习】1.重力的测量方法一：先测量物体做自由落体运动的加速度g，再用天平测量物体的质量，利用牛顿第二定律可得G＝mg。方法二：利用力的平衡条件对重力进行测量。2.超重和失重(1)超重现象：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现象。(2)失重现象：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现象。(3)完全失重现象：物体对支持物(或悬挂物)完全没有作用力的现象。物体的重力始终存在，大小没有变化。【课堂探究】思考与讨论：站在体重计上向下蹲，你会发现，在下蹲的过程中，体重计的示数先变小，后变大，再变小。当人静止后，保持某一数值不变。这是为什么呢？（观看视频）一、重力的测量1.重力测量的方法一操作方法：(1)先测量物体做自由落体运动的加速度g；(2)再用天平测量物体的质量；(3)利用牛顿第二定律可得：G＝mg2.重力测量的方法二操作方法：利用力的平衡条件对重力进行测量。将待测物体悬挂或放置在测力计上，使它处于静止状态。这时物体所受的重力和测力计对物体的拉力或支持力的大小相等，测力计的示数反映了物体所受的重力大小。二、超重和失重思考与讨论：(1)人在体重计上受到几个力的作用？(2)如果人静止在体重计上，这几个力的大小关系是怎样的？(3)人所受的支持力和人给体重计的压力大小什么关系？你的依据什么？（一）视重1.视重：体重计的示数，反映的是人对体重计的压力大小。依据：牛顿第三定律。2.实重：物体实际的重力大小。3.视重与实重相等的条件：静止或匀速直线运动。思考与讨论：(1)人站在体重计上向下蹲的过程中，你认为人经历了几个过程或状态？(2)人站在体重计上向下蹲的过程中，为什么体重计的示数会变化呢？（二）静止体重计上的超重和失重1.人向下加速下蹲过程：(1)人加速下蹲过程中受到几个力的作用，请做出受力分析？(2)请根据牛顿第二定律，列出方程，比较所受力的大小，你发现了什么？失重：物体对支持物的压力（对悬挂物的拉力）小于物体所受重力的现象，叫作失重现象。思考：物体处于失重状态时，物体的重力发生改变了吗？2.人向下减速下蹲过程：(1)人减速下蹲过程中受到几个力的作用，请做出受力分析？(2)请根据牛顿第二定律，列出方程，比较所受力的大小，你发现了什么？超重：物体对支持物的压力（对悬挂物的拉力）大于物体所受重力的现象，叫作超重现象。思考：物体处于超重状态时，物体的重力发生改变了吗？思考与讨论：人站在力传感器上完成下蹲和站起动作，请你分析力传感器上的人“下蹲”和“站起”两个过程中超重和失重的情况。思考与讨论：人的运动状态对体重计上显示出的结果是有影响的。那么，如果站在体重计上的人既不蹲下，也不站起，体重计上的示数就不会变吗？（三）电梯里的超重和失重情景一：质量为m的人随升降机一起以加速度a匀加速上升，(1)人对升降机的压力为多大？(2)人是处于超重还是失重状态？情景二：质量为m的人随升降机一起以加速度a匀减速上升，(1)人对升降机的压力为多大？(2)人是处于超重还是失重状态？情景三：质量为m的人随升降机一起以加速度a匀减速下降，(1)人对升降机的压力为多大？(2)人是处于超重还是失重状态？情景四：质量为m的人随升降机一起以加速度a匀加速下降，(1)人对升降机的压力为多大？(2)人是处于超重还是失重状态？小结：类型v方向a方向现象加速上升向上向上超重减速上升向上向下失重加速下降向下向下失重减速下降向下向上超重(1)当加速度方向向上时，物体发生超重现象，(2)当加速度方向向下时，物体发生失重现象。【例题】设某人的质量为60kg，站在电梯内的水平地板上，当电梯以0.25m/s2的加速度匀加速上升时，求人对电梯的压力。g取9.8m/s2。思考与讨论:当物体处于失重状态，且a＝g时会发生什么现象？物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）等于零的情况称为完全失重现象。课堂小结：【自我测评】1．若运载火箭在发射升空过程中，探测器先做加速运动，后做减速运动。下列说法正确的是（）A．探测器在加速过程中惯性变大B．探测器先处于超重状态，后处于失重状态C．探测器先处于失重状态，后处于超重状态D．在加速过程，火箭对探测器作用力大于探测器对火箭的作用力【答案】B【详解】A．惯性的大小只与质量有关，与运动状态无关，所以不论加速还是减速惯性大小一样，A错误；BC．发射升空过程中，先做加速运动后做减速运动：向上加速过程加速度向上，则为超重，向上减速加速度向下，为失重，故B正确，C错误；D．根据牛顿第三定律火箭对探测器作用力等于探测器对火箭的作用力，故D错误。故选B。2．关于超重和失重的下列说法中，正确的是（）A．物体向上运动时处于超重状态，物体向下运动时处于失重状态B．处于完全失重状态的物体一定是向下运动C．超重就是物体所受的重力增大了，失重就是物体所受的重力减小了D．物体做自由落体运动时处于完全失重状态【答案】D【详解】A．物体匀速向上运动时，既不超重也不失重，A错误；B．处于完全失重状态的物体不一定是向下运动，例如竖直上抛运动的上升过程处于完全失重状态，B错误；C．超重并非物体所受的重力增大了，而是弹力（视重）比重力大；失重也并非物体所受的重力减小了，而是弹力（视重）比重力小，C错误；D．物体做自由落体运动时，加速度等于重力加速度，方向向下，物体处于完全失重状态，D正确。故选D。3．在阿塞拜疆巴库举行的2021年蹦床世锦赛中，中国选手严浪宇斩获男子网上个人金牌，曹云珠摘得女子网上个人银牌。蹦床模型如图所示，下列关于运动员的描述正确的是（）A．离网下降的过程中一直处于失重 B．离网上升的过程中一直处于超重C．触网下降的过程中一直处于失重 D．触网上升的过程中一直处于超重【答案】A【详解】AB．离网运动阶段，运动员只受重力作用，具有竖直向下的加速度，处于失重状态。故A正确；B错误；CD．触网运动阶段，运动员受重力和弹力共同作用，由牛顿第二定律可知，其加速度方向与合力方向一致，即重力大于弹力阶段加速度竖直向下，重力小于弹力阶段加速度竖直向上。故CD错误。故选A。4．蹦极是一项户外极限活动。某游客站在足够高的位置，用原长为20米的弹性绳（满足胡克定律）固定住后自由落下。弹性绳长24米时，重力与弹力大小相等，弹性绳长为30米到达最低点时向上弹起。忽略空气阻力的影响。在该游客的第一次下落过程中，以下说法正确的是（）A．第一次下落过程中，游客能体验失重感的位移为20米B．第一次下落过程中，游客能体验超重感的位移为8米C．第一次下落24m时，游客的速度最大D．第一次到达最低点时，游客的速度为0，加速度也为0【答案】C【详解】A．当游客有向下的加速度时，就处于失重状态，人先自由下落20米，加速度为向下的重力加速度，完全失重，下落20米至24米之间，弹性绳虽绷紧，但向上的弹力小于重力，游客合力向下，仍有向下的加速度，所以仍处于失重状态，即第一次下落过程中，游客能体验失重感的位移为24米，故A错误；B．当游客有向上的加速度时，处于超重状态。人在下落24米至30米这6米的距离上，弹力大于重力，人有向上的加速度，故处于超重状态，所以第一次下落过程中，游客能体验超重感的位移为6米，故B错误；C．第一次下落24米时，重力与弹力大小相等，加速度为零，在此刻之前加速，此刻之后合力向上而减速，所以此刻游客的速度最大，故C正确；D．第一次到达最低点时，游客的速度为0，但加速度不为0，因为此时弹力向上达到最大值，加速度也达到最大值，故D错误。故选C。5．质量为m的人站在电梯内，电梯从1楼上升到40楼，此过程中电梯速度v随时间t变化的图像如图所示，重力加速度为g，下列说法正确的是（）

A．时间内电梯对人的支持力小于mgB．时间内人处于超重状态C．时间内人处于超重状态D．时间内电梯对人的支持力不断增大【答案】D【详解】A．由图可知，时间内电梯向上加速运动，具有向上的加速度，电梯里的人处于超重状态，电梯对人的支持力大于mg，A错误；B．由图可知，时间内电梯做匀速运动，电梯里的人处于平衡状态，B错误；C．由图可知，时间内电梯向上做减速运动，具有向下的加速度，电梯里的人处于失重状态，C错误；D．图像的斜率绝对值表示加速度大小，由图可知，时间内加速度逐渐减小，根据牛顿第二定律有解得所以电梯对人的支持力不断增大，D正确。故选D。6．如图，某同学站在压力传感器上做下蹲——起立的动作时传感器记录的压力随时间变化的图线，纵坐标为压力，横坐标为时间。由图线可知，该同学的体重约为660N，除此以外，还可以得到以下信息（

）A．2s时人处于下蹲静止状态 B．下蹲过程中人始终处于失重状态C．内该同学做了2次下蹲——起立的动作 D．1s时人处在下蹲的最低点【答案】A【详解】AB．人在下蹲的过程中，先加速向下运动，此时加速度方向向下，故人处于失重状态，然后减速下降，加速度向上，人处于超重状态，最后人静止，2s时人完成下蹲过程，处于静止，则下蹲过程中人先失重后超重，故A正确，B错误；C．内该同学做了1次下蹲——起立的动作，故C错误；D．在1s时人向下的加速度最大，故此时人正加速向下，并没有静止，它不是下蹲的最低点，故D错误。故选A。7．如图所示，用手拿着一个水杯，水杯壁上有一个小孔，水面上浮有一木块，水杯静止时，有水流从小孔中流出，现在将手松开，让水杯自由下落（不计空气阻力），则在落地前（）A．小孔断流，木块相对水面位置不变B．小孔断流，木块刚好整个浮到水面上C．小孔断流，木块刚好整个沉到水面下D．小孔中继续有水喷出，木块相对水面位置不变【答案】A【详解】水杯自由下落，处于完全失重状态，水对侧壁不产生挤压，故断流。同时木块受到的浮力变为0，故木块的加速度也为g，与水的加速度一样，木块相对水面位置不变。故选A。8．如图所示，左图为大型游乐设施跳楼机，右图为其结构简图。跳楼机由静止从a自由下落到b，再从b开始以恒力制动竖直下落到c停下。已知跳楼机和游客的总质量为m，ab高度差为2h，bc高度差为h，重力加速度为g。则（）A．从b到c，跳楼机和游客处于失重状态B．从a到b，跳楼机座椅对游客的作用力与游客的重力大小相等C．从a到b与从b到c的运动时间之比为2∶1D．从b到c，跳楼机受到制动力的大小等于2mg【答案】C【详解】