超重和失重课件-高一上学期物理人教版3

第6节

超重和失重第四章

运动和力的关系高中物理人教版（2019）必修第一册2知道什么是视重.3知道什么是超重和失重现象.1熟练掌握测量重力的两种方法.4会利用牛顿运动定律分析超重和失重的问题.重点重点重点重难点中国航天员太空就餐名场面超重和失重的理解目标一1.先测得物体自由落体的加速度g2.再利用天平测量物体的质量m3.利用牛顿第二定律可得G＝mg方法一在地球表面附近，物体由于地球的吸引而受到重力.如何测得物体重力的大小？利用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，称为视重。方法二1.在方法二中，为什么要使物体处于静止状态呢？2.如果物体不处于静止状态，会带来什么问题呢？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？如图所示，一个人站在体重计上，在他下蹲的过程中，他发现体重计的示数发生变化.选取人为研究对象.人受到重力mg和体重计对人的支持力FN，这两个力的共同作用使人在下蹲的过程中，先后经历静止、加速和减速三个阶段.(1)当人静止时，人受到的支持力与重力的大小关系如何？

(2)当人向下加速时，人受到的支持力与重力的大小关系如何？(3)当人向下减速时，人受到的支持力与重力的大小关系如何？(1)当人静止时，人受到的支持力与重力的大小关系如何？

人静止时：加速度等于零，合外力等于零，以向上为正：FN=mg根据牛顿第三定律，体重计对人的支持力与人对体重计的压力等大反向，所以体重计的示数FN′

=mg，显示为等于物体的重力，这种现象称为平衡状态a=0mgFN人在加速下蹲过程中：加速度向下，合外力向下，以向下为正：mg>FN根据牛顿第三定律，体重计对人的支持力与人对体重计的压力等大反向，所以体重计的示数FN′

<mg，显示为小于物体的重力，这种现象称为失重失重：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amgFN(2)当人向下加速时，人受到的支持力与重力的大小关系如何？人在减速下蹲过程中：加速度向上，合外力向上，以向上为正：FN>mg根据牛顿第三定律，体重计对人的支持力与人对体重计的压力等大反向，所以体重计的示数FN′

>mg，显示为大于物体的重力，这种现象称为超重超重：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amgFN(3)当人向下减速时，人受到的支持力与重力的大小关系如何？1.(2021·北京市石景山区高一期末)某志愿者站在力传感器上分别完成下蹲和站起动作，计算机同时采集相应的数据，如图所示，这是做其中一个动作时，力传感器的示数随时间变化的情况，下列判断正确的是A.这是站起过程，先失重后超重B.这是站起过程，先超重后失重C.这是下蹲过程，先失重后超重D.这是下蹲过程，先超重后失重√根据题图可知，F先增大，后减小，再增大，最后不变.则先超重再失重，最后平衡.加速度先向上再向下，最后为零.该过程中先向上加速再向上减速，最后静止，应为站起过程.故B正确.规律总结判断超重、失重状态的方法1.从受力的角度判断：当物体所受向上的拉力(或支持力)大于重力时，物体处于超重状态，小于重力时处于失重状态，等于零时处于完全失重状态.2.从加速度的角度判断：当物体具有向上的加速度时处于超重状态，具有向下的加速度时处于失重状态，向下的加速度为g时处于完全失重状态.3.注意：超重、失重与物体的运动方向即速度方向无关.超重、失重的有关计算目标二电梯里面的超失重(1)电梯向上启动瞬间加速度沿什么方向？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？思考与讨论电梯启动瞬间加速度竖直向上，支持力大于重力.电梯匀速向上运动时，支持力等于重力.(2)电梯将要到达目的地减速运动时加速度沿什么方向？人受到的支持力比其重力大还是小？若电梯向上减速，加速度竖直向下，支持力小于重力；若电梯向下减速，加速度竖直向上，支持力大于重力.思考与讨论(3)人的质量为m，电梯加速度大小为a，当电梯加速向上和向下运动时，求电梯底板对人的支持力的大小．加速向上运动时FN－mg＝maFN＝mg＋ma加速向下运动时FN＝mg－ma.mg－FN＝ma思考与讨论2.质量为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；答案

60kg当升降机匀速上升时，由平衡条件得：FN1＝mg＝600N，由牛顿第三定律得，人对体重计压力为600N，故体重计示数为60kg.当升降机以a1＝4m/s2的加速度加速上升时，由牛顿第二定律得：FN2－mg＝ma1，则FN2＝mg＋ma1＝840N由牛顿第三定律得，人对体重计的压力为840N，故体重计示数为84kg.(2)以4m/s2的加速度加速上升；答案

84kg当升降机以a2＝5m/s2的加速度加速下降时，由牛顿第二定律得：mg－FN3＝ma2，则FN3＝mg－ma2＝300N，由牛顿第三定律得，人对体重计的压力为300N，故体重计示数为30kg.(3)以5m/s2的加速度加速下降.答案

30kg3.(多选)电梯的顶部挂一个弹簧测力计，弹簧测力计下端挂了一个质量为1kg的重物，电梯做匀速直线运动时，弹簧测力计的示数为10N，在某时刻电梯中的人观察到弹簧测力计的示数变为12N.关于电梯的运动，以下说法正确的是(g取10m/s2)A.电梯可能向上加速运动，加速度大小为2m/s2，

处于超重状态B.电梯可能向下加速运动，加速度大小为4m/s2，

处于失重状态C.电梯可能向上减速运动，加速度大小为4m/s2，处于失重状态D.电梯可能向下减速运动，加速度大小为2m/s2，处于超重状态√√电梯做匀速直线运动时，弹簧测力计的示数为10N，即质量为1kg的重物重力为10N，某时刻电梯中的人观察到弹簧测力计的示数变为12N，属于超重现象，超重时，加速度方向竖直向上，向上加速和向下减速的加速度方向都是竖直向上的，由牛顿第二定律可得F－mg＝ma，解得a＝2m/s2，A、D正确.4.(多选)某地一观光塔总高度达600m，游客乘坐观光电梯大约1min就可以到达观光平台.若电梯简化成只受重力与绳索拉力，已知电梯在t＝0时由静止开始上升，a－t图像如图所示.则下列说法正确的是A.t＝4.5s时，电梯处于超重状态B.5～55s时间内，绳索拉力最小C.t＝59.5s时，电梯处于超重状态D.t＝60s时，电梯速度恰好为0√√t＝4.5s时，a＞0，加速度竖直向上，电梯处于超重状态，故A正确；5～55s时间内，a＝0，电梯处于平衡状态，绳索拉力等于电梯的重力，大于电梯失重时绳索的拉力，所以这段时间内绳索拉力不是最小，故B错误；t＝59.5s时，a＜0，加速度方向竖直向下，电梯处于失重状态，故C错误；根据a－t图像与坐标轴所围的面积表示速度的变化量，0～60s内a－t图像与坐标轴所围的面积为0，所以0～60s内速度的变化量为0，而电梯的初速度为0，所以t＝60s时，电梯速度恰好为0，故D正确.归纳总结超重、失重的比较特征状态加速度视重(F)与重力的关系运动情况受力图平衡a＝0F＝mg静止或匀速直线运动

超重竖直向上或有竖直向上的分量由F－mg＝ma得F＝m(g＋a)>mg向上加速或向下减速

失重竖直向下或有竖直向下的分量由mg－F＝ma得F＝m(g－a)<mg向下加速或向上减速

完全失重a＝gF＝0自由落体运动、竖直上抛运动

归纳总结5.如图所示，A、B两物体叠放在一起，以相同的初速度上抛(不计空气阻力).下列说法正确的是A.在上升和下降过程中A对B的压力一定为零B.上升过程中A对B的压力大于A物体受到的重力C.下降过程中A对B的压力大于A物体受到的重力D.在上升和下降过程中A对B的压力等于A物体受到的重力√A、B整体只受重力作用，做竖直上抛运动，处于完全失重状态，不论上升还是下降过程，A对B均无压力，只有A选项正确.总结提升1.完全失重状态的说明：在完全失重状态下，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、液体压强计等).2.完全失重时重力本身并没有变化.6.在电梯中，把一物体置于水平台秤上，台秤与力传感器相连，电梯先从静止加速上升，然后又匀速运动一段时间，最后停止运动；传感器的屏幕上显示出其所受的压力与时间的关系图像，如图所示(g取10m/s2)，则：(1)电梯在启动阶段经历了多长时间的加速上升过程？答案

4s由题图可知：电梯在启动阶段经历了4s加速上升过程.(2)该物体的重力是多少？电梯在超重和失重时物体的重力是否变化？答案

30N不变根据题意知，在4～18s时间内，物体随电梯一起匀速运动，由平衡条件及牛顿第三定律知，台秤受到的压力大小和物体的重力相等，即G＝30N根据超重和失重的本质知物体的重力不变.(3)算出电梯在超重和失重时的最大加速度分别是多大？超重时：台秤对物体的支持力最大为50N，