《超重和失重》课件

《超重和失重》任务1：认识超重、失重现象问题情境：如图２，在中间有缺口的纸带下挂一个重物。如图３，在弹簧秤指针上、下两侧放置小纸团，下面悬挂钩码。如图4，人站在体重计上，做“下蹲”动作。１.

如图２，匀速提起纸带，纸带没有断，当加速提起纸带时，看到了什么现象？纸带为什么会断？２.

如图３小纸团具有“记忆”最大、最小拉力的功能，当提着弹簧秤向上运动时，小纸团会有何变化？实验结果与你的想象一致吗？３.

如图４，人“下蹲”过程中人对体重计的压力会如何变？问题加速提起，纸带断裂；说明纸带受力变大了加速、匀速、减速提起，纸团移动的位置不同下蹲时，人对体重计的压力减小任务1：认识超重、失重现象问题情境：如图２，在中间有缺口的纸带下挂一个重物。如图３，在弹簧秤指针上、下两侧放置小纸团，下面悬挂钩码。如图4，人站在体重计上，做“下蹲”动作。问题４.上述三种情况中，物体所受的重力变了吗？什么变化了？５.

如果用超重和失重概念来描述上面的现象，哪些是超重？哪些是失重？你划分的依据是什么？

实际重力没有变化，变化的是弹簧秤或台秤的示数超重：加速向上运动失重：加速向下运动可以根据加速度的方向判断超重和失重任务2：探究超重、失重现象问题情境：如图，手持悬挂有重物的力传感器保持竖直，通过手的运动，将实验数据记录在表２中，得到Ｆ－t图线问题２.

如果我们用物理量（速度）来描述弹簧秤上提的过程，你会怎样说？你会把上提过程分为几个运动过程？

１.

前面我们预测弹簧秤和台秤读数时，为什么缺少了“另一半”？产生这一问题的原因是什么？３.如果我们用物理量（速度）来描述人下蹲的过程，你会怎样说？你会把下蹲过程分为几个运动过程？４.

根据你们的观察填写表２，你是否还能用反映物体运动特征的物理量表示？产生加速度向上先加速、再匀速、再减速向下先加速、再匀速、再减速用加速度的方向表示任务2：探究超重、失重现象问题情境：如图，手持悬挂有重物的力传感器保持竖直，通过手的运动，将实验数据记录在表２中，得到Ｆ－t

图线。问题５.

通过表２，你总结得到的超重、失重现象发生的条件是什么？６.如果突然释放提着的弹簧秤，弹簧秤的读数是多大？此时物体处于什么状态？7.

如图５，水平线代表什么？图线中哪几段表示钩码处于超重状态、哪几段表示钩码处于失重状态？你能从图线中确定速度和加速度的方向吗？如果不能确定速度方向，可能的运动状态是怎样的？超重：加速向上运动或减速向下运动失重：加速向下运动或减速向上运动示数为0，处于完全失重状态水平线代表重力和拉力相等水平线上方，超重：加速向上运动或减速向下运动水平线下方，失重：加速向下运动或减速向上运动►超重和失重的判断方法·物体超重与运动状态的关系超重和失重·物体失重与运动状态的关系【特别提醒】

物体运动时，只要加速度具有竖直向上的分量，物体就处于超重状态；同理，只要加速度具有竖直向下的分量，物体就处于失重状态。小结

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

超重向上F=m(g+a)>mg向上加速或向下减速

失重向下F=m(g－a)<mg向下加速或向上减速

完全失重a=gF=0抛体运动或自由落体运动

►平衡、超重、失重和完全失重的比较任务3：分析、解释生活中的实际问题问题情境：如图６，小朋友站在运行的电梯中。如图７，在盛满有颜色水的开口饮料瓶的下方开一个小孔，静止时有水喷出。如图８，在粗糙的木板上放置两个物块，中间用弹簧相连，弹簧处于拉伸状态。问题１.如图6，小朋友从1

楼直接到达20楼的过程中，地面对他的支持力如何变化？如果是从20楼直接到１楼呢？2.

如图７，当喷水的瓶从手中向上、水平、斜向抛出后，能够看到什么现象？为什么？３.

如图８，当水平木板自由释放后，能够看到什么现象？为什么？先变大，然后等于重力，再变小，往下运动时相反。瓶中的水不再流出，处于完全失重现象两物块在拉力作用下向中间移动例：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。分析人站在电梯内的水平地板上，随电梯上升过程中受到两个力的作用：重力mg和地板的支持力FN，受力分析如图

所示。解：设竖直向上方向为坐标轴正方向。根据牛顿第二定律，有FN

－mg＝maFN

＝m（g＋a）＝60×（9.8＋0.25）N＝603N根据牛顿第三定律，人对电梯地板的压力FN′为FN

＝－FN

＝－603N人对电梯的压力大小为603N，方向竖直向下。1.下列说法中正确的是（）A.超重时物体所受的重力不变B.高层住宅电梯启动瞬间，电梯中的人处于超重状态C.超重就是物体所受的重力增加D.飞机减速下降过程中，飞机中的乘客处于失重状态解析：A对，C错：处于超重与失重状态的物体所受的重力不变，仅是视重变了。B错：电梯向上启动的瞬间加速度向上，人所受的支持力变大，则对电梯的压力变大即视重变大，处于超重；反之，电梯向下启动的瞬间处于失重。D错：飞机减速下降时加速度向上，飞机中的乘客处于超重状态。A当堂检测2.如图所示为运动员跳高时的精彩瞬间，下列说法正确的是（）A.运动员在最高点处于平衡状态B.运动员在下降过程中处于超重状态C.运动员起跳以后的过程中处于失重状态D.运动员起跳时地面对她的支持力等于她所受的重力C3.［多选］在电梯的地板上放置一个压力传感器，在传感器上放一个重量为20N的物块，如图甲所示，计算机显示出传感器所受物块的压力大小随时间变化的关系如图乙所示。根据图像，以下结论中正确的是（）A.从t1到t2，物块处于失重状态B.从t3到t4，物块处于失重状态C.电梯可能开始停在低楼层，先加速向上，接着匀速向上，再减速向上，最后停在高楼层D.电梯可能开始停在高楼层，先加速向下，接着匀速向下，再减速向下，最后停在低楼层BC甲乙4.在电梯内地板上放一体重计，电梯静止时，某同学站在体重计上，体重计示数为50kg；电梯运动过程中，某一段时间内该同学发现体重计示数为40kg，如图所示，则在这段时间内（g取10m/s2）（）A.电梯以2m/s2的加速度加速上升B.电梯以2m/s2的加速度减速上升C.电梯以8m/s2的加速度加速上升D.电梯以8m/s2的加速度减速上升B解析：以竖直向下为正方向，有mg-F=ma，即50g-40g=50a，解得a=0.2g=2m/s2，方向竖直向下，电梯以2m/s2的加速度加速下降或减速上升，故B正确。

D问题一对超重和失重现象的理解[情境探究]用手提住弹簧测力计,(1)用弹簧测力计测物体重力时,突然向上加速,观察弹簧测力计的示数如何变化?(2)用弹簧测力计测物体重力时,突然向下加速,观察弹簧测力计的示数如何变化?(3)若将弹簧测力计和物体一起释放,观察弹簧测力计的示数如何变化?要点提示

(1)弹簧测力计示数变大了。(2)弹簧测力计示数变小了。(3)弹簧测力计示数变为零。[知识点拨]1.视重当将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。2.超重、失重的分析

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

重向上F=m(g+a)>mg向上加速或向下减速

状

态加速度视重(F)与重力的关系运动情况受力图失

重向下F=m(g-a)<mg向下加速或向上减速

完全失重向下a=gF=0抛体运动、自由落体运动

[实例引导]例1(2021广东惠州高一期末)某同学站在体重计上,做下蹲、起立动作来探究超重和失重现象。下列说法正确的是(

)A.下蹲过程中,人一直处于失重状态B.起立过程中,人一直处于超重状态C.该同学做了两次下蹲再起立的动作D.该同学做了一次下蹲再起立的动作解析

下蹲过程中,先向下加速后向下减速,则人先处于失重状态后处于超重状态,选项A错误;起立过程中,先向上加速后向上减速,则人先处于超重状态后处于失重状态,选项B错误;由图结合以上分析可知,该同学做了一次下蹲再起立的动作,选项C错误,D正确。答案

D规律方法

判断超重、失重状态的方法物体究竟处于超重状态还是失重状态,可用三个方法判断: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;拉力(或支持力)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(包括斜向上)时处于超重状态;具有向下的加速度(包括斜向下)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.从运动的角度判断,当物体加速上升或减速下降时,物体处于超重状态;当物体加速下降或减速上升时,物体处于失重状态。变式训练1某同学利用体重计研究超重与失重现象。在一次实验中,她先蹲在体重计上,如图所示,在她由稳定的蹲姿变化到稳定站姿的过程中,下列说法正确的是(

)A.该同学处于超重状态B.该同学处于失重状态C.体重计示数先减小后增大D.体重计示数先增大后减小解析

人从下蹲状态站起来的过程中,先向上做加速运动,后向上做减速运动,最后回到静止状态,人先处于超重状态后处于失重状态,故体重计示数先增大后减小,故D正确,A、B、C错误。答案

D问题二用牛顿第二定律分析超重、失重现象[情境探究]人站在体重计上静止时,体重计的示数就显示了人的体重。人从站立状态到完全蹲下,体重计的示数如何变化?为什么会发生这样的变化?要点提示

人在下蹲的过程中,向下做先加速后减速的运动,加速度的方向先向下后向上,所以人先处于失重状态再处于超重状态,最后处于平衡状态,体重计的示数先减小后增大,最后等于重力G。[知识点拨]求解超重与失重问题的基本思路超重和失重问题实质上就是牛顿第二定律应用的延续,解题时应抓住加速度这个关键量。具体方法是:(1)分析物体运动的加速度方向;(2)判断物体处于超重(或失重)状态;(3)分析其受力,利用牛顿第二定律分析和求解。[实例引导]例2某人在以a=0.5m/s2的加速度匀加速下降的升降机中最多可举起m1=90kg的物体,则此人在地面上最多可举起多少千克的物体?若此人在匀加速上升的升降机中最多能举起m2=40kg的物体,则此升降机上升的加速度为多大?(g取10m/s2)解析

以物体为研究对象,对物体进行受力分析及运动状态分析,如图甲所示,设人的最大“举力”为F,由牛顿第二定律得m1g-F=m1a1所以F=m1(g-a1)=855

N当他在地面上举物体时,设最多可举起质量为m0的物体,则有m0g-F=0所以m0=85.5

kg此人在匀加速上升的升降机中最多能举起m2=40

kg的物体,由于m0=85.5

kg>m2=40

kg,显然此时升降机一定处于超重状态,对物体进行受力分析和运动情况分析,如图乙所示。由牛顿第二定律得F-m2g=m2a2所以a2==11.375

m/s2即升降机加速上升的加速度为11.375

m/s2。答案

85.5kg

11.375m/s2规律方法

在不同环境中这个最大“举力”是恒定不变的,即他在以不同的加速度运动的升降机中最大的“举力”恒定。若以物体为研究对象对其进行受力分析,根据人举起的不同质量的物体,可推知物体所处的运动状态;反过来根据物体的运动状态,在最大“举力”相同时也可以推知举起物体的质量。问题三物理图像在动力学中的应用[情境探究]如图甲所示,光滑水平面上放置一个物体,质量m=1kg,对物体施加如图乙所示的水平外力作用,试说明水平外力的特点以及物体的运动情况。[知识点拨]1.常见的图像有:v-t图像,a-t图像,F-t图像,F-x图像,a-F图像等。2.图像间的联系:加速度是联系v-