【同步】物理人教版必修1：第四章　6　超重和失重学案

6超重和失重[学习目标]1.熟练掌握测量重力的两种方法(重点)。2.掌握什么是超重和失重现象，理解超重和失重现象的本质(重点)。3.会利用牛顿运动定律分析超重和失重的问题(重难点)。一、重力的测量1.方法一：利用牛顿第二定律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m，利用牛顿第二定律可得G＝mg。2.方法二：利用力的平衡条件将待测物体悬挂或放置在测力计上，使它处于静止状态。这时物体受到的重力的大小等于测力计对物体的拉力或支持力的大小。二、超重和失重1.如图，质量为m的人站在电梯内的体重计上，电梯上升过程中经历加速、匀速和减速的过程，在加速和减速上升的过程中，体重计的示数(反映了人对体重计的压力)会发生变化。设加速上升和减速上升时加速度的大小均为a，重力加速度为g，试分析判断：(1)电梯加速上升时，体重计对人的支持力与人的重力的大小关系；(2)电梯减速上升时，体重计对人的支持力与人的重力的大小关系。答案(1)电梯加速上升时，对人受力分析如图甲所示由牛顿第二定律得FN－mg＝ma得FN＝mg＋ma>mg(2)电梯减速上升时，对人受力分析如图乙所示由牛顿第二定律得mg－FN＝ma得FN＝mg－ma<mg2.电梯下降过程中经历加速、匀速、减速的过程，什么过程中支持力大于重力，什么过程中支持力小于重力？答案减速下降过程中支持力大于重力，加速下降过程中支持力小于重力1.失重(1)定义：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。(2)产生条件：物体具有竖直向下(选填“竖直向上”或“竖直向下”)的加速度。2.超重(1)定义：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)产生条件：物体具有竖直向上(选填“竖直向上”或“竖直向下”)的加速度。3.完全失重状态(1)定义：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)等于零的状态。(2)产生条件：a＝g，方向竖直向下。1.有人说：“超重即是物体的重力增加了，失重即是物体的重力减小了”对吗？为什么？答案不对。超重和失重只是物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)增大或减少了，物体本身的重力并没有变化。2.物体的超重或失重与物体的运动方向有关吗？请举例说明。答案物体超重、失重与物体的运动方向无关。举例：电梯向上运动，若为加速运动，电梯内的物体超重，电梯向上运动，若为减速运动，电梯内的物体失重。(1)物体处于完全失重状态时，物体的重力就消失了。(×)(2)物体处于超重状态时，物体一定在上升。(×)(3)物体处于失重状态时，物体可能在上升。(√)(4)举重运动员高举杠铃静止时处于超重状态。(×)(5)跳高运动员上升过程处于超重状态，下落过程处于失重状态。(×)(6)不计空气阻力，抛向空中的矿泉水瓶中的水，对侧壁和底部的压力都为零。(√)例1(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，电梯在做匀速直线运动时，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，处于超重状态答案AD解析电梯在做匀速直线运动时，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，加速度向上，向上加速和向下减速的加速度都是向上的，由牛顿第二定律可得F－mg＝ma，解得a＝2m/s2，故A、D正确。例2某同学站在电梯底板上，如图所示的v－t图像是计算机显示的电梯在某一段时间内速度变化的情况(竖直向上为正方向)。根据图像提供的信息，可以判断下列说法正确的是()A.在0~20s内，电梯向上运动，该同学始终处于超重状态B.在0~5s内，电梯在加速上升，该同学处于失重状态C.在5~10s内，电梯处于静止状态，该同学对电梯底板的压力等于他所受的重力D.在10~20s内，电梯在减速上升，该同学处于失重状态答案D解析在v－t图像中，图像的斜率表示加速度，0~5s内斜率为正，加速度为正，方向竖直向上，速度为正，即电梯向上做加速运动，该同学处于超重状态；在5~10s过程中，电梯匀速运动，该同学加速度为零，该同学对电梯底板的压力等于他所受的重力，处于平衡状态；10~20s过程中，斜率为负，加速度竖直向下，速度为正，即电梯向上做减速运动，该同学处于失重状态，D正确。例3(多选)某举重运动员在力传感器上训练做“下蹲”“站起”动作，某段时间内力传感器的示数随时间变化的图像如图所示。由稳定的站姿到稳定的蹲姿称为“下蹲”过程，由稳定的蹲姿到稳定的站姿称为“站起”过程，重力加速度g取10m/s2，下列说法正确的是()A.“下蹲”过程中，该运动员先处于失重状态后处于超重状态B.“站起”过程中，该运动员先处于失重状态后处于超重状态C.“下蹲”时，该运动员对力传感器的压力小于力传感器对他的支持力D.这段时间内，该运动员加速度的最大值为6m/s2答案AD解析“下蹲”过程中，该运动员先向下加速后向下减速，同时力传感器上的示数先小于重力，后大于重力，则该运动员先处于失重状态后处于超重状态，故A正确；“站起”过程中，该运动员先向上加速后向上减速，同时力传感器上的示数先大于重力，后小于重力，则该运动员先处于超重状态后处于失重状态，故B错误；“下蹲”时，该运动员对力传感器的压力和力传感器对他的支持力是一对相互作用力，大小相等，方向相反，故C错误；根据图像可知举重运动员在稳定的站姿和稳定的蹲姿状态中在竖直方向上受平衡力作用，可知该运动员重力为1000N，则该运动员质量m＝Gg＝100kg，力传感器示数最小时，处于失重状态，此时向下的加速度最大，此加速度大小a1＝mg−Fminm＝6m/s2，力传感器示数最大时，处于超重状态，此时向上的加速度最大，此加速度大小a2＝Fmax−mgm＝6m/s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。例4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物体受到的重力答案A解析A、B整体只受重力作用，做竖直上抛运动，处于完全