超重和失重学案

6.超重和失重010203高端教学引领课前自主学习课堂合作探究课程标准素养目标1.能用牛顿运动定律解释生产生活中的有关现象、解决有关问题。2.通过实验,认识超重和失重现象。3.通过各种活动,例如乘坐电梯、到游乐场参与有关游乐活动等,体验失重与超重。1.理解超重和失重现象。(物理观念)2.运用牛顿运动定律分析竖直方向的动力学问题。(科学思维)3.结合牛顿运动定律分析生活中的现象,体验失重和超重。(科学态度与责任)01高端教学引领【教学建议】1.超重和失重的性质:任务建议超重和失重的性质(1)课前让学生体验电梯内的超重、失重现象,课堂上让学生交流观察到的现象。(2)课上可让学生观察并分析人在体重计上下蹲过程中的现象,体会物理学的研究方法,理解超重、失重的本质。(3)通过搜集航天器中的超、失重现象的实例,了解我国航天科技的成就,培养学生的自豪感和提高对科学知识的兴趣。2.超重和失重的应用:任务建议超重和失重的应用(1)通过实例让学生辨析质量、重力和视重的概念。(2)通过分析生产、生活中的超重和失重现象,掌握应用牛顿运动定律分析超重、失重的基本步骤。(3)掌握超重、失重的本质。【情境导引】我国自行研制的“神舟五号”载人飞船在中国酒泉卫星发射中心发射升空。这是中国首次进行载人航天飞行。乘坐“神舟五号”载人飞船执行任务的航天员是杨利伟。“神舟十三号”航天员王亚平在中国空间站开展基础物理实验,为全国青少年进行太空授课。问题导引:(1)航天员在起飞阶段要几乎平躺在座椅上,这是为什么?(2)航天器发射成功后,航天器中的所有物体好像都“飞”了起来,这是为什么?02课前自主学习一、超重和失重的性质1.超重:(1)定义:物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)_____物体所受重力的现象。(2)产生条件:物体具有_____的加速度。2.失重:(1)定义:物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)_____物体所受重力的现象。(2)产生条件:物体具有_____的加速度。3.完全失重:(1)定义:物体对支持物(或对悬挂物)_______________的现象。(2)产生条件:物体竖直_____的加速度等于__。大于向上小于向下完全没有作用力向下g二、超重和失重的应用设物体质量为m,在向上的拉力F作用下在竖直方向上运动,竖直方向加速度为a,重力加速度为g。1.超重:由______=ma可得F=_______,即拉力_____重力。超重“ma”,加速度a越大,超重越多。2.失重:由______=ma可得F=_______,即拉力_____重力。失重“ma”,加速度a越大,失重越多。3.完全失重:由mg-F=ma和a=__联立解得F=__,即拉力为__,失重“mg”。F-mgmg+ma大于mg-Fmg-ma小于g00【易错辨析】(1)用弹簧测力计测量重力时,弹簧测力计的示数一定等于物体的重力大小。(

)(2)人站在电梯中的体重计上,当电梯匀速上升时,其视重等于重力。(

)(3)人站在体重计上静止不动时视重等于重力。(

)(4)物体处于超重状态时重力增大了。(

)(5)做自由落体运动的物体处于完全失重状态。(

)提示:(1)×。失重或超重时弹簧测力计的示数不等于物体的重力大小。(2)√(3)√(4)×。物体处于超重状态时重力大小没有改变。(5)√03课堂合作探究主题一

超重和失重的性质【生活情境】在乘竖直升降电梯上下楼时,你是否有这样的感觉:在电梯里上楼时,开始时觉得自己有“向下坠”的感觉,好像自己变重了,快到楼顶时又觉得自己有“向上飘”的感觉,好像自己变轻了。在电梯里,下楼时,开始觉得有种“向上飘”的感觉,背的书包也感觉变“轻”了,快到楼底时,觉得自己有种“向下坠”的感觉,背的书包也似乎变“重”了。【问题探究】(1)电梯向上启动瞬间加速度方向如何?人处于超重状态还是失重状态?提示:竖直向上,人处于超重状态。(2)电梯向上将要到达目的地减速运动时加速度方向如何?人处于超重状态还是失重状态?提示:竖直向下,人处于失重状态。(3)电梯下降启动的瞬间或下降到达目的地前减速运动时,人处于超重状态还是失重状态?提示:向下启动瞬间,加速度向下,人处于失重状态;向下减速运动时加速度向上,人处于超重状态。【结论生成】超重、失重和完全失重的比较项目超重现象失重现象完全失重概念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物体对支持物(或对悬挂物)完全没有作用力的现象产生条件物体的加速度方向竖直向上物体的加速度方向竖直向下物体的加速度方向竖直向下,大小a=g【典例示范】(2025·日照高一检测)蹦极是一项极限体育项目,运动员身拴弹性绳从高处跳下,在弹性绳被拉直前做自由落体运动。当弹性绳被拉直后,运动员继续下降,到达最低点后再向上运动。不计空气阻力,下列说法正确的是(

)A.运动员下降过程中,在弹性绳被拉直后,一直处于失重状态B.运动员下降过程中,在弹性绳被拉直后,先处于超重状态后处于失重状态C.运动员上升过程中,在弹性绳恢复原长前,一直处于超重状态D.运动员上升过程中,在弹性绳恢复原长前,先处于超重状态后处于失重状态√【解析】选D。运动员下降过程中,在弹性绳被拉直后,一开始弹力小于重力,运动员继续向下加速运动,加速度方向向下,运动员处于失重状态,当弹力大于重力时,运动员向下减速运动,加速度方向向上,运动员处于超重状态,A、B错误;运动员上升过程中,在弹性绳恢复原长前,一开始弹力大于重力,运动员向上加速运动,加速度方向向上,运动员处于超重状态,当弹力小于重力时,运动员向上减速运动,加速度方向向下,运动员处于失重状态,故C错误,D正确。【易错警示】

超、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。(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)。【探究训练】1.“天问一号”的着陆器搭载“祝融号”火星车着陆火星,它们着陆前的最后一段运动可视为竖直方向的减速运动。在该过程中(

)A.“祝融号”与着陆器都处于超重状态B.“祝融号”与着陆器都处于失重状态C.“祝融号”对着陆器的作用力大于着陆器对“祝融号”的作用力D.“祝融号”对着陆器的作用力小于着陆器对“祝融号”的作用力【解析】选A。着陆前的最后一段运动可视为竖直方向的减速运动,故加速度方向竖直向上,“祝融号”与着陆器都处于超重状态,故A正确,B错误;“祝融号”对着陆器的作用力与着陆器对“祝融号”的作用力大小相等,为相互作用力,故C、D错误。√

√√主题二

超重和失重的应用【生活情境】大型游乐设备探空梭可以让乘客体会失重、超重。【问题探究】乘客乘上设备后,座舱以压缩空气为动力气压,沿着垂直的轨道,以每秒20余米的速度弹射到四十余米的高空,随即又以自由落体向下跌落,然后再次向上弹射,如此循环两次后,靠压缩空气的有序释放,座舱缓缓下降,直至站台。这是一种极为刺激,而又非常安全的游乐设备。试从受力的角度、加速度的角度、运动的角度分析乘客何时超重、何时失重?提示:超重时:支持力大于重力,加速度向上,向上加速或向下减速;失重时:支持力小于重力,加速度向下,向上减速或向下加速。【结论生成】1.超重、失重的比较及有关计算:状态加速度F与重力关系运动情况受力示意图平衡a=0由F-mg=0得F=mg静止或匀速直线运动超重向上由F-mg=ma得F=m(g+a)>mg向上加速或向下减速状态加速度F与重力关系运动情况受力示意图失重向下由mg-F=ma得F=m(g-a)<mg向下加速或向上减速完全失重a=g由mg-F=ma得F=0自由落体运动,抛体运动2.判断物体超重与失重的方法:(1)从受力的角度判断:超重:物体所受向上的拉力(或支持力)大于重力。失重:物体所受向上的拉力(或支持力)小于重力。完全失重:物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)为零。(2)从加速度的角度判断:①当物体的加速度方向向上(或竖直分量向上)时,处于超重状态。根据牛顿第二定律:N-mg=ma,此时N>mg,即处于超重状态。②当物体的加速度方向向下(或竖直分量向下)时,处于失重状态。根据牛顿第二定律:mg-N=ma,此时N<mg,即处于失重状态。③当物体的加速度为g时,处于完全失重状态,根据牛顿第二定律:mg-N=ma,此时a=g,即N=0。【特别提醒】(1)对于有关超重、失重的计算问题,首先应根据加速度方向判断物体处于超重状态还是失重状态。(2)求解此类问题的关键是确定物体加速度的大小和方向。【典例示范】上海中心大厦是中国的最高楼,为方便B2层的游客到达118层的观光厅或从118层返回,楼中配置了超高速电梯。质量为66kg的小明通过视频记录电梯上行数据(如图为视频截图)。由视频可知,电梯上行经历了从静止开始加速、匀速、减速到停下的过程,且加速过程和减速过程的时间相等。电梯起始位置为-13m,终止位置为545m,上行速度最大达18m/s,上行时间为53s。若将加速过程与减速过程视为匀变速直线运动,g取10m/s2。求:

【探究训练】1.(2025·青岛高一检测)某质量为60kg的人站在随电梯运动的台秤上观看自身体重随电梯运动的变化情况,若电梯运动的v-t图像如图所示(取电梯向上运动的方向为正,g取10m/s2)。下列表述正确的是(

)A.0~2s内,台秤示数为660N,电梯加速上升,人处于失重状态B.0~2s内,台秤示数为540N,电梯加速上升,人处于超重状态C.5~6s内,台秤示数为720N,电梯减速上升,人处于超重状态D.5~6s内,台秤示数为480N,电梯减速上升,人处于失重状态√【解析】选D。0~2s内,加速度大小是1m/s2,根据牛顿第二定律和牛顿第三定律得台秤示数为660N,电梯加速上升,加速度方向向上,所以人处于超重状态,A、B错误;5~6s内,加速度大