《超重和失重》课件

6超重和失重第四章内容索引0102课前篇自主预习课堂篇探究学习学习目标1.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。(物理观念)2.认识完全失重现象。(物理观念)思维导图必备知识•自主学习一、重力的测量方法一：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_____，利用牛顿第二定律可得：G＝____．方法二：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________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_____，测力计的示数反映了物体所受的重力大小．【提升】实重是物体实际所受的重力，物体所受的重力不会因物体运动状态的变化而变化．质量mg测力计相等二、超重和失重1．视重：体重计的_____称为视重，反映了人对体重计的______．2．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，叫作失重现象．(2)产生条件：物体具有________的加速度．示数压力竖直向下3．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，叫作超重现象．(2)产生条件：物体具有________的加速度．4．完全失重(1)定义：物体对支持物(或悬挂物)完全没有作用力，这种现象被叫作完全失重状态．(2)产生条件：加速度a＝___，方向________．竖直向上g竖直向下【情境思考】

如图所示为运动员跳高时的精彩瞬间．

思考：运动员在下降过程中处于超重还是失重？提示：失重课堂篇探究学习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(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-t图像与F-t图像的桥梁。3.图像的应用(1)已知物体在一过程中所受的某个力随时间变化的图像,要求分析物体的运动情况。(2)已知物体在一运动过程中速度、加速度随时间变化的图像,要求分析物体的受力情况。(3)通过图像对物体的受力与运动情况进行分析。4.解题策略(1)弄清图像斜率、截距、交点、拐点、面积的物理意义。(2)应用物理规律列出与图像对应的函数方程式,进而明确“图像与公式”“图像与物体运动”间的关系,以便对有关物理问题作出准确判断。[实例引导]例3一个物块置于粗糙的水平地面上,受到的水平拉力F随时间t变化的关系如图(a)所示,速度v随时间t变化的关系如图(b)所示。g取10m/s2,求:(1)1s末物块所受摩擦力的大小Ff1;(2)物块在前6s内的位移大小x;(3)物块与水平地面间的动摩擦因数μ。答案

(1)4N

(2)12m

(3)0.4规律方法

求解图像问题的思路

变式训练2(多选)如图甲,一物块在t=0时刻滑上一固定斜面,其运动的v-t图像如图乙所示。若重力加速度及图中的v0、v1、t1均为已知量,则可求出(

)A.斜面的倾角B.物块的质量C.物块与斜面间的动摩擦因数D.物块沿斜面向上滑行的最大高度答案

ACD

随堂检测1.近年来国家推行老旧小区安装电梯的惠民政策,此举解决了部分高层住户中老年人上下楼的“大问题”。若取竖直向上方向为正方向,某人某次乘电梯的速度随时间变化的图像如图所示,则以下四个时刻中,人处于超重状态的是(

)A.3s末

B.5s末

C.6s末

D.8s末解析

v-t图像的斜率是加速度,所以从图像可以看出,3

s末电梯向上加速运动,人处于超重状态,A正确;5

s末电梯向上匀速运动,人处于平衡状态,B错误;6

s末电梯向上匀速运动,人处于平衡状态,C错误;8

s末电梯向上减速运动,人处于失重状态,D错误。答案

A2.如图所示,一人站在电梯中的体重计上,随电梯一起运动。下列各种情况中,体重计的示数最大的是(

)A.电梯匀减速上升,加速度的大小为1.0m/s2B.电梯匀加速上升,加速度的大小为1.0m/s2C.电梯匀减速下降,加速度的大小为0.5m/s2D.电梯匀加速下降,加速度的大小为0.5m/s2解析

当电梯匀减速上升或匀加速下降时,电梯处于失重状态,设人受到体重计的支持力为FN,体重计示数大小即为人对体重计的压力FN'。由牛顿运动定律可得mg-FN=ma,FN=FN'=m(g-a);当电梯匀加速上升或匀减速下降时,电梯处于超重状态,设人受到体重计的支持力为FN1,人对体重计的压力FN1'。由牛顿运动定律可得FN1-mg=ma,FN1=FN1'=m(g+a)。代入具体数据可得B正确。答案

B3.质量为2kg的物体在水平推力F的作用下沿水平面做直线运动,一段时间后