高中物理人教版 (新课标)必修16 用牛顿定律解决问题（一）导学案

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1.知道超重、失重和完全失重现象.
2.会根据条件判断超重、失重现象.
【教学内容】
一、超重和失重
1.超重：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
（1）超重现象产生条件：具有向上的加速度。（本质是牛顿第二定律的应用）
（2）当系统有向上的加速度a时，有 视重大于失重（）
（3）超重现象的通常两种情况向上加速或向下减速。
2.失重：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
（1）超重现象产生条件：具有向的下加速度。（本质是牛顿第二定律的应用）
（2）当系统有向下的加速度a时，有 视重小于失重（）
（3）超重现象的通常两种情况向下加速或向上减速。
3.完全失重：物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）为0
（1）产生条件：加速度为重力加速度（只受重力或重力之外其他力矢量和为0）
（2）有关重力产生的想象会消失。（气压计、天平不能使用）
4．对超重、失重的说明
(1)视重：当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)发生超重和失重时，物体所受的重力并没有变化．
【例1】（单选）关于超重和失重，下列说法正确的是( )
A．物体处于超重状态时，物体一定在上升
B．物体处于失重状态时，物体可能在上升
C．物体处于完全失重状态时，地球对它的引力就消失了
D．物体处于完全失重状态时，它所受到的合外力为零
【例2】 (多选)在升降电梯内的地面上放一体重计，电梯静止时，晓敏同学站在体重计上，体重计示数为50 kg，电梯运动过程中，某一段时间内晓敏同学发现体重计示数如图所示，在这段时间内下列说法正确的是( )
A．晓敏同学所受的重力变小了
B．晓敏对体重计的压力小于晓敏的重力
C．电梯一定在竖直向下运动
D．电梯的加速度大小为eq \f(g,5)，方向一定竖直向下
【例3】（单选）如图所示，A、B两人用安全带连接在一起，从飞机上跳下进行双人跳伞运动，降落伞未打开时不计空气阻力．下列说法正确的是( )
A．在降落伞未打开的下降过程中，安全带的作用力一定为零
B．在降落伞未打开的下降过程中，安全带的作用力大于B的重力
C．在降落伞未打开的下降过程中，安全带的作用力等于B的重力
D．在降落伞打开后减速下降过程中，安全带的作用力小于B的重力
【例4】（单选）放在电梯地板上的一个木箱，被一根处于伸长状态的弹簧拉着而处于静止状态，如图所示，后发现木箱突然被弹簧拉动，据此可判断出电梯的运动情况是( )
A．匀速上升
B．加速上升
C．减速上升
D．减速下降
【例5】（单选）如下图所示，浸在水中的木球密度小于水的密度，且固定在轻弹簧的一端，弹簧的另一端固定在容器底部，当整个系统自由下落时，弹簧将( )
A．变长
B．不变
C．恢复原长
D．条件不足，无法判断
【例6】（单选）一人在地面上最多能提起50kg的重物，此人在g/4的加速度匀加速上升的升降机中，他最多能提起的重物的质量（ ）
A．40kg B．37.5kg C．62.5kg D．50kg
例7 在电梯中，把一重物置于台秤上，台秤与力的传感器相连，当电梯从静止起加速上升，然后又匀速运动一段时间，最后停止运动时，传感器的荧屏上显示出其受的压力与时间的关系图象如图所示．试由此图回答问题：(g取10 m/s2)
(1)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？
(2)算出电梯在超重和失重时的最大加速度分别是多大？
【当堂反馈 效果评价】
1． (多选)在沈阳奥体中心进行的第十二届全运会女子跳高决赛中，福建名将郑幸娟以1米92的成绩成功卫冕．图为郑幸娟在本届全运会上以背越式成功地跳过了1.92米的高度．若忽略空气阻力，g取10 m/s2.则下列说法正确的是( )
A．郑幸娟下降过程处于失重状态
B．郑幸娟下降过程处于超重状态
C．郑幸娟起跳以后在上升过程中处于超重状态
D．郑幸娟起跳时地面对她的支持力大于她的重力
2．（单选）如图所示为一物体随升降机由一楼运动到某高层的过程中的v－t图象，则( )
A．物体在0～2 s处于失重状态
B．物体在2～8 s处于超重状态
C．物体在8～10 s处于失重状态
D．由于物体的质量未知，所以无法判断超重、失重状态
3．（多选）如图所示，小球B放在真空正方体容器A内，球B的直径恰好等于A的内边长，现将它们以初速度v0竖直向上抛出，下列说法正确的是( )
A.若不计空气阻力，下落过程中，B对A没有弹力
B.若考虑空气阻力，上升过程中，A对B的弹力向下
C.若考虑空气阻力，下落过程中，B对A的弹力向上
D.若不计空气阻力，上升过程中，A对B有向上的弹力
4．（多选）如图所示，运动员“3 m跳板跳水”运动的过程可简化为：运动员走上跳板，将跳板从水平位置B压到最低点C，跳板又将运动员竖直向上弹到最高点A，然后运动员做自由落体运动，竖直落入水中．跳板自身重力可忽略不计，则下列说法正确的是
A．运动员向下运动（B→C）的过程中，先超重后失重，对板的压力先减小后增大
B．运动员向下运动（B→C）的过程中，先失重后超重，对板的压力一直增大
C．运动员向上运动（C→B）的过程中，先失重后超重，对板的压力先增大后减小
D．运动员向上运动（B→A）的过程中，一直处于失重状态
5．（多选）广州塔，昵称小蛮腰，总高度达600米，游客乘坐观光电梯大约一分钟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图象如图所示．则下列相关说法正确的是( )
A．t＝4.5 s时，电梯处于失重状态
B．5～55 s时间内，绳索拉力最小
C．t＝59.5 s时，电梯处于超重状态
D．t＝60 s时，电梯速度恰好为零
【课时作业】
1．（单选）下列关于超重和失重的说法正确的是( )
A．体操运动员双手握住单杠吊在空中不动时处于失重状态
B．蹦床运动员在空中上升和下落过程中都处于失重状态
C．举重运动员在举起杠铃后不动的那段时间内处于超重状态
D．游泳运动员仰卧在水面静止不动时处于失重状态
2．（单选）一质量为m的人站在电梯中，电梯减速上升，加速度大小为eq \f(1,3)g，g为重力加速度．人对电梯底部的压力为( )
A.eq \f(2,3)mg B．2mg C．mg D.eq \f(4,3)mg
3．（多选）在一电梯的地板上有一压力传感器，其上放一物块，如图甲所示，当电梯运行时，传感器示数大小随时间变化的关系图象如图乙所示，根据图象分析得出的结论中正确的是( )
A．从时刻t1到t2，物块处于失重状态
B．从时刻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
4. （多选）美国宇航局计划2025年前载人登陆小行星，图5为畅想登陆小行星的宇航员．为训练宇航员能在失重状态下工作和生活，需要创造一种失重的环境．在地球表面附近，当飞机模拟只在重力作用下运动时，就可以在飞机座舱内实现短时间的完全失重状态．现要求一架飞机在速度大小为v1＝500 m/s时进入失重状态试验，在速度大小为v2＝1 000 m/s时退出失重状态试验．重力加速度为g＝10 m/s2，下列说法正确的是( )
A．飞机可以模拟向上的加速运动
B．飞机可以模拟向下的减速运动
C．如果是竖直上抛运动，可计算失重时间是150 s
D．如果是竖直下抛运动，可计算失重时间是50 s
5. （多选）如图所示，升降机的水平底面上静置一重为G的物体，升降机底面对物体的支持力大小为N，物体对升降机底面的压力大小为F，下列说法正确的是
A．不管升降机怎样运动，总有F>N
B．当升降机自由下落时，N=0，F=0
C．当N>G时，物体超重，升降机的速度一定向上
D．当N>G时，物体超重，升降机的加速度一定向上
6.（单选）如图所示是某同学站在压力传感器上，连续做下蹲、起立的动作时记录的压力随时间变化的部分图线．由图线可知，该同学的体重约为650 N，则在2s~8s时间内，该同学（ ）
A．做了两次下蹲和两次起立的动作
B．做了一次下蹲和一次起立的动作，且下蹲后约2s起立
C．下蹲过程中人处于失重状态
D．下蹲过程中先处于超重状态后处于失重状态
7.（多选）如左图所示，在升降机的顶部安装了一个能够显示拉力大小的传感器，传感器下方挂上一轻质弹簧，弹簧下端挂一质量为m的小球．若升降机在匀速运行过程中突然停止，并以此时为零时刻，在后面一段时间内传感器显示弹簧弹力F随时间t变化的图象如右图所示，g为重力加速度，则( )
A. 升降机停止前在向上运动
B. 0～t1时间内小球处于失重状态，t1～t2时间内小球处
于超重状态
C. t1～t3时间内小球向下运动，速度先增大后减小
D. t3～t4时间内小球向下运动，速度一直增大
8．小明用台秤研究人在升降电梯中的超重与失重现象．他在地面上用台秤称得其体重为500 N，再将台秤移至电梯内称其体重，电梯从t＝0时由静止开始运动到t＝11 s时停止，得到台秤的示数F随时间t变化的图象如图所示，g到10 m/s2.求：
(1)小明在0～2 s内加速度a1的大小，并判断在这段时间内他处于超重还是失重状态；
(2)在10～11 s内，台秤的示数F3；
(3)小明运动的总位移x.
9．一种巨型娱乐器械由升降机送到离地面75 m的高处，然后让座舱自由落下．落到离地面30 m高时，制动系统开始启动，座舱均匀减速，到地面时刚好停下．若座舱中某人用手托着m＝5 kg的铅球，g取10 m/s2，试求：
(1)从开始下落到最后着地经历的总时间．
(2)当座舱落到离地面35 m的位置时，手对球的支持力是多大？
(3)当座舱落到离地面15 m的位置时，球对手的压力是多大？