第4章 6超重和失重课件PPT

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第四章　运动和力的关系6　超重和失重预习导学 | 新知领悟 重力的测量1．一种方法是，先测量物体做自由落体运动的加速度g，再用________测量物体的质量，利用牛顿第二定律可得G＝________．2．另一种方法是，利用力的____________对重力进行测量．天平　mg 　平衡条件 　 超重和失重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．大于　竖直向上 　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：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)__________的状态．②产生条件：a＝g，方向____________．小于　竖直向下　等于零　竖直向下　 关于超重和失重的下列说法中，正确的是(　　)A．物体向上运动时处于超重状态，物体向下运动时处于失重状态B．处于完全失重状态的物体一定是向下运动C．超重就是物体所受的重力增大了，失重就是物体所受的重力减小了D．物体做自由落体运动时处于完全失重状态【答案】D【解析】根据牛顿第二定律，物体具有向上的加速度时，物体处于超重状态；物体具有向下的加速度时，物体处于失重状态．物体向上运动或向下运动，加速度可能向上也可能向下，不能够判断它是处于超重还是失重状态，故A、B错误；超重并非物体所受的重力增大了，而是弹力(视重)比重力大；失重也并非物体所受的重力减小了，而是弹力(视重)比重力小，故C错误；物体做自由落体运动时，加速度等于重力加速度，方向向下，物体处于完全失重状态，故D正确．多维课堂 | 素养初培文博同学每天放学都要乘垂直电梯上、下楼，在电梯下楼时，开始他觉得背的书包变轻了，快到楼底时他觉得书包又似乎变重了．这是为什么？超重和失重问题【答案】开始时电梯从静止做加速运动，使文博同学和电梯一起处于失重状态；快到楼底时，电梯一定有一个减速过程，则该过程中使电梯处于超重状态，就会出现上述现象．1．实重与视重实重：物体实际所受的重力．物体所受重力不会因物体运动状态的改变而变化．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．超重与失重不是重力本身变了，而是物体对悬挂物的拉力或对水平支持物的压力发生了变化，即“视重”变化了．若弹力大于重力是超重，反之则是失重．2．超重、失重的比较3．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，解题时仍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)利用牛顿第二定律分析和求解．4．对超重、失重的理解(1)物体处于超重还是失重状态，只取决于加速度的方向，与物体的运动方向无关．(2)发生超重和失重时，物体所受的重力并没有变化．(3)发生完全失重现象时，与重力有关的一切现象都将消失．比如物体对支持物无压力、摆钟将停止摆动……靠重力使用的仪器也不能再使用(如天平)．只受重力作用的一切抛体运动，都处于完全失重状态．素养点评：本探究通过超重、失重的理解与应用，培养物理观念、科学思维素养． 对超、失重状态的判断精例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，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【答案】D【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．变式1　超重与失重是宇航员生活和工作中的两大难题．实际上，在我们的生活中也充满了超重和失重．假如某同学家住10楼，那么，他从一楼开始坐电梯回家的过程中，体验到的将是(　　)A．先超重，后等重，再失重 B．先失重，后等重，再超重C．一直超重 D．一直失重【答案】A【解析】上楼时，先向上加速，加速度方向向上，处于超重状态，再匀速，最后向上减速，加速度方向向下，处于失重状态，故A正确，B、C、D错误． 超、失重现象中的计算精例2　(多选)小明站在电梯内的体重计上，电梯静止时体重计示数为50 kg，若电梯在竖直方向运动过程中，他看到体重计的示数为45 kg时，取重力加速度g＝10 m/s2.下面说法中正确的是(　　)A．电梯可能在加速上升，加速度大小为9 m/s2B．电梯可能在加速下降，加速度大小为1 m/s2C．电梯可能在减速上升，加速度大小为1 m/s2D．电梯可能在减速下降，加速度大小为9 m/s2【答案】BC变式2　(2021届浙江名校期中)2020年11月10日由我国自主研发的载人潜水器“奋斗号”在马里亚纳海沟成功探底，探底深度为10 909 m．下列说法正确的是(　　)A．测量深度10 909 m时，潜水器不能看作质点B．10 909 m是指潜水器的路程C．下潜过程潜水器始终处于失重状态D．潜水器加速上升时处于超重状态【答案】D【解析】测量深度10 909 m时，潜水器大小可以忽略，能看作质点，故A错误；10 909 m是指潜水器下潜的深度，是位移大小，故B错误；加速下潜时，加速度向下，处于失重状态，减速下潜时，加速度向上，处于超重状态，故C错误；潜水器加速上升时，加速度向上，处于超重状态，故D正确． 超、失重现象中的图像分析精例3　(2021届佛山石门中学月考)如图甲所示，老师用力传感器提着重物在竖直方向上做了一个超、失重实验，并截取了电脑显示器上所显示F－t图像的其中一段，如图乙所示，则(　　)A．t0阶段重物一定处于静止状态B．t1到t2阶段重物先向上加速后向下减速C．t2阶段重物处于超重状态D．t3阶段重物处于静止状态或匀速直线运动状态【答案】D【解析】t0阶段和t3阶段，拉力等于重力，重物可能处于静止状态，也可能处于匀速直线运动状态，A错误，D正确；t1阶段拉力大于重力，重物处于超重状态，加速度一定向上，重物向上做加速运动或向下做减速运动，t2阶段拉力小于重力，加速度向下，向下加速或向上减速，B错误；t2阶段拉力小于重力，重物处于失重状态，C错误．变式3　质量为60 kg的人在电梯里站在体重计上与电梯一起匀加速上升，电梯的加速度为5 m/s2，则体重计的读数应为(g＝10 m/s2)(　　)A．60 kg B．90 kgC．65 kg D．30 kg【答案】B 完全失重现象的判断精例4　某同学找了一个用过的“易拉罐”在靠近底部的侧面打了一个洞，用手指按住洞，向罐中装满水，然后将易拉罐竖直向上抛出，空气阻力不计，则下列说法正确的是(　　)A．易拉罐上升的过程中，洞中射出的水的速度越来越快B．易拉罐下降的过程中，洞中射出的水的速度越来越快C．易拉罐上升、下降的过程中，洞中射出的水的速度都不变D．易拉罐上升、下降的过程中，水不会从洞中射出【答案】D【解析】将易拉罐竖直向上抛出后，由于空气阻力不计，易拉罐及水的加速度等于重力加速度，处于完全失重状态，易拉罐中各层水之间没有压力，在整体过程中，水都不会从洞中射出．变式4　一质量为m＝40 kg的学生站在电梯内的体重计上．电梯从t＝0时刻由静止开始上升，在0～6 s内体重示数F的变化如图所示．取重力加速度g＝10 m/s2，求在这段时间内电梯上升的高度．【答案】49 m 判断超重、失重状态的方法 1．水平传送带(匀速运动)传送带模型（拓展）2．倾斜传送带(1)一个关键点：对于倾斜传送带，分析物体受到的最大静摩擦力和重力沿斜面方向的分力的关系是关键．(2)两种情况①如果最大静摩擦力小于重力沿斜面的分力，传送带只能下传物体，两者共速前的加速度大于共速后的加速度，方向沿传送带向下．②如果最大静摩擦力大于重力沿斜面的分力，不论上传还是下传物体，物体都是先做匀加速直线运动，共速后做匀速直线运动． 水平传送带问题精例5　如图所示，传送带保持以1 m/s的速度顺时针转动．现将一质量m＝0.5 kg 的物体从离传送带很近的a点轻轻地放上去，设物体与传送带间动摩擦因数μ＝0.1，a、b间的距离L＝2.5 m，则物体从a点运动到b点所经历的时间为多少？(g取10 m/s2)【答案】3 s变式5　如图所示，长为L＝4 m的水平传送带以v0＝2 m/s的速度逆时针转动，一个质量为m＝1 kg的小木块以一定的初速度从传送带左侧水平向右滑上传送带．已知小木块与传送带之间的动摩擦因数μ＝0.2，重力加速度g取10 m/s2，不计传送带转动轮大小．(1)若小木块初速度v1＝5 m/s，求小木块经多长时间离开传送带；(2)若小木块初速度v2＝3 m/s，求小木块离开传送带时的速度．【答案】(1)1 s　(2)2 m/s 倾斜传送带问题【答案】3 s变式6　某企业的生产车间在楼上，为了将工件方便快捷地运送到地面，专门安装了传送带设备，如图所示．已知传送带与水平面的夹角θ＝37°，正常运行的速度是v＝10 m/s.现在传送带的A端轻轻放上一个小物体(可视为质点)，已知小物体与传送带之间的动摩擦因数为μ＝0.5，A、B间距离s＝16 m．试分析计算：(已知sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，取g＝10 m/s2)(1)如果传送带停止运行，小物体从A端运动到B端的时间；(2)如果传送带沿顺时针方向正常转动，小物体从A端运动到B端的时间；(3)如果传送带沿逆时针方向正常转动，小物体从A端运动到B端的时间．【答案】(1)4 s　(2)4 s　(3)2 s 　在解决传送带问题中的注意点在确定研究对象并进行受力分析之后，首先判定摩擦力突变(含大小和方向)点，给运动分段．传送带传送的物体所受摩擦力，不论是其大小的突变，还是其方向的突变，都发生在物体的速度与传送带速度相等的时刻．物体在传送带上运动时的极值问题，不论是极大值，还是极小值，也都发生在物体速度与传送带速度相等的时刻．v物与v传相同的时刻是运动分段的关键点，也是解题的突破口．核心素养微专题宇航员在太空中如何进食吃饭、喝水对于生活在地球上的人来说是一件再平常不过的事了，但在失重环境下的太空生活，宇航员的饮食就变得十分复杂而且特别奇妙．航天食品从本质上讲与地面普通食品是一样的，但为了节省空间和发射时的有效载荷，航天食品尽可能选择重量轻、体积小的．宇航员进食时，将复合塑料膜袋剪开一个小口，把叉子或筷子伸进袋里叉着往嘴里送．为了防止食品碎屑到处飘飞，影响宇航员和设备的正常工作，往往把食品做成小包装，制成与口大小相近的方块或小球状的“一口吃”食品．如果宇航员要喝水、喝汤或吃果酱等，直接从塑料口袋或牙膏状的软铝管里一点点地往嘴里挤．【考题延伸】(多选)在太空空间站中，一切物体均处于完全失重状态，下列测量中，仪器能正常使用的是(　　)A．用弹簧测力计测物体的重力B．用弹簧测力计测拉力C．用天平测物体的质量D．用温度计测物体的温度【答案】B【解析】在太空空间站中 ，一切物体均处于完全失重状态，所以地球上一切由于重力产生的现象都会消失．当物体挂在弹簧测力计下端时，物体对弹簧测力计的拉力为零，所以不能用它来测物体的重力．将物体和砝码分别放在天平左右两盘时，对盘的压力均为零，所以不能用它来测量物体的质量．所以A、C错误；弹簧测力计的工作原理是弹簧的拉力与弹簧伸长的长度成正比，温度计是根据物体热胀冷缩的原理工作的，这些与物体的重力都无关，所以B、D正确．素养点评：培养学生超重与失重的物理观念素养．课堂小练 | 素养达成1．下列说法正确的是(　　)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【答案】B【解析】从受力上看，失重物体所受合外力向下，超重物体所受合外力向上；从加速度上看，失重物体的加速度向下，而超重物体的加速度向上．A、C、D中的各运动员所受合外力为零，加速度为零，只有B中的运动员处于失重状态．2．下列关于超重和失重的说法中，正确的是(　　)A．物体处于超重状态时，其重力增加了B．物体处于完全失重状态时，其重力为零C．物体处于超重或失重状态时，其惯性比处于静止时增加或减小了D．物体处于超重或失重状态时，其重力都没有变化【答案】D【解析】超重是物体对水平接触面的压力大于物体的真实重力，物体的重力并没有增加，故A错误；物体处于完全失重时，重力全部用来提供加速度，对支持它的支持面压力为零，重力并没有消失，故B错误；惯性的大小与物体的运动状态无关，物体处于超重或失重状态时，其惯性与处于静止时相等，故C错误；物体处于超重或失重状态时，其重力都没有变化，故D正确．3．中国在西昌卫星发射中心用“长征三号乙”运载火箭成功发射“嫦娥四号”探测器，开启了月球探测的新旅程．若运载火箭在发射升空过程中，探测器先做加速运动，后做减速运动．下列说法正确的是(　　)A．探测器在加速过程中惯性变大B．探测器先处于超重状态，后处于失重状态C．探测器先处于失重状态，后处于超重状态D．在加速过程，火箭对探测器作用力大于探测器对火箭的作用力【答案】B【解析】惯性的大小只与质量有关，与运动状态无关，所以不论加速还是减速惯性大小一样，故A错误；发射升空过程中，先做加速运动后做减速运动：向上加速过程加速度向上，则为超重，向上减速加速度向下，为失重，故B正确，C错误；根据牛顿第三定律，火箭对探测器作用力等于探测器对火箭的作用力，故D错误．4．(多选)在升降机中，一个人站在磅秤上，发现自己的体重减轻了20%，于是他作出下列判断，其中正确的是(　　)A．升降机以0.8g的加速度加速上升B．升降机以0.2g的加速度加速下降C．升降机以0.2g的加速度减速上升D．升降机以0.8g的加速度减速下降【答案】BC【解析】由题意可知mg－N＝mg×20%＝ma，a＝0.2 g，方向向下．所以升降机的加速度为0.2 g，方向向下，故B、C正确，A、D错误．课后 | 提升训练