4.6超重和失重-高一物理备课必备讲义（人教必修第一册 ）

第四章 运动和力的关系4.6  超重 失重 课标要求素养要求课标解读1.了解测量重力的两种方法，知道什么是视重.2.知道什么是超重和失重现象，会利用牛顿运动定律分析超重和失重的问题．  1．物理观念：通过学习超重、失重，了解运动和力的关系。2．科学思维：建立超重、失重模型，推出弹力和重力之间的关系。3．科学探究：了解重力测量方法，探究超重、失重现象。3．科学态度与责任：通过坐电梯等各种活动，结合生活体验理解超重和失重形成探索自然的驱动力。   教材原句01  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。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。自主思考 引体向上是同学们经常做的一项健身运动。在下放开始的过程中，该同学感到比较轻松，这是为什么？在上拉开始的过程中，该同学感觉到很费劲，这是为什么？教材原句02  物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)等于0的状态。自主思考 两物体叠放在一起做自由落体运动，上方物体对下方物体有压力吗？探究点01  对超重、失重现象的理解情境探究如图所示，某人乘坐电梯正在向上运动。(1)电梯启动瞬间加速度沿什么方向？人受到的支持力比其重力大还是小？电梯匀速向上运动时，人受到的支持力比其重力大还是小？(2)电梯将要到达目的地减速运动时加速度沿什么方向？人受到的支持力比其重力大还是小？　 探究归纳1．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。2．视重：当物体在竖直方向上有加速度时，物体对弹簧测力计的拉力或对台秤的压力将不等于物体的重力，此时弹簧测力计或台秤的示数叫物体的视重。3．判断物体超重与失重的方法(1)从受力的角度判断①超重：物体所受向上的拉力(或支持力)大于重力。②失重：物体所受向上的拉力(或支持力)小于重力。(2)从加速度的角度判断①当物体的加速度方向向上(或加速度有竖直向上的分量)时，处于超重状态。②当物体的加速度方向向下(或加速度有竖直向下的分量)时，处于失重状态。注意：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。【探究应用1】2021年9月17日，搭载着3名英雄航天员的神舟十二号载人飞船返回舱成功着陆于东风着陆场，标志着神舟十二号返回任务取得圆满成功．宇航员在火箭发射与飞船回收的过程中均要经受超重与失重的考验，下列说法正确的是(　　)A．火箭加速上升时，宇航员处于超重状态B．火箭加速上升时，宇航员对座椅的压力小于自身重力C．在飞船绕地球运行时，宇航员处于完全失重状态，则宇航员的重力消失了D．飞船落地前减速下落时，宇航员处于失重状态【迁移应用1】(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像如图乙，根据图像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，最后停在低楼层探究点02  超重和失重的分析计算探究归纳1．超重与失重问题，实质上是牛顿第二定律应用的延续，解题时仍应抓住联系力和运动的桥梁——加速度。2．基本思路(1)确定研究对象；(2)把研究对象从运动体系中隔离出来，进行受力分析并画出受力图；(3)选取正方向，分析物体的运动情况，明确加速度的方向；(4)根据牛顿运动定律和运动学公式列方程；(5)解方程，找出所需的结果。3．注意使用牛顿第三定律，因为压力和支持力并不是一回事，同时注意物体具有向上(或向下)的加速度与物体向上运动还是向下运动无关。【探究应用2】升降机地板上放一个弹簧式台秤，秤盘放一个质量为20 kg的物体(g＝10 m/s2)，则：(1)当升降机匀速上升时，物体对台秤的压力大小是多少？(2)当升降机以1 m/s2的加速度竖直上升时，物体处于超重状态还是失重状态？物体对台秤的压力大小是多少？(3)当升降机以5 m/s2的加速度减速上升时，物体处于超重状态还是失重状态？物体对台秤的压力大小是多少？(4)当升降机自由下落时，物体对台秤的压力为多少？【迁移应用2】在电梯中，把一重物置于台秤上，台秤与力传感器相连，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像如图所示。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？探究点03  超重和失重的综合应用探究归纳沿斜面运动物体的超重失重问题：若系统中某一部分有向上或向下的加速度，则系统整体处于超重或失重状态．【探究应用3】如图所示，质量为M的斜面体始终处于静止状态，当质量为m的物体以加速度a沿斜面加速下滑时有(　　)A．地面对斜面体的支持力大于(M＋m)gB．地面对斜面体的支持力等于(M＋m)gC．地面对斜面体的支持力小于(M＋m)gD．由于不知a的具体数值，无法计算地面对斜面体的支持力的大小【迁移应用3】如图所示，倾斜索道与水平线的夹角θ＝37°，若载人车厢沿索道向上的加速度为5 m/s2，人的质量为50 kg，且人相对车厢静止。g取10 m/s2，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，求：(1)人对车厢的压力大小；(2)人受到的摩擦力的大小。学业合格练1．（2022·全国·高一课时练习）图甲为一弹簧高跷的结构简图。当人抓住扶手用力蹬踏板压缩弹簧后，人就被向上弹起，进而带动高跷跳跃，如图乙所示。则下列说法正确的是（　　）A．人向上弹起的过程中，一直处于超重状态B．人向上弹起的过程中，踏板对人的作用力大于人对踏板的作用力C．弹簧压缩到最短时，高跷对人的作用力大于人受到的重力D．弹簧压缩到最短时，高跷对人的作用力小于人受到的重力2．（2022·全国·高一课时练习）某海洋馆中的“海豚顶球”节目因其互动性强而深受小朋友们的喜爱。如图所示为一海豚把球顶向空中，并等其落下。下列说法正确的是（　　）A．球在最高点时受到重力和海豚对它的顶力作用B．球在最高点时速度和加速度都为零C．球在上升过程中处于超重状态D．球在下落过程中处于失重状态3．（2022·全国·高一课时练习）静止的电梯中有一盛水容器，水中浮着一木块，如图所示。当电梯向上做匀加速运动时，木块浸入水中的深度怎样变化（　　）A．变浅 B．变深C．不变 D．无法判断4．（2022·全国·高一课时练习）某人在地面上用弹簧测力计称得其体重为490 N。他将弹簧测力计移至电梯内称其体重，t0~t3时间段内弹簧测力计的示数如图所示，则电梯运行的v－t图像可能是（取电梯向上运动的方向为正）（　　）A． B．C． D．5．（2022·全国·高三课时练习）如图所示为两种形式的电梯，甲是商场中常用的扶梯，乙是居民楼中常用的直梯。则当它们都加速上升时（加速度方向如图所示）。下列说法正确的是（　　）A．甲电梯上的人受到重力、支持力和摩擦力的作用B．甲电梯上的人处于失重状态C．乙电梯中的人处于失重状态D．乙电梯中的人受到重力、支持力和摩擦力的作用6．（2022·全国·高一课时练习）小明同学用台秤研究人在竖直升降电梯中的超重与失重现象．他在地面上用台秤称得自己的体重为500N，再将台秤移至电梯内称其体重，电梯从时由静止开始运动到时停止，得到台秤的示数F随时间t变化的图像如图所示，g取10m/s2，下列说法正确的是（　　）A．在0～2s内，小明处于超重状态B．在0～2s内，小明加速度大小为1m/s2C．在10～11s内，台秤示数为D．在0～11s内，电梯通过的距离为18m7．（2022·全国·高一课时练习）小明利用台秤测量电梯在加速和减速过程中的加速度。他站在置于电梯地板的台秤上面，当电梯静止时，台秤示数为50kg；电梯加速上升时，台秤示数为60kg；电梯减速上升时，台秤示数为40kg。重力加速度g=10m/s2，则电梯（　　）A．加速过程的加速度大小为2m/s2B．减速过程的加速度大小为0.2m/s2C．上升过程一直处于超重状态D．上升过程一直处于失重状态8．（2022·全国·高一课时练习）小刚同学乘电梯从1楼到20楼，运动的v---t图象如图所示，下列说法正确的是（　　）A．0~t1时间内，小刚处于失重状态B．t1~t2时间内，小刚处于失重状态C．t2~t3时间内，小刚处于失重状态D．0~t3时间内，小刚处于失重状态学业等级练9．（多选）（2022·全国·高三课时练习）某实验小组利用DIS系统观察超重和失重现象。他们在学校电梯房内做实验，如图甲所示，在电梯地板上固定了一个压力传感器，传感器上表面水平，将一个重力G=10N的物体放在压力传感器上，观察在电梯运动过程中压力传感器示数的变化情况，若某段时间内计算机显示屏上出现如图乙所示的图线，则根据图线分析可知（　　）A．在第内，物体处于失重状态，电梯可能向下做匀加速直线运动B．在第内，电梯可能处于匀速运动状态C．在第内，物体处于超重状态，电梯可能向下做匀减速直线运动D．在第内，物体处于超重状态，电梯可能向上做匀加速直线运动10．（多选）（2022·全国·高一课时练习）小胡用手机软件测量了电梯运行过程中的加速度，得到图甲所示图线（规定竖直向上为正方向），为简化问题，将图线简化为图乙。已知t=0时电梯处于静止状态，则下列说法正确的是（　　）A．t=5s时电梯处于超重状态 B．8~9s时间内电梯在做减速运动C．10~15s时间内电梯在上行 D．16~17s时间内电梯在下行11．（多选）（2022·全国·高三课时练习）电梯给人们的生活与工作带来了根多的便利。某单元的电梯轿厢在从顶楼向下运动过程中，速度v随时间t变化的图像如图所示，下列说法中正确的是（　　）A．在0~时间内，钢丝绳对轿厢的拉力做正功B．在0~时间内，轿厢对人的支持力先减小后增大C．在~时间内，轿厢处于失重状态D．在~时间内，钢丝绳对轿厢的拉力先增大后减小12．（多选）（2021·全国·高一课时练习）某商场安装了智能化电动扶梯，无人站在扶梯上时扶梯运转得很慢。现有顾客乘扶梯下楼，扶梯自动先加速、再匀速运转。下列说法正确的是（　　）A．扶梯匀速运转过程中，顾客受到的支持力大小等于扶梯受到的压力大小B．扶梯加速运转过程中，顾客受到的支持力大小等于扶梯受到的压力大小C．扶梯加速过程中，顾客处于失重状态D．扶梯加速过程中，顾客共受到两个力作用13．（多选）（2021·全国·高一课时练习）高层建筑电梯的地板上装有压力传感器，传感器能显示放置在地板上的物体对地板的压力。如图为电梯在从静止开始到匀速运动直到再次静止的过程中，压力随时间的变化关系图像。在电梯运动的这一段时间内，以下说法正确的是（g取）（　　）A．电梯向上运动B．电梯向下运动C．电梯在开始运动的一小段时间内的加速度为D．电梯在开始运动的一小段时间内的加速度为冲刺“双一流”14．（2021·全国·高一课时练习）如图所示，有一个同学在竖直升降的电梯内，探究超重失重现象。该同学站在磅秤上的总质量为50千克。电梯由静止开始向下做匀加速运动，这时开始计时。该同学在磅秤上的示数随时间变化情况图线如图，最后电梯恰好停在地面上，重力加速度取g=10m/s2，求：(1)电梯作匀速运动时的速度大小；(2)电梯降落的总位移的大小。15．（2022·全国·高一课时练习）质量为60 kg的人站在升降机中的体重计上，当升降机做下列各种运动时，体重计的读数是多少？处于什么状态？（g取10 m/s2）（1）升降机匀速上升；（2）升降机以3 m/s2的加速度加速上升；（3）升降机以4 m/s2的加速度加速下降。16．（2021·全国·高一课时练习）如图甲所示为潍坊市政府广场两座百米多高的观光塔。游客乘坐观光电梯就可以从1层到达观光平台。若质量的人站在电梯平台上在时由静止开始上升，运动的图像如图乙所示，。求该过程中：(1)电梯运行的最大速度；(2)人对电梯的最小压力。17．（2020·全国·高一课时练习）“蹦极”是一种能获得强烈失重、超重感觉的非常“刺激”的惊险娱乐项目。人处在离沟底水面上方二十多层楼的高处（或悬崖上），用橡皮弹性绳拴住身体，让人头下脚上自由下落，落到一定位置时弹性绳拉紧。设人体立即做匀减速运动，到接近水面时刚好减速为零，然后再反弹。已知某“勇敢者”头戴重为45N的安全帽，开始下落时的高度为75m，设计的系统使人落到离水面30m时，弹性绳才绷紧。不计空气阻力，则：（取g=10m/s2）(1)当他落到离水面50m位置时戴着的安全帽对人的头顶的弹力为多少？(2)当他落到离水面20m的位置时，则其颈部要用多大的力才能拉住安全帽？