2023年新教材高中物理第4章运动和力的关系6超重和失重课件新人教版必修第一册

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第四章　运动和力的关系6　超重和失重课前 | 自主预习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．重力的测量天平　mg　平衡条件　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　超重和失重竖直向上　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．课堂 | 重难探究1．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．超重和失重问题2．超重、失重的比较.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　超重与失重是航天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．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　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．例3　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取10 m/s2) (　　)A．60 kg B．90 kg C．65 kg D．30 kg【答案】B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，在整个过程中，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．重力加速度g取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、失重状态的方法核心素养应用吃饭、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，航天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．航天员进食时，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，影响航天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．如果航天员要喝水、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．航天员在太空中如何进食例5　(多选)在宇宙空间站中，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】BD【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．小练 | 随堂巩固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同，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，向上减速时加速度向下，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．