高中物理人教版 (2019)必修 第一册6 超重和失重教课内容课件ppt

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第一册6 超重和失重教课内容课件ppt，共47页。PPT课件主要包含了加速度g，G＝mg，平衡条件，竖直向下，竖直向上，提示不等于等内容，欢迎下载使用。

整体感知·自我新知初探
[学习任务]任务1．知道超重、失重和完全失重现象及其产生条件。任务2．会应用牛顿第二定律分析超重和失重现象发生的动力学原因，理解超重和失重现象的本质。任务3．了解超重和失重现象在各个领域的应用，解释生活中的超重和失重现象。
[问题初探]问题1　超重是否是物体受到的重力增加了？问题2　物体处于超重状态时，物体一定在上升吗？问题3　航天员在太空中处于完全失重状态，是否航天员在太空中不受重力的作用？
[自我感知]　经过你认真的预习，结合你对本节课的理解和认识，请画出本节课的知识逻辑体系。
探究重构·关键能力达成
[链接教材]　如图所示，蹲在体重计上向上站起来的过程，你会发现体重计如何变化？
知识点一　超重和失重现象
提示：体重计的示数先变大，后变小，再变大。
1．重力的测量方法一：先测量物体做自由落体运动的________，再用____测量物体的质量，利用牛顿第二定律得：________。方法二：利用力的________对重力进行测量。将待测物体悬挂或放置在测力计上，使它处于____状态，这时测力计的示数反映了物体所受的____大小。
2．超重和失重(1)体重计的____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)____物体所受重力的现象。②产生条件：物体具有________(选填“竖直向上”或“竖直向下”)的加速度。
(3)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________(选填“竖直向上”或“竖直向下”)的加速度。(4)完全失重①定义：物体对支持物(或悬挂物)____没有作用力的状态。②产生条件：a＝g，方向________。
如图所示，找一个用过的易拉罐、金属罐头盒或塑料瓶，在靠近底部的侧面打一个洞，用手指按住洞，在里面装上水。
问题1　移开手指，水就从洞中射出来，这是为什么？
提示：水能从洞中流出的原因是水能产生压力，静止时，洞之上的水产生的压力把洞附近的水压出。
问题2　如果放开手，让瓶子自由落下，在下落的过程中，水将不再从洞中射出。实际做一做，观察所产生的现象。怎样解释这一现象？
提示：在瓶子自由落下的过程中，水处于完全失重状态，洞附近的水不再受压力，所以水将不再从洞中射出。
问题3　处于完全失重状态的物体所受重力为零吗？
提示：不为零，仍受重力作用。
超重和失重的理解与判断(1)重力：物体所受重力不会因物体运动状态的改变而变化。(2)当物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)与物体的重力不同时，即发生了超重或失重现象。
(3)判断物体超重与失重的方法①从受力的角度判断超重：物体所受向上的拉力(或支持力)大于重力。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当物体的加速度方向向上(或竖直分量向上)时，处于超重状态。当物体的加速度方向向下(或竖直分量向下)时，处于失重状态。
【典例1】　(超重、失重的判断)2023年10月26日神舟十七号航天员乘组进驻中国空间站，航天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，航天员处于超重状态B．火箭加速上升时，航天员对座椅的压力小于自身重力C．在飞船绕地球运行时，航天员处于完全失重状态，则航天员的重力消失了D．飞船落地前减速下落时，航天员处于失重状态
A　[火箭加速上升时，加速度方向向上，根据牛顿第二定律可知航天员受到的支持力大于自身的重力，航天员处于超重状态，对座椅的压力大于自身重力，选项A正确，B错误；航天员处于完全失重状态时，仍然受重力，选项C错误；飞船落地前减速下落时，加速度方向向上，根据牛顿第二定律可知航天员受到的支持力大于自身的重力，航天员处于超重状态，选项D错误。]
【典例2】　(与图像结合的超重、失重问题)某电梯运行时可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，其加速度a与时间t的关系如图所示。下列相关说法正确的是(　　)A．t＝6 s时，电梯处于失重状态B．7～53 s时间内，绳索拉力最小C．t＝59 s时，电梯处于超重状态D．t＝60 s时，电梯速度恰好为0
D　[根据a-t图像可知t＝6 s时电梯的加速度向上，电梯处于超重状态，故A错误；53～60 s时间内，加速度的方向向下，电梯处于失重状态，绳索的拉力小于电梯的重力，而7～53 s时间内，a＝0，电梯处于平衡状态，绳索拉力等于电梯的重力，应大于电梯失重时绳索的拉力，所以这段时间内绳索拉力不是最小，故B错误；t＝59 s时，电梯减速向上运动，加速度方向向下，电梯处于失重状态，故C错误；根据a-t图像与横轴所围的面积表示速度的变化量，由几何知识可知，60 s内电梯速度的变化量为0，而电梯的初速度为0，所以t＝60 s时，电梯速度恰好为0，故D正确。]
小明为了研究超重、失重和完全失重情况下物体的受力情况，用一个弹簧测力计悬吊着重物，通过控制整体的运动情况来观察弹簧测力计的示数。
知识点二　超重与失重的计算
问题1　让挂着重物的测力计缓缓地向上或向下做匀速运动，观察测力计的示数有无变化。
提示：没有发生变化。
问题2　使挂着重物的测力计突然竖直向上做加速运动(如图所示)，仔细观察在加速的瞬间测力计示数有无变化。
提示：测力计示数有变化。
问题3　如有变化，如何判断是变大还是变小？
提示：由牛顿第二定律可知T－mg＝ma，求出测力计示数T＝mg＋ma与重力进行比较。
1．平衡、超重、失重、完全失重的比较
2．解决超重、失重问题的基本思路(1)明确研究对象，进行受力分析。(2)判断加速度的方向，并建立合理的坐标轴。(3)应用牛顿第二定律列出方程。(4)代入数据求解，必要时进行讨论。
【典例5】　(超重、失重的综合计算)某同学设计了一个测量长距离电动扶梯加速度的实验。将一电子健康秤置于水平的扶梯台阶上，实验员站在健康秤上相对健康秤静止。使电动扶梯由静止开始斜向上运动，整个运动过程可分为三个阶段，先加速、再匀速、最终减速停下。已知电动扶梯与水平方向夹角为37°。重力加速度g取10 m/s2，sin 37°＝0.6，cs 37°＝0.8。某次测量的三个阶段中电子健康秤的示数F随时间t的变化关系，如图所示。(1)画出加速过程中实验员的受力示意图；(2)求该次测量中实验员的质量m；(3)求该次测量中电动扶梯加速过程的加速度大小a1和减速过程的加速度大小a2(结果保留两位有效数字)。
[解析]　(1)加速过程，加速度斜向右上方，分解后，既有水平向右的加速度，又有竖直向上的加速度，所以水平方向要有水平向右的摩擦力，竖直方向上支持力大于重力，受力示意图如图所示。(2)3～6 s电动扶梯匀速运动，实验员受力平衡F＝mg＝600 N解得m＝60 kg。
[答案]　(1)见解析图　(2)60 kg　(3)0.56 m/s2　0.42 m/s2
【教用·备选例题】【典例1】　(多选)某同学乘坐电梯时，突然感到背上的背包变轻了，这一现象表明(　　)A．电梯可能在上升B．该同学处于失重状态C．电梯的加速度方向向上D．该同学对电梯地板的压力大于地板对该同学的支持力
AB　[人突然感到背上的背包变轻了，所以人和背包处于失重状态，则电梯的加速度的方向向下，电梯可能向下加速运动，也可能向上减速运动，故A、B正确，C错误；该同学对电梯地板的压力和地板对该同学的支持力是作用力与反作用力，总是大小相等，方向相反，故D错误。]
【典例2】　一质量为 60 kg 的人站在观光电梯底板上，如图所示的v-t图像是计算机显示的观光电梯在某一段时间内速度变化的情况(竖直向上为正方向)。根据图像提供的信息，可以判断下列说法正确的是(g取10 m/s2)(　　)A．在5～10 s内，该人对电梯底板的压力等于500 NB．在0～5 s内，观光电梯在加速上升，该人所受的支持力为624 N，处于超重状态C．在10～20 s内，该人所受的支持力为490 N，处于失重状态D．在20～25 s内，该人所受的支持力为490 N，处于超重状态
应用迁移·随堂评估自测
1．在身体素质测试“原地纵跳摸高”科目中，某同学按科目要求所做的四个动作过程如图所示，其中处于超重状态的过程是(　　)
A　　 　　B　　　　C　　　　D
C　[静止站立时，人所受合力为零，加速度为零，处于平衡状态，故A错误；加速下蹲时，人有竖直向下的加速度，处于失重状态，故B错误；加速上升时，人有竖直向上的加速度，处于超重状态，故C正确；离地上升时，受到重力，加速度是重力加速度，处于完全失重状态，故D错误。]
2．目前大部分手机都内置了加速度传感器，某同学在电梯内利用手机测量电梯运行时的加速度，得到图1所示的图线，经计算机处理后将图线简化为图2所示的a-t图像。已知该同学的质量为60 kg，t＝0时电梯处于静止状态，规定竖直向上为正方向，则下列说法正确的是(g＝10 m/s2)(　　)
A．t＝16 s时电梯开始向下运动B．4～9 s内该同学先处于超重状态，后处于失重状态C．整个过程中，电梯的最大速度大小约为2.5 m/sD．整个过程中，该同学受到的最大支持力为630 N
D　[依题意，结合a-t图像可知，电梯先向上加速，然后匀速，接着再减速，在t＝16 s时电梯的加速度方向开始竖直向下，所以可知电梯在t＝16 s时开始减速向上运动，故A错误；该同学的加速度与电梯加速度相同，在4～9 s内，电梯的加速度方向一直竖直向上，所以该同学一直处于超重状态，故B错误；根据a-t图像围成的面积表示速度的改变量，由题图可知(大于半格的算一格，不足半格的舍去)，整个过程中，电梯在t＝9 s时达到最大速度，可得最大速度大小约为vm≈17×0.1×1 m/s＝1.7 m/s，故C错误；由a-t图像可知整个过程中，该同学竖直向上的最大加速度为0.5 m/s2，根据牛顿第二定律可得FN－mg＝ma，其受到的最大支持力FN＝m(g＋a)＝60×(10＋0.5)N＝630 N，故D正确。]
3．一质量为60 kg的人站在竖直向上运动的升降机底板上，看到升降机顶板上有一竖直悬挂的弹簧测力计，他便将一重为5 N的物体挂上，这时弹簧测力计示数为8 N，重力加速度g取10 m/s2。试计算：(1)升降机的加速度的大小和方向；(2)此人对升降机底板的压力。
(2)人受升降机底板的支持力FN和重力Mg的作用，根据牛顿第二定律有FN－Mg＝Ma解得FN＝Mg＋Ma＝960 N根据牛顿第三定律，此人对升降机底板的压力大小为FN′＝960 N，方向竖直向下。
[答案]　(1)6 m/s2，方向竖直向上　(2)960 N，方向竖直向下
回归本节知识，完成以下问题：1．我们是如何测量物体的重力的？依据的原理是什么？
提示：(1)利用弹簧测力计测重力，依据平衡条件F＝mg。(2)根据G＝mg，先测物体自由落体运动的加速度g，再用天平测物体的质量。
2．我们常用平衡条件测量重力，测量时要使物体保持静止状态，当物体处于加速或减速状态时，测量值还等于物体的真实重力吗？
3．超重、失重现象的实质是什么？
提示：产生超重(失重)现象时，物体的重力并没有变，只是对支持物的压力或对悬挂物的拉力比自身的重力大(或小)。
阅读材料·拓宽物理视野
人体生理的微重效应人体在漫长的进化过程中，已经适应了周围的物理环境，例如，地球表面的温度、电磁场、重力场等。地球表面的重力场强度大约在9.8 m/s2，作用于所有物体上。人体中的每一器官、组织，细胞以及生物分子都是在这样的重力场中得以演化并赖以生存的。一旦失去了正常的重力场，生物体的器官和组织就将失去平衡，导致一系列的生理变化，甚至危及生命。超重和失重就是两种偏离正
常重力场的典型状态。所谓微重力环境就是重力强度大大减少，十分微弱，其大小大约只有地球表面重力场强度的百万分之一。航天员乘坐宇宙飞船在太空中飞行就是在这样的微重环境下生活和工作的。在太空中，航天员可以毫不费力地飘浮在飞船中，他们用自己的内力去建立运动。在微重力的空间里，方向性已经无意义了，因为只有在地球上由于重力才有“上”“下”的方向概念。在地面上的人们是靠内耳的敏感器官传递信息给大脑，以保持身体的平衡。
在太空的微重状态下，与重力有关的振动发生了变化，把神经系统搞乱了，结果内耳的传感系统向大脑传递了模糊不清的信息，身体难以平衡。这种感觉在地球上也能体会到。例如，在海上旅行时，船体在波涛中起伏摇晃，不适应者感到头昏目眩。这就是身体失去平衡产生的感觉，有时称作“运动病”。为了使航天员适应微重状态，可让他们在实验室内做训练。航天员们坐在旋转的椅子上或者旋转的机舱内，以不同的速度旋转，航天员们就可感受到不同的重力条件，以体验他们将要去的太空和星球的重力环境。