物理必修 第一册第5节 超重与失重学案

这是一份物理必修 第一册第5节 超重与失重学案，共15页。



[学生用书P102]





一、超重现象


1．定义：物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)大于物体所受重力的现象．


2．产生条件：物体具有竖直向上的加速度．


3．运动类型：超重物体做向上的加速运动或向下的减速运动．


二、失重现象


1．定义：物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)小于物体所受重力的现象．


2．产生条件：物体具有竖直向下的加速度．


3．运动类型：失重物体做向上的减速运动或向下的加速运动．


4．完全失重


(1)定义：物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)等于零的状态．


(2)产生条件：物体竖直向下的加速度等于重力加速度．


(3)在做自由落体运动时，处于完全失重状态．





思维辨析


(1)物体处于超重状态时，可能向下运动．( )


(2)物体处于超重状态时，是指物体的重力增大了．( )


(3)火箭加速上升时，宇航员处于失重状态．( )


(4)物体在完全失重的条件下，对支持它的支撑面压力为零．( )


(5)宇航员在太空中处于完全失重状态，所以说宇航员在太空中不受重力的作用．( )


提示：(1)√ (2)× (3)× (4)√ (5)×





基础理解


在乘竖直升降电梯上下楼时，你是否有这样的感觉：在电梯里上楼时，开始时觉得自己有“向下坠”的感觉，好像自己变重了，快到楼顶时又觉得自己有“向上飘”的感觉，好像自己变轻了．下楼时，在电梯里，开始觉得有种“向上飘”的感觉，背的书包也感觉变“轻”了，快到楼底时，觉得自己有种“向下坠”的感觉，背的书包也似乎变“重”了．


(1)电梯向上启动瞬间加速度方向如何？人处于超重还是失重状态？


(2)电梯向上将要到达目的地减速运动时加速度方向如何？人处于超重还是失重状态？


(3)若电梯下降启动的瞬间或到达楼梯底前减速运动时，人处于超重还是失重状态？


提示：(1)竖直向上，超重．


(2)竖直向下，失重．


(3)向下启动瞬间，加速度向下，失重；向下减速运动时加速度向上，超重．





对超重、失重现象的理解[学生用书P103]


问题导引


1．人站在体重计上静止时，体重计的示数就显示了人的体重．人从站立状态到完全蹲下，体重计的示数如何变化？为什么会发生这样的变化？


2．把台秤放在箱式电梯里，在秤盘里放着一物体，分析以下问题．


(1)什么情况下台秤示数会大于物体重力？发生超重时物体可能怎样运动？你能根据牛顿第二定律解释这一现象吗？


(2)什么情况下台秤示数会小于物体重力？发生失重时物体可能怎样运动？你能根据牛顿第二定律解释这一现象吗？


(3)什么是完全失重？完全失重时物体的重力消失了吗？


[要点提示] 1.体重计的示数先减小后增大，再减小到重力G.因为人在下蹲的过程中，重心下移，即向下做先加速后减速的运动，加速度的方向先向下后向上，所以人先处于失重状态再处于超重状态，最后处于平衡状态，故体重计的示数先减小后增大，再减小到重力G.


2．(1)物体具有向上的加速度时，台秤示数大于实际重力．物体可能加速上升或者减速下降．F＝m(g＋a)．


(2)物体具有向下的加速度时，台秤示数小于实际重力．物体可能减速上升或者加速下降．F＝m(g－a)．


(3)物体向下的加速度等于重力加速度时，物体只受重力，不再受支持力或者拉力．重力没有消失．


【核心深化】


1．视重


当将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．超重、失重的分析


在完全失重状态下，由重力引起的现象将消失．例如：液体的压强、浮力将为零；水银压强计、天平将无法使用；摆钟停摆；弹簧测力计不能测重力等．


关键能力1 超重、失重现象


下列关于超重与失重的说法正确的是( )


A．超重就是物体的重力增加了


B．失重就是物体的重力减少了


C．完全失重就是物体的重力没有了


D．不论是超重、失重，还是完全失重，物体所受的重力是不变的


[解析] 超重是物体对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，所以A错误；失重是物体对接触面的压力小于物体的真实重力，物体的重力并没有减小，所以B错误；完全失重是物体对接触面的压力为零，此时物体的重力也不变，所以C错误；不论是超重、失重，还是完全失重，物体所受的重力是不变的，只是对接触面的压力不和重力相等了，所以D正确．


[答案] D


关键能力2 超重、失重的判断


(多选)游乐园中，游客乘坐能加速或减速运动的升降机，可以体会超重与失重的感觉．下列描述正确的是( )


A．当升降机加速上升时，游客处于失重状态


B．当升降机减速下降时，游客处于超重状态


C．当升降机减速上升时，游客处于失重状态


D．当升降机加速下降时，游客处于超重状态


[思路点拨] 解答本题时，可按以下思路进行分析：





[解析] 当升降机加速上升或减速下降时，加速度方向向上，由牛顿第二定律可得N－mg＝ma，N＝mg＋ma>mg，乘客处于超重状态，选项A错误，B正确；当升降机加速下降或减速上升时，加速度方向向下，由牛顿第二定律可得mg－N＝ma，N＝mg－mamg.


2．从牛顿第二定律的角度分析失重现象：物体的加速度方向向下(或竖直分量向下)时，根据牛顿第二定律有：mg－N＝ma，此时Nmg，电梯具有向上的加速度，物块处于超重状态，可能加速向上或减速向下运动；t2～t3，F＝mg，物块可能静止或匀速运动；t3～t4，Fm2＝40 kg，显然此时升降机一定处于超重状态，对物体进行受力分析和运动情况分析，如图乙所示．


由牛顿第二定律得F－m2g＝m2a2，


所以a2＝eq \f(F－m2g,m2)＝11.375 m/s2，


即升降机加速上升的加速度为11.375 m/s2.


答案：85.5 kg 11.375 m/s2


12．(2019·衡水高一检测)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，取g＝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少；


(3)当座舱落到离地面15 m的位置时，球对手的压力．


解析：(1)由题意可知，座舱先自由下落


h1＝75 m－30 m＝45 m，


由h1＝eq \f(1,2)gteq \\al(2,1)得t1＝eq \r(\f(2h1,g))＝3 s，


下落45 m时的速度v1＝gt1＝30 m/s.


减速过程中的平均速度v2＝eq \f(v1,2)＝15 m/s，


减速时间t2＝eq \f(h2,v2)＝2 s，总时间t＝t1＋t2＝5 s.


(2)离地面35 m时，座舱自由下落，处于完全失重状态，所以手对球的支持力为零．


(3)由veq \\al(2,1)＝2gh1＝2ah2得，减速过程中加速度的大小


a＝15 m/s2


根据牛顿第二定律：N－mg＝ma，


解得：N＝125 N，根据牛顿第三定律可知，


球对手的压力为125 N，方向竖直向下．


答案：(1)5 s (2)0 (3)125 N，方向竖直向下





学习目标
核心素养形成脉络
1.知道超重和失重现象．


2．理解产生超重、失重现象的条件．


3．能够运用牛顿运动定律分析超重和失重现象．
特征


状态
加速度
视重(F)与重力的关系
运动情况
受力图
平衡
a＝0
F＝mg
静止或匀速


直线运动
超重
向上
F＝m(g＋a) ＞mg
向上加速或


向下减速
失重
向下
F＝m(g－a) ＜mg
向下加速或向


上减速
完全失重
向下a＝g
F＝0
抛体运动、自由落体运动、卫星的运动等