人教版高中物理必修第一册第4章运动和力的关系6超重和失重课件

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第四章6.超重和失重基础落实·必备知识全过关重难探究·能力素养全提升学以致用·随堂检测全达标目录索引 基础落实·必备知识全过关一、重力测量1.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.利用力的　　　　　　　对重力进行测量。 二、超重和失重1.用体重计测量物体的重力时,体重计的示数反映了物体对体重计的压力。2.超重 视重大于重力,重力不变(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)运动学特征:物体具有　　　　的加速度。 天平mg平衡条件大于向上3.失重 视重小于重力,重力不变(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)运动学特征:物体具有　　　　的加速度。 4.完全失重 视重等于零,但重力仍存在(1)定义:物体对支持物(或悬挂物)　　　 　作用力。 (2)运动学特征:物体加速度方向　　　　,大小等于　　。 小于向下完全没有向下g情境链接 如图所示,把矿泉水瓶的上部挖一个小孔,下部挖几个小孔,装入水后,水将射出来。用手把上部的小孔堵住时,下部小孔的水不能流出。松开手使瓶子从高处自由下落,可以发现下落过程中水不流出。做一做并解释其原因。提示 瓶子从高处自由下落时,水处于完全失重状态,不会对瓶子底部及侧面产生压力,故小孔处不会有水流出。易错辨析(1)竖直向上运动的物体一定处于超重状态。(　　)(2)处于失重状态的物体其重力变小了。(　　)(3)做自由落体运动的物体和竖直上抛运动的物体都处于完全失重状态。(　　)×竖直向上运动的物体具有向上的加速度时,物体才处于超重状态。 ×物体处于失重状态是指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,物体的重力大小不变。√ 重难探究·能力素养全提升探究点一　对超重和失重现象的理解小梅家住十八楼,每天上学放学均要乘竖直升降电梯上下楼。上学时,在电梯里,开始她总觉得有种“飘飘然”的感觉,背的书包也感觉变“轻”了。快到楼底时,她总觉得自己有种“脚踏实地”的感觉,背的书包也似乎变“重”了。电梯加速下降时,加速度的方向怎样?人受到的合力方向怎样?匀速下降时加速度怎样?人受到的合力怎样?减速下降时,加速度方向怎样?人受到的合力方向怎样?要点提示 电梯加速下降时,加速度向下,人受到的合力向下。匀速下降时加速度为0,合力为零。减速下降时,加速度向上,合力向上。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【例1】 (多选)某同学用手机的加速度传感器测量了电梯运行过程中的加速度,得到了如图甲所示的图线(规定竖直向上为正方向),为了简化问题研究,将图线简化为如图乙所示的图像。已知t=0时电梯处于静止状态,则以下判断正确的是(　　)甲 乙A.t=5 s时电梯处于超重状态B.8~9 s内电梯在做减速运动C.10~15 s内电梯在下行D.17~20 s内电梯在上行答案AD解析 t=5 s时加速度方向向上,则电梯处于超重状态,选项A正确。t=0时电梯处于静止状态;t=4 s开始其加速度大于零,处于超重状态,则电梯向上运动;8~9 s内电梯的加速度为正方向,则电梯在加速上行,选项B错误。10~15 s内电梯的加速度为零,则电梯在匀速上行,选项C错误。17~20 s内电梯的加速度向下,则电梯在减速上行,选项D正确。方法技巧　判断物体处于超重、失重状态的三种方法(1)从受力的角度判断,当物体所受向上的拉力(或支持力)大于重力时,物体处于超重状态;拉力(或支持力)小于重力时处于失重状态,等于零时处于完全失重状态。(2)从加速度的角度判断,当物体具有向上的加速度(包括斜向上)时处于超重状态;具有向下的加速度(包括斜向下)时处于失重状态,向下的加速度为g时处于完全失重状态。(3)从运动的角度判断,当物体加速上升或减速下降时,物体处于超重状态;当物体加速下降或减速上升时,物体处于失重状态。对点演练1.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,在电梯天花板上固定一个力传感器,测量挂钩向下,并在挂钩上悬挂一个重力为10 N的钩码,在电梯运动过程中,计算机显示屏上显示出如图所示的图像。以下根据图像分析所得结论错误的是(　　)A.该图像显示出了力传感器对钩码的拉力大小随时间的变化情况B.从时刻t1~t2,钩码处于失重状态;从时刻t3~t4,钩码处于超重状态C.电梯可能开始在15楼,先加速向下,接着匀速向下,再减速向下,最后停在1楼D.电梯可能开始在1楼,先加速向上,接着匀速向上,再减速向上,最后停在15楼D 解析 题中图像显示了力传感器对钩码的拉力大小随时间的变化情况。0~t1,钩码受力平衡;t1~t2,拉力小于10 N,钩码处于失重状态;t2~t3,钩码受力平衡;t3~t4,拉力大于10 N,钩码处于超重状态。经以上分析可知,D错误。探究点二　用牛顿第二定律分析超重、失重现象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?要点提示 人在下蹲的过程中,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,体重计的示数先减小后增大,最后等于重力G。求解超重与失重问题的基本思路超重与失重问题本质上就是牛顿第二定律的应用,解题时应抓住加速度这个关键量。(1)确定研究对象,分析受力与运动情况。(2)确定物体的超重、失重状态或加速度方向。(3)根据牛顿第二定律F合=ma列方程求解。【例2】 某人在以a1=0.5 m/s2的加速度匀加速下降的升降机中最多可举起m1=90 kg的物体。g取10 m/s2。(1)求此人在地面上最多可举起多少千克的物体。(2)若此人在匀加速上升的升降机中最多能举起m2=40 kg的物体,求此升降机上升的加速度大小。 解析 (1)以物体为研究对象,对物体进行受力分析及运动状态分析,如图甲所示,设人的最大“举力”为F由牛顿第二定律得m1g-F=m1a1所以F=m1(g-a1)=855 N当此人在地面上举物体时,设最多可举起质量为m0的物体则有m0g-F=0所以m0=85.5 kg。(2)此人在匀加速上升的升降机中最多能举起m2=40 kg的物体,此时升降机处于超重状态,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即升降机加速上升的加速度大小为11.375 m/s2。答案 (1)85.5 kg　(2)11.375 m/s2方法技巧　(1)在不同环境中这个最大“举力”是恒定不变的,即他在以不同的加速度运动的升降机中最大的“举力”恒定。若以物体为研究对象对其进行受力分析,根据人举起的不同质量的物体,可推知物体所处的运动状态;反过来根据物体的运动状态,在最大“举力”相同时也可以推知举起物体的质量。(2)在完全失重状态下,平常由重力产生的一切物理现象都会消失,比如物体对桌面无压力、浸在水中的物体不受浮力、液体对容器壁没有压强等。靠重力才能使用的仪器也不能使用,如天平、液体气压计等。对点演练2.(2023重庆沙坪坝高一期末)如图所示,轻质弹簧的上端固定在电梯的天花板上,弹簧下端悬挂一个小球,电梯中有质量为40 kg的乘客,在电梯运行时乘客发现轻质弹簧的伸长量是电梯静止时的四分之三,已知重力加速度g取10 m/s2,由此可判断此时(　　)A.电梯可能加速下降,加速度大小为5 m/s2B.电梯可能减速上升,加速度大小为2.5 m/s2C.乘客处于超重状态D.乘客对电梯地板的压力为400 NB解析 当电梯静止不动时,小球受力平衡,有mg=kx,电梯运行时,弹簧的伸长量比电梯静止时小,说明弹力变小了,由牛顿第二定律有mg- kx=ma,化简可得,加速度大小为a= g=2.5 m/s2,方向竖直向下,所以电梯可能加速下降或减速上升,乘客处于失重状态,B正确,A、C错误;对乘客受力分析,由牛顿第二定律得m'g-FN=m'a,可得电梯地板对乘客的支持力大小为FN=m'g-m'a =400 N-100 N=300 N,由牛顿第三定律知,乘客对电梯地板的压力为300 N, D错误。学以致用·随堂检测全达标12341.(完全失重现象)2021年12月9日,我国航天员进行太空授课,乒乓球浮力消失实验是其中的一个实验。甲图是地面教室中的乒乓球浮在水面上,乙图是空间站中的乒乓球停在水中的任意位置,则乒乓球浮力消失的原因是空间站中(　　)A.水处于完全失重状态B.水的密度变小了C.乒乓球的质量变大了D.乒乓球的重力变大了A解析 在空间站中的水和乒乓球处于完全失重状态,水是没有浮力的,因此在水中的乒乓球并不会因浮力而上升,而是继续停在水中,故A正确;完全失重时水的密度不变,乒乓球的质量不变,乒乓球的重力不变,故B、C、D错误。123412342.(超重、失重现象)取竖直向上方向为正方向,某人某次乘电梯的速度随时间变化的图像如图所示,则以下四个时刻中,人处于超重状态的是(　　)A.3 s末 B.5 s末C.6 s末 D.8 s末A解析 v-t图像的斜率是加速度,所以从图像可以看出,3 s末电梯向上加速运动,人处于超重状态,A正确;5 s末、6 s末电梯向上匀速运动,人处于平衡状态,B、C错误;8 s末电梯向上减速运动,人处于失重状态,D错误。12343.(超重、失重现象的分析)如图所示,一人站在电梯中的体重计上,随电梯一起运动。下列各种情况中,体重计的示数最大的是(　　)A.电梯匀减速上升,加速度的大小为1.0 m/s2B.电梯匀加速上升,加速度的大小为1.0 m/s2C.电梯匀减速下降,加速度的大小为0.5 m/s2D.电梯匀加速下降,加速度的大小为0.5 m/s2B解析 当电梯匀减速上升或匀加速下降时,电梯处于失重状态,设人受到体重计的支持力为FN,体重计示数大小即为人对体重计的压力FN'的大小。由牛顿运动定律可得mg-FN=ma,FN=FN'=m(g-a);当电梯匀加速上升或匀减速下降时,电梯处于超重状态,设人受到体重计的支持力为FN1,人对体重计的压力FN1'。由牛顿运动定律可得FN1-mg=ma,FN1=FN1'=m(g+a)。代入具体数据可得B正确。123412344.(超重、失重现象的图像问题) (2023上海松江高一期末)如图是某人站在压力板传感器上,做下蹲—起立的动作时记录的压力随时间变化的图线,纵坐标为力(单位为N),横坐标为时间(单位为s)。由图线可知,该人的体重约为650 N,除此之外,还可以得到的信息是(　　)A.下蹲过程中人处于失重状态B.下蹲过程中先处于超重状态后处于失重状态C.该人做了两次下蹲—起立的动作D.该人做了一次下蹲—起立的动作D解析 由图可知在下蹲的过程中,人先向下做加速运动,后向下做减速运动,故人先处于失重状态后处于超重状态,A、B错误;人在起立过程中,先向上做加速运动,后向上做减速运动,结合下蹲的分析可知,该人做了一次下蹲—起立的动作,C错误,D正确。1234