高中物理 第6章 力与运动 第4节 超重与失重课件 鲁科版必修1.ppt

第4节超重与失重 教师备课参考 核心素养养成目标 物理观念1 认识超重 失重现象 知道产生超重 失重现象的原因 理解超重现象和失重现象的实质 2 学会用超重 失重的观点解决相关问题 科学思维与科学探究1 通过实验认识超重和失重现象及其产生的条件 2 从牛顿第二定律应用的角度理解超重和失重的动力学特征 科学态度与责任通过超重与失重的学习 体会物理规律与生活的联系 教学重难点 教学重点超重 失重现象及其产生的条件 教学难点掌握分析 解决超重和失重问题的方法 感悟解题规律 探寻基本知识 测评学习效果 探寻基本知识 树立物理观念 知识点一 超重现象 情境导学 一个质量为m 70kg的人站在电梯中的测力计上 1 当电梯静止时 测力计读数为多少 2 当电梯以a g的加速度向下做减速运动时 测力计上的读数为多少 答案 1 当电梯静止时测力计示数为mg 所以此时测力计读数为f1 700n 2 当电梯以a g的加速度匀减速下降时 对人根据牛顿第二定律得f2 mg ma得f2 m g a 70 10 10 n 1400n 由牛顿第三定律得知 人对测力计的压力大小为f2 f2 1400n 故此时测力计的读数为1400n 3 当电梯以a g的加速度向上做加速运动时 测力计上的读数为多少 4 在第 2 3 两问中加速度方向有什么异同 g 10m s2 答案 3 当电梯以a g的加速度向上做加速运动时 对人根据牛顿第二定律 得f3 mg ma得f3 m g a 70 10 10 n 1400n 由牛顿第三定律得知 人对测力计的压力大小为f2 f2 1400n 故此时测力计的读数为1400n 4 加速度方向都竖直向上 知识梳理 1 定义 物体对悬挂物的拉力 或对支持物的压力 物体所受重力的现象 2 超重的条件 物体具有竖直的加速度 思考判断 1 物体处于超重状态时 一定向上运动 2 物体处于超重状态时 可能向下运动 3 物体处于超重状态时 是指物体的重力增大了 大于 向上 知识点二 失重现象 情境导学 找一个用过的易拉罐 或金属罐头盒 塑料瓶 在靠近底部的侧面打一个孔 用手指按住孔 在里面装上水 如图 甲 移开手指 会出现什么现象 如果让罐子自由下落 如图 乙 在下落过程中 上述现象有变化吗 这是为什么呢 答案 甲 图中 水会从小孔流出 乙 图中水不再流出 因为自由下落过程中水处于完全失重状态 对易拉罐底部没有压力 知识梳理 1 定义 物体对悬挂物的拉力 或对支持物的压力 物体所受重力的现象 2 失重的条件 物体具有竖直的加速度 3 完全失重 当物体以加速度g加速下降时 物体对支持物的压力 或对悬挂物的拉力 等于的现象 就是处于完全失重状态 4 不论超重还是失重 物体本身所受的重力大小 思考判断 1 只要物体向下运动 就会引起失重现象 2 物体在完全失重的条件下 对支持它的支撑面压力为零 3 物体完全失重时 不受重力作用 小于 向下 不变 零 要点一 感悟解题规律 培养科学思维 对超重现象的理解 1 实重与视重 1 实重 物体实际所受重力 物体所受重力不会因为物体运动状态的改变而变化 2 视重 用弹簧测力计或台秤来测量物体重力时 弹簧测力计或台秤的示数叫做物体的视重 当物体与弹簧测力计保持静止或者匀速运动时 视重等于实重 当存在竖直方向的加速度时 视重不再等于实重 2 超重现象 1 超重的动力学分析 当物体具有竖直向上的加速度a时 支持物对物体的支持力 或悬绳的拉力 为f 由牛顿第二定律可得f mg ma 所以f m g a mg 由牛顿第三定律知 物体对支持物的压力 或对悬绳的拉力 f mg 2 产生超重的原因超重加速度方向向上 或有向上的分量 典例1 某航天员的质量为63kg 装备质量不计 假设飞船以加速度8 6m s2竖直加速上升 1 此时航天员对座椅的压力多大 解析 1 对航天员受力分析如图所示 由牛顿第二定律f ma 得n mg ma 即n mg ma m g a 63 9 8 8 6 n 1159 2n 由牛顿第三定律知 航天员对座椅的压力和座椅对航天员的支持力互为作用力与反作用力 则n n 1159 2n 答案 见解析 2 航天员训练时承受的压力可达到8g 这表示什么意思 3 当飞船返回地面 减速下降时 航天员应该有什么样的感觉 解析 2 表示航天员可承受大小为自身重力8倍的压力 3 当飞船减速下降时 飞船的加速度竖直向上 处于超重状态 航天员应有超重的感觉 答案 见解析 1 物体处于超重状态时 实重 即所受重力 并不变 只是视重变了 视重比实重增加了ma 2 决定物体超重的因素是物体具有向上的加速度 与速度无关 即物体可以向上加速运动 也可以向下减速运动 规律方法 超重问题的分析 教师备用 例1 1 2013年6月11日 我国 神舟十号 飞船成功发射 设近地加速时 飞船以5g的加速度匀加速上升 g为重力加速度 则质量为m的科研设备对飞船底部的压力为 a 6mgb 5mgc 4mgd mg 解析 飞船加速上升时 科研设备处于超重状态 则科研设备所受飞船底部的支持力为f m g a 6mg 由牛顿第三定律可知 科研设备对飞船底部的压力大小为6mg a 针对训练1 1 2017 福建四校高一期末联考 在升降的电梯内的水平地面上放一体重计 电梯静止时 某同学站在体重计上 体重计的示数为60kg 电梯运动时 某一段时间此同学发现体重计的示数为72kg 在这段时间内下列说法正确的是 a 此同学所受的重力变大了b 此同学对体重计的压力大于体重计对他的支持力c 电梯的加速度大小为g 方向一定竖直向上d 电梯的运动方向一定竖直向上 c 要点二 对失重现象的理解 1 失重现象 1 失重的动力学分析 以站在电梯中的体重计上的人为研究对象 当电梯加速下降时 人的受力如图所示 则mg n ma 所以支持力n mg ma 由牛顿第三定律得人对体重计的压力大小n n mg ma 人对体重计的压力减小了ma 2 产生失重的原因失重加速度方向向下 或有向下的分量 2 完全失重现象 1 完全失重有两种常见情况 在地球表面上忽略空气阻力自由下落的物体 在太空轨道上正常运行的航天器中的物体 2 完全失重对仪器的影响 在完全失重的环境中 一切由重力原理制作的仪器 如天平 密度计 水银气压计 摆钟等 均无法正常使用 但是与重力无关的仪器仍可使用 如弹簧测力计测拉力 但测重力失效 温度计等 典例2 质量为60kg的人 站在升降机中的测力计上 升降机做下列各种运动时 测力计的示数是多少 g取10m s2 1 升降机匀速上升 解析 测力计的示数即人对测力计压力的大小 因而分析人的受力情况 求出测力计对人的支持力n 然后再由牛顿第三定律 即可得出测力计的示数 人站在升降机中的测力计上受力情况如图所示 1 当升降机匀速上升时 a 0 由牛顿第二定律知 n mg 0 所以n mg 600n 由牛顿第三定律 人对测力计的压力 即测力计的示数为600n 答案 1 600n 2 升降机以4m s2的加速度加速上升 3 升降机以5m s2的加速度加速下降 解析 2 当升降机以4m s2的加速度加速上升时 有n mg ma 所以n m g a 60 10 4 n 840n 由牛顿第三定律 人对测力计的压力 即测力计的示数为840n 超重状态 3 当升降机以5m s2的加速度加速下降时 此时a的方向向下 有mg n ma 所以n m g a 60 10 5 n 300n 由牛顿第三定律 人对测力计的压力 即测力计的示数为300n 失重状态 答案 2 840n 3 300n 规律方法 1 处于完全失重状态的物体 并不是所受重力消失了 重力并不变 只是物体对悬挂物的拉力 或对支持物的压力 等于零 2 若物体不在竖直方向运动 但只要其加速度在竖直方向上有分量 即ay 0 则当ay的方向竖直向上时 物体处于超重状态 当ay的方向竖直向下时 物体处于失重状态 教师备用 例2 1 2016 唐山高一期末 多选 蹦极 是一项非常刺激的体育运动 某人身系弹性绳自高空p点自由下落 如图中a点是弹性绳的原长位置 c是人所到达的最低点 b是人静止悬吊着时的平衡位置 人从p点落下到最低点c的过程中 a 人在pa段做自由落体运动 处于完全失重状态b 在ab段绳的拉力小于人的重力 人处于失重状态c 在bc段绳的拉力小于人的重力 人处于失重状态d 在c点 人的速度为零 其加速度为也零 ab 解析 在pa段绳还没有被拉长 人做自由落体运动 所以处于完全失重状态 所以选项a正确 在ab段绳的拉力小于人的重力 人受到的合力向下 有向下的加速度 处于失重状态 所以选项b正确 在bc段绳的拉力大于人的重力 人受到的合力向上 有向上的加速度 处于超重状态 所以选项c错误 在c点 绳的形变量最大 绳的拉力最大 人受到的合力向上 有向上的加速度 处于超重状态 所以选项d错误 针对训练2 1 2017 南充高一检测 如图所示 质量为m1 2kg的物体a经跨过定滑轮的轻绳与质量为m 5kg的箱子b相连 箱子底板上放一质量为m2 1kg的物体c 不计定滑轮的质量和一切阻力 在箱子加速下落的过程中 取g 10m s2 下列说法正确的是 a 物体a处于失重状态 加速度大小为10m s2b 物体a处于超重状态 加速度大小为20m s2c 物体c处于失重状态 对箱子的压力大小为5nd 轻绳对定滑轮的作用力大小为80n c 解析 取a b c为整体 由牛顿第二定律得 m m2 g m1g m m1 m2 a 则加速度为a 5m s2 选项a b错误 隔离c有m2g n m2a 即n 5n 选项c正确 隔离a有t m1g m1a 即t 30n 所以轻绳对定滑轮的作用力大小为2t 60n 选项d错误 测评学习效果 演练当堂技法 1 2017 贵阳高一期末 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 d 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 故选项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 故选项b错误 惯性的大小与物体的运动状态无关 故选项c错误 物体处于超重或失重状态时 其重力都没有变化 故选项d正确 2 2017 陕西省西安市高一期末 多选 图 甲 是传感器连接专用软件采集的图象 装置如图 乙 所示 电脑显示的拉力随时间变化的图象如图 甲 所示 已知t 0时刻物体处于静止状态 根据图象判断下列说法正确的是 a 图中t1时刻所示的状态是超重状态b 图中t2时刻所示的状态是超重状态c 图中t3时刻所示的状态是失重状态d 图中t4时刻所示的状态是失重状态 ad 解析 t 0时刻物体处于静止状态 t1时刻 t3时刻拉力大于重力 有向上的加速度 是超重状态 故a正确 c错误 t2时刻 t4时刻拉力小于重力 有向下的加速度 是失重状态 故b错误 d正确 3 2017 宜春高一期末 游乐园中 游客乘坐能加速或减速上升的升降机 可以体会超重或失重的感觉 下列描述正确的是 a 当升降机加速上升时 机内游客是处在失重状态b 当升降机减速下降时 机内游客是处在失重状态c 当升降机减速上升时 机内游客是处在失重状态d 当升降机加速下降时 机内游客是处在超重状态 c 解析 当升降机加速上升时 游客受到重力和支持力 加速度向上 机内游客是处在超重状态 当升降机减速下降时 加速度向上 机内游客是处在超重状态 故选项a b错误 当升降机减速上升或当升降机加速下降时 加速度向下 机内游客是处在失重状态 故选项c正确 d错误 4 2017 广东省广州市高一期末 多选 完整的撑杆跳高过程可以简化成三个阶段 持杆