高中物理4.6超重和失重教案6粤教版必修1

1、超重和失重【基础知识导引】1 .知道什么是超重和失重.2 .知道产生超重和失重的条件.【教材内容全解】自从人造卫星、宇宙飞船、航天飞机等航天器成功发射进入运动轨道后，我们从电视或电影上经常看到宇航员“漂浮”在航天器内的画面，即处于“失重”状态.当我们乘坐高速 电梯，在电梯加速向上起动或减速下降时双脚会感到压力突然变大，也就是此时我们处于“超重”状态.那么究竟什么是超重 ？什么是失重？超重是不是就是物体所受的重力增大？失重是不是就是物体所受的重力减小 ？本节教材以升降机情况为例，从牛顿运动定律入手，引导我们一起解决以上问题.1.超重与失重(1)实验：a.人站在减速下降的升降机内的一台秤上，可看到

2、台秤示数小于人的重力；人站在加速上升的升降机内的一台秤上，可看到台秤示数大于人的重力.b.如图381所示，装置中绳足够长，将 m无初速度释放，现象：图3 8 1可看到弹簧秤 a的读数大于c物体的重力mg可看到弹簧称b的读数小于d物体的重力mg(2)现象分析：对实验b分析：若以物体c为研究对象，设a弹簧拉力为f1,则f1 - mg = ma ,f1 m mg +ma=m(g +a) mg即弹簧对c的拉力大于c的重力，我们称物体处于超重状态.超重：物体对支持物的压力 (或对悬挂物的拉力)大于物体所受重力的情况称为超重现 象.实验b-分析：若以物体 d为研究对象，b弹簧拉力为f2,则mg -f2 =

3、 ma ,f2 =mg -ma =m(g -a) mg ,即弹簧对d的拉力小于d的重力，我们称 d物体处于 失重状态.失重：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情况叫做失重现 象.完全失重：物体以加速度g加速下降时，对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)等于零的 情况叫做完全失重现象.2.超重、失重的理解(1) “重力”、“超重”、“失重”的联系.“重力”是由于地球对物体的吸引而产生的，大小表示为g=mg只要物体所在位置的重力加速度一定，物体所受的重力就一定.因而，“超重”并不意味着“重力增加”，“失重”也不代表“重力减小”，“完全失重”也不是说“物体的重力完全消失了”.在发

4、生超重、失重现象时，物体的重力依然存在，并不发生变化，变化的只是物体对支持物的压力(或对悬绳的拉力).(2)加速方向决定发生“超重”还是“失重”.用牛顿运动定律对上述实验分析时， 我们并没有重点考虑物体的速度方向， 而是把握了 物体的加速度方向. 当物体具有向上的加速度时超重，具有向下的加速度时失重，超重、失重与物体的运动方向无必然的关系.(3)当质量为 m的物体有向上的加速度.时，它超重大小为ma;当它具有向下的加速度.时，它失重大小为 ma(4)在完全失重状态下，a=g,平时一切由重力产生或与重力有关的物理现象均消失.如物体在液体中不受浮力，天平无法测量物体的质量等.【难题巧解点拨】例1举

5、重运动员在地面上能举起 120 kg的重物，在运动着的升降机中只能举起100kg的重物，求升降机运动的加速度 ？若在以2.5m/s2的加速度加速下的升降机内，此人能举起质量多大的重物(g取10m/s2)解析：运动员在地面上能举起 120 kg的重物，则运动员发挥的向上的最大支撑力f =m1g =120 10n =1 2 cn0在升降机中只能举起 100kg的重物，可见该物超重了，升降机应具有向上的加速度，则由 f -m2g = m2a得 a1 = (f -m2g)/m2 =(1200 -100 10)/100m/s2 = 2m/s2当升降机以2.5m/s2加速度下降时，重物失重.则 m3g -

6、f =m3a2,得：m3 =f/(g -a2) -1200/(10 - 2.5)kg =160kg2答案：2m/s , 160kg点拨：同一质量的物体，在竖直方向不同的加速系统中，对支持物的压力(或悬挂物的拉力)发生变化，但其重力始终不变.题中无论加速系统如何运动，运动员能发挥的最大支撑力不变，这是解题的关键.例2如图382所示：a为电磁铁，c为胶木秤盘，a和c（包括支架）的总质量为 mb为铁片，质量为 成 整个装置用车5绳悬挂于 。点.当电磁铁通电，铁片被吸引上升的过程中，轻绳上拉力 f的大小为（）a. f=mgc. f=(m+m)gb. mgf(m+m)g7003-8-2解析一：当铁片被吸

7、引上升时，对 0点进行受力分析如图 383,有f = mg +f1对铁片进行受力分析得 f1 -mg =ma,即f=mg+mamg则由知：f = mg + f1 = mg + mg + ma = (m + m)g + ma (m + m)g ,所以选项d正确.解析二：当电磁铁通电，铁板被吸引上升的过程中，铁片具有向上的加速度，导致整个装置的重心具有向上的加速度，处于超重状态，从而 f（m+m）g.答案：d点拨：灵活运用超重、失重知识、对一些动力学问题的解答更为简捷、准确.【拓展延伸探究】1 .本节教材“思考与讨论”解答：物体对水平面的压力（或对竖直悬绳的拉力）不一定总等于物体所受重力.当物体（

8、或系统）在竖直方向只受重力和支持力作用且该方向上加速度 为零时，支持力（或拉力）等于物体所受重力.2 .课题：感受超、失重.目的：根据从教材上所学习到的超、失重知识，去寻找机会亲身体验超、失重的感觉.点拨：找一台家用或医用体重计，观察在体重计上快速下蹲和站起时体重计的读数变 化.可选择乘电梯、玩一定高度的跳台跳水、蹦极等方式.【课本习题解答】1 .图中的第二幅正确.2 .货物能到达的最大加速度为:_4_3_f -mg 4.0 10 -3.5 1010,2 一 ，2a = =3m / s = 1.4m/ sm3.5 100. 5 s内发生的速度改变为； v=a - t=0 . 7m/s.即：0.

9、 5 s内速度改变不能超过 0. 7m/s.3 . a.40.0n.b.38.4n.c.38.4 n d.40.0 n.4 .解：座舱从距地面 76m高处自由下落，到离地高度为50m左右的位置时，制动系统还没启动，座舱以及其中的人和物一起以重力加速度g自由下落，铅球处于完全失重状态，因而人手感觉不到铅球的压力.当座舱下落到距地高度 15 m左右位置时，制动系统已经启动，座舱做减速运动.设座 舱开始减速时的速度为 v,做匀减速运动的加速度大小为a,由题知座舱自由下落距离s =76 28 =48(m),座舱匀减速运动通过距离s2 = 28m ,由运动学公式可知：v2 = 2gs1, v2 = 2a

10、s2,/日si4822得：a=g=kt10m/s =17m/s .s228座舱减速下落时，铅球处于超重状态.已知铅球的质量m=g/g=5kg,则手托铅球的力:f=m(g+a)=5x (10+17)n=135 n .【同步达纲练习】5 .站在升降机中的人出现超重现象，则升降机可能()a.加速上升b.减速下降c.加速下降d.减速上升6 .如图384, 一台升降机的底板上放着一个质量为m的物体，它跟地面间的动摩擦力因数为科，可以认为物体受到最大静摩擦力等于滑动摩擦力.一根弹性系数为k的弹簧水平放置，左端跟物体相连，右端固定在竖直墙上.开始时弹簧伸长为x,弹簧对物体有水平向右的拉力，现实然发现物体被弹

11、簧拉动，则升降机运动情况为()a.匀加速向下运动 a=g-k x/mb.匀加速向下运动，ag-k x/mc.匀减速向上运动，ag-k x/ pmd.匀减速向下运动，a=g-k x/ pm图3-8 -47 .下列四个实验，哪些不能在绕地球飞行的宇宙飞船中完成？（）a.用天平测量物体的质量.b.用弹簧测物体的重力.c.用密度计测物体密度.d.用水银气压计测舱内大气压强.8 .如图38 5,台秤上放着一个装有水的杯子，通过固定在台秤上的支架用细绳悬 挂一个小球，球全部浸没在水中，平衡时台秤的示数为某一数值.今剪断悬绳，在球下落但还没到达杯底的过程中，若不计水的阻力，则台秤的示数将（）a.变大.b.变

12、小.c.不变.d.无法判断.9 .质量分别为5kg、10kg的重物用一根最多只能承受120n拉力的细绳相连，现以拉力f使a、b一起竖直向上运动（如图38 6所示），为使细绳不被拉断，求拉力f的范围.图3 -8-610 如图387所示，静止在水平地面上的框架 b质量为m圆球a的质量为m在下述情况下求物体 b对地面的压力:图 3-8 -7(1)圆环a以速度v0匀速下滑时.(2)圆环a以加速度a(ag-kx/wm时，物体可以在地面滑动.)3. a、r c d.(点拨；宇宙飞船进入轨道绕地球飞行时，处于完全失重状态.由物体 重力而产生的一些现象不复存在，故以上四个实验都不能完成.)4. b正确.(点拨

13、：(1)等效法.剪断线后小球加速向下运动，而被小球排开的那部分“水球”则向上加速运动，二者加速度大小相同.小球失重 m求a，等效水球超重 m水a，因为m球 m水，失重大于超重.整体来看，系统处于失重状态，故台秤读数将变小，b正确.(2)质心法.当剪断线后，小球加速下降时，水球加速上升，但系统的质心在下降，系统处于失重状态，故台秤的读数减少，b正确.(3)提示：分别对小球和水球进行受力分析，利用牛顿运动定律亦可求得b选项正确.)5. 150nf(叫+m?)g =(5+10)d0n =150n时，a、b一起匀加速上升.根据题意，设拉力为 f2时，细绳达到 f3 =120n的张力，对 ab整体分析得:f2 -(m m12)g =(m1m2) a(1)隔离b物体分析得：f3 _mbg =ma(2)代入f3的值，联解(1)(2)得f2 =120n .故拉力f的范围是：150nf180n)6. (1) mg+mg(2) mg+mg-ma(3) mg(点拨一：(1)当a匀速下滑时，对 a b分别做受力图，如图 388甲所示，由题 意知：甲乙ffo ba bri,1 mgmg mg丙图 3-8 -8f=mg故 f=mg+f=mg+mg.b受力如图3 88所不，列方程有(2)当a以加速度ag加速下滑时，amg-f=ma,故 f=mg+f=mg+mg-ma(3)当a自由下落时，a b受力如图388丙