新教材高中物理第四章运动和力的关系6超重和失重课件新人教版必修第一册

1、第四章 运动和力的关系学习目标1.通过体验或者实验,认识超重和失重现象,理解超重、失重现象的产生条件和实质.能用牛顿第二定律分析超重和失重现象发生的动力学原因.培养运动和相互作用观念,提升物理学科素养.2.通过解释生活中的超重和失重现象,培养运用物理知识解释生活现象的能力,激发物理学习的兴趣,形成良好的科学态度与责任.6超重和失重知识点一 重力的测量1.如图所示,测量一个物块的重力大小,甲同学把物块挂在一弹簧测力计上,乙同学把物块放在一个台秤上,他们测量的原理是什么?甲乙答案:对于甲,物块静止时,物块受到的重力大小等于弹簧测力计的拉力;对于乙,物块受到的重力大小等于台秤的支持力.测量原理均是二

2、力平衡.2.测量重力的两种方法.(1)先测量物体做自由落体运动的加速度g,再用天平测量物体的质量,利用牛顿第二定律可得G= .(2)利用力的平衡条件对重力进行测量.将待测物体悬挂或放置在测力计上,使它处于 状态.这时物体所受的重力和测力计对物体的拉力或支持力的大小相等.mg静止知识点二超重和失重答案:物体向上加速时,受到重力和拉力的作用,受力分析如图所示,由于物体有向上的加速度,根据牛顿第二定律得F-G=ma,所以F=ma+GG,弹簧测力计的示数大于物体的重力.1.如图所示,用弹簧测力计测物体的重力时,突然向上加速,弹簧测力计的示数与物体的重力有何大小关系?尝试用牛顿第二定律分析.2.某同学家

3、住十楼,每天上学放学均要乘垂直升降电梯.上学时,在电梯里,开始他总觉得有种“轻飘飘”的感觉,背的书包也感觉变“轻”了.快到楼底时,他总觉得自己有种“脚踏实地”的感觉,背的书包也似乎变“重”了.这是什么原因呢?答案:这是因为电梯刚启动时处于失重状态,快到楼底时处于超重状态.3.失重.(1)概念: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)实质:具有 的加速度.(3)完全失重:物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力) 的现象.完全失重的实质是物体的加速度竖直向下且等于 .4.超重.(1)概念: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)实质:具有 的加速度

4、.竖直向下为0重力加速度g小于大于竖直向上小试身手判断下列说法的正误并和同学交流(正确的在括号内打“”,错误的打“”).1.物体处于超重状态时,可能向上运动,也可能向下运动.( )2.物体处于超重状态时,加速度一定向上.( )3.减速下降的物体处于失重状态.( )4.加速度大小等于g的物体处于完全失重状态.( )5.航天员在太空中处于完全失重状态,所以说航天员在太空中不受重力的作用.( )6.荡秋千过程中,秋千摆到最低位置时,人处于失重状态.( )探究一重力的测量问题情境一个人站在体重计上.在他下蹲的过程中,他发现体重计指针示数发生了变化.1.在人下蹲的过程中,体重计对人的支持力大小等于人的重

5、力吗?答案:体重计对人的支持力大小不等于人的重力.因为人下蹲的过程经历了加速向下、减速向下和静止这三个过程,其中前两个过程人处于非平衡状态,不满足二力平衡,所以体重计对人的支持力大小不等于人的重力.2.要想准确测量重力的大小,人应该怎么做?答案:要想准确测量重力的大小,人需保持平衡状态,此时体重计对人的支持力与人的重力才满足二力平衡,二者大小才相等.过程建构对重力测量的理解:(1)用平衡方法测量物体的重力时,物体应保持平衡状态.(2)弹簧测力计对物体的拉力(或体重计对物体的支持力)和物体所受的重力是两种不同的力,但物体静止时,根据二力平衡,它们的大小是相等的.(3)利用G=mg测重力,不同的地

6、方g一般不同,重力大小也不同.【典例1】用弹簧测力计竖直测量悬挂在其下面的小球的重力,则有 ( )A.小球对弹簧测力计的拉力就是小球的重力B.在任何情况下,小球对弹簧测力计的拉力大小都等于小球的重力大小C.静止时,小球对弹簧测力计的拉力大小等于小球的重力大小D.静止时,小球对弹簧测力计的拉力就是重力解析:拉力和重力是性质不同的力,不能等同,选项A、D错误;小球在静止或做匀速直线运动时,小球对弹簧测力计的拉力大小等于小球的重力大小,选项B错误,选项C正确.答案:C探究二超重和失重问题情境为了研究超重、失重现象,一同学在电梯里放了一台体重计,如图所示.设该同学的质量为50 kg,g取10 m/s2

7、.1.当电梯以a=2 m/s2的加速度匀加速上升时,体重计的示数多大?答案:匀加速上升时,以人为研究对象,受力情况如图所示,选向上为正方向.根据牛顿第二定律,有FN-mg=ma,得FN=mg+ma=50(10+2) N=600 N,根据牛顿第三定律可得人对体重计的压力即体重计的示数FN=FN=600 N.2.当电梯以a=2 m/s2的加速度匀减速上升时,体重计的示数多大?答案:匀减速上升时,以人为研究对象,人的受力情况如图所示,选向下为正方向.根据牛顿第二定律,有mg-FN=ma,得FN=mg-ma=50(10-2) N=400 N,根据牛顿第三定律可得人对体重计的压力即体重计的示数FN=FN

8、=400 N.3.当电梯以a=2 m/s2的加速度匀加速下降时,体重计的示数多大?答案:匀加速下降时,以人为研究对象,人的受力情况如图所示,选向下为正方向.根据牛顿第二定律,有mg-FN=ma,得FN=mg-ma=50(10-2) N=400 N,根据牛顿第三定律可得人对体重计的压力即体重计的示数FN=FN=400 N.4.当电梯以a=2 m/s2的加速度匀减速下降时,体重计的示数多大?答案:匀减速下降时,以人为研究对象,人的受力情况如图所示,选向上为正方向.根据牛顿第二定律有FN-mg=ma,得FN=mg+ma=50(10+2) N=600 N,根据牛顿第三定律可得人对体重计的压力即体重计的

9、示数FN=FN=600 N.5.结合以上探究过程,归纳总结:什么情况下会发生超重现象,什么情况下会发生失重现象.答案:问题1和问题4中,物体具有向上的加速度时,发生超重现象;问题2和问题3中,物体具有向下的加速度时,发生失重现象.过程建构1.实重和视重.(1)实重:物体实际所受的重力,不会因为物体运动状态的改变而改变.(2)视重:当物体在竖直方向上有加速度时,物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)将不等于物体的重力,此时弹簧测力计或体重计的示数叫作物体的视重.2.超重和失重的理解.(1)超重现象:物体具有竖直向上的加速度,物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)大于物体所受的重力.(2)失重现象

10、:物体具有竖直向下的加速度,物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)小于物体所受的重力.(3)完全失重现象:物体的加速度竖直向下且大小等于g.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.例如物体对桌面无压力,浸在水中的物体不受浮力等.在航天器中,物体将飘浮在空中,液滴呈球形,气泡在液体中将不会上浮等.另外,靠重力才能使用的仪器,也不能再使用,如天平、密度计等.3.超重和失重的分析.状态加速度a视重(F)与重力(mg)的关系运动情况受力示意图平衡状态a=0F=mg静止或匀速直线运动超重方向向上F=m(g+a)mg向上加速或向下减速失重方向向下F=m(g-a)mg向下加速或向上减速【典例

11、2】(多选)电梯的顶部拴一弹簧测力计,弹簧测力计下端挂一重物,电梯静止时,电梯中的人观察到弹簧测力计的示数为10 N.某时刻电梯中的人观察到弹簧测力计的示数为12 N,g取10 m/s2,则此时()A.电梯可能向上加速运动,加速度大小为2 m/s2B.电梯可能向上减速运动,加速度大小为2 m/s2C.电梯中的人一定处于超重状态D.电梯中的人一定处于平衡状态解析:弹簧测力计的示数增大,根据牛顿第二定律F-mg=ma,解得加速度a=2 m/s2,方向向上,电梯可能做向上的加速运动,或向下的减速运动,选项A正确,选项B错误;电梯中的人加速度向上,处于超重状态,选项C正确,选项D错误.答案:AC学会审

12、题(1)依据拉力和重力大小关系判断加速度方向及超、失重状态.(2)由牛顿第二定律求出加速度大小.【典例3】(多选)引体向上是同学们经常做的一项健身运动.该运动的动作要领:两手正握单杠,两手间距略宽于肩,两脚离地,两臂下垂伸直;用背阔肌的收缩力量将身体往上拉起,当下巴超过单杠时稍作停顿,静止一秒钟,使背阔肌彻底收缩;然后让身体徐徐下降,直到完全下垂,如图所示.这样上拉下放,重复动作,达到锻炼臂力和腹肌的目的.下列判断正确的是( )A.在上拉过程的开始,单杠对人的作用力大于人的重力B.在上拉过程的结束,单杠对人的作用力大于人的重力C.在下放过程的开始,单杠对人的作用力小于人的重力D.在下放过程的结

13、束,单杠对人的作用力小于人的重力解析:在上拉过程的开始,人要向上加速,处于超重状态,则单杠对人的作用力大于人的重力,选项A正确;在上拉过程的结束,人要向上减速,处于失重状态,单杠对人的作用力小于人的重力,选项B错误;在下放过程的开始,人要向下加速,处于失重状态,单杠对人的作用力小于人的重力,选项C正确;在下放过程的结束,人要向下减速,处于超重状态,单杠对人的作用力大于人的重力,选项D错误.答案:AC判断超重和失重现象的方法(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;小于重力时处于失重状态;等于0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

14、上的加速度时处于超重状态;具有向下的加速度时处于失重状态;向下的加速度为重力加速度时处于完全失重状态.(3)从速度变化的角度判断.物体向上加速或向下减速时,处于超重状态;物体向下加速或向上减速时,处于失重状态.课堂评价1.下列关于超重和失重的说法,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0C.物体处于超重(或失重)状态时,其惯性比物体处于静止状态时增加(或减小)了D.物体处于超重或失重状态时,其质量及受到的重力都没有变化答案:D2.如图所示,建筑工人在砌墙时需要将砖块运送到高处,采用的方式是一工人甲在低处将一摞砖竖直向上抛出,在高处的工人乙将其接住

15、.每块砖的质量均为m,现只考虑最上层的两块砖,不计空气阻力,下列说法正确的是( )答案:CA.工人甲在将砖块抛出时(砖未离手),砖块处于失重状态B.工人甲在将砖块抛出时(砖未离手),砖块间作用力等于mgC.工人甲在将砖块抛出后,砖块处于失重状态D.工人甲在将砖块抛出后,砖块间作用力等于mg3.在探究超重和失重规律时,某重力为G的同学站在一压力传感器上完成一次下蹲动作.传感器和计算机相连,经计算机处理后得到压力F随时间t变化的图像,则下列图像可能正确的是( )ABCD答案:D4.如图所示,一个质量是50 kg的人站在升降机的地板上,升降机的顶部悬挂了一个弹簧测力计,弹簧测力计下面挂着一个质量为mA=5 kg的物体A,当升降机向上运动时,