教科版高中物理必修第一册第四章牛顿运动定律7超重与失重课件

1.视重:物体在竖直方向做加速运动时,物体对悬挂物的拉力(弹簧测力计的示数T)或对支持

物的压力(N),通常我们称它(T或N)为视重。2.实重:重力是由于地球作用于物体而产生的,始终存在,大小也不会受运动状态改变的影响,

我们通常称它为实重。3.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:物体具有向上的加速度。7

超重与失重知识点1超重与失重现象必备知识清单破4.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:物体具有向下的加速度。5.完全失重(1)定义:物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)等于零的现象。(2)产生条件:加速度a=g,方向竖直向下。物体处于超重还是失重状态,只取决于加速度的方向,与运动方向无关。知识点2超重和失重现象的分析状态

视重F与重力mg的关系运动情况举例受力示意图平衡a=0F=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(a<g)向下加速或向上减速

完全失重a=g,方向向下F=0自由落体运动、竖直上抛运动

知识辨析1.我们测量体重时,站在台秤上应保持什么状态?

应保持静止状态。2.物体向上运动时就处于超重状态,向下运动时就处于失重状态,你认为这种说法对吗?

不对。超重、失重的条件不是速度的方向向上或向下,而是加速度的方向向上或向下。加

速度向上时,物体可能向上加速运动,也可能向下减速运动。加速度向下时,物体可能向下加

速运动,也可能向上减速运动。所以判断超重、失重现象要看加速度的方向,加速度向上时

超重,加速度向下时失重。3.在乘竖直升降电梯上楼时,电梯启动瞬间加速度方向如何?人处于超重还是失重状态?

加速度竖直向上,人处于超重状态。提示提示提示4.在乘竖直升降电梯上楼时,电梯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?

加速度竖直向下,人处于失重状态。5.在乘竖直升降电梯下楼时,电梯启动的瞬间以及到达楼梯底前减速运动时,人处于超重还是

失重状态?

向下启动瞬间,加速度向下,人处于失重状态;向下减速运动时加速度向上,人处于超重状态。提示提示1.超重现象的定量分析人站在具有向上的加速度a(向上加速或向下减速)的电梯里的体重计上,以人为研究对

象:由牛顿第二定律有F合=F-mg=ma则体重计对人的支持力F=mg+ma故人对体重计的压力大小F'=F=mg+ma因此体重计的示数为F'=mg+ma>mg关键能力定点破定点

超重、失重现象的应用2.失重现象的定量分析人站在具有向下的加速度a(向下加速或向上减速)的电梯里的体重计上,以人为研究对

象:由牛顿第二定律有F合=mg-F=ma则体重计对人的支持力F=mg-ma故人对体重计的压力大小为F'=F=mg-ma因此体重计的示数为F'=mg-ma<mg3.完全失重当物体具有向下的加速度且加速度a=g时,则F'=mg-mg=0。典例某人在以a1=0.5m/s2的加速度匀加速下降【1】的升降机中最多可举起m1=90kg的物体,则

此人在地面上最多可举起多少千克的物体?若此人在匀加速上升【2】的升降机中最多能举起

m2=40kg的物体,求此升降机上升的加速度a2的大小。(重力加速度g取10m/s2)信息提取

【1】升降机处于失重状态,物体对人的压力(大小等于人对物体的“举力”)小

于物体所受重力。【2】升降机处于超重状态,物体对人的压力(大小等于人对物体的“举力”)大于物体所受

重力。思路点拨

(1)设此人的最大“举力”为F,在不同环境中这个最大“举力”是恒定不

变的【3】,即他在以不同的加速度运动的升降机中最大的“举力”均为F。(2)以物体为研究对象进行受力分析,根据物体的运动状态,可求出人的最大“举力”,从而推

知在地面上最多可举起物体的质量。通过最大“举力”,结合牛顿第二定律可求出物体的加

速度,即升降机的加速度。解析

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(由【1】得到)所以F=m1(g-a1)=855N当他在地面上举物体时,设最多可举起质量为m0的物体,则有m0g-F=0(由【3】得到)所以m0=85.5kg

若此人在匀加速上升的升降机中最多能举起m2=40kg的物体,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(由【2】得到)所以a2=

=11.375m/s2即升降机加速上升的加速度的大小为11.375m/s2

答案

85.5kg

11.375m/s2

讲解分析1.常见的两类问题(1)已知物体在某一过程中所受的合力(或某个力)随时间变化的图线,分析物体的运动情况。(2)已知物体在某一过程中速度、加速度随时间变化的图线,分析物体的受力情况。2.解决图像综合问题的关键(1)把图像与具体的题意、情境结合起来,明确图像的物理意义,明确图像所反映的物理过

程。(2)特别要注意图像中的一些特殊点,如图线与横、纵坐标轴的交点,图线的转折点,两图线的

交点等所表示的物理意义。学科素养

题型破题型1动力学中的图像问题例题为了探究物体与固定斜面间的动摩擦因数,某同学进行了如下实验:取一质量为m的物

体,使其在沿斜面方向的推力作用下向上运动【1】,如图甲所示,通过力传感器得到推力随时间

变化的规律如图乙所示【2】,通过频闪照相处理后得出物体速度随时间变化的规律如图丙所

示【3】,若已知斜面的倾角α=30°,重力加速度g取10m/s2。求:

(1)物体与固定斜面间的动摩擦因数;(2)若在t=6s时撤去推力F,物体还能上升的距离(斜面足够长)。典例呈现信息提取

【1】物体在斜面上运动时受到重力、支持力、摩擦力、推力的作用,受力分析图如图所

示。【2】【3】在0~2s内,推力大小F1=21.5N,物体做匀加速直线运动;在2~6s内,推力大小F2=20

N,物体做匀速直线运动。解析

(1)0~2s内,由牛顿第二定律得F1-mgsinα-μmgcosα=ma1,a1=

=0.5m/s2;2s~6s内,由牛顿第二定律得F2-mgsinα-μmg·cosα=0,代入数据解得m=3kg,μ=

。(2)撤去推力F后,由牛顿第二定律得-μmgcosα-mgsinα=ma3解得a3=-

m/s2x3=

=0.075m。思路点拨

首先对物体进行受力分析,结合图像分析物体的运动状态,然后根据牛顿第二定

律列方程求解。答案

(1)

(2)0.075m讲解分析当物体由一种物理状态变为另一种物理状态时,可能存在一个转折点,这时物体所处的

状态称为临界状态,与之相关的物理条件则称为临界条件,涉及临界状态的问题称为临界问

题。许多临界问题题干中常用“恰好”“最大”“至少”“不相撞”“恰脱离”等词语对

临界状态给出暗示,审题时要抓住这些特定词语挖掘其内涵规律,找出临界条件。1.四类典型临界条件(1)接触与脱离的临界条件:叠放在一起的两个物体在分离瞬间,从受力的角度来讲,它们之间题型2动力学中的临界问题的压力为零;从运动学的角度来讲,两者在垂直于接触面方向的速度和加速度仍然相等。(2)相对滑动的临界条件:两物体挤压、有相对运动趋势但处于相对静止状态时,存在着静摩

擦力,相对滑动的临界条件是静摩擦力达到最大值。(3)绳子断裂与松弛的临界条件:绳子所能承受的张力是有限度的,绳子断与不断的临界条件

是绳中张力等于它所能承受的最大张力;绳子松弛的临界条件是绳中张力FT=0。(4)速度达到最值的临界条件:加速度为0。2.求解临界问题的常用方法临界法分析题目中的物理过程,明确临界状态,直接

从临界状态和相应的临界条件入手,求出临

界值解析法明确题目中的变量,求解变量间的数学表达

式,根据数学表达式分析临界值2.求解临界问题的常用方法例题如图所示,一弹簧一端固定在倾角为θ=37°的光滑固定斜面的底端,另一端拴住质量为m1

=4kg的物体P,Q为一质量为m2=8kg的物体,弹簧的质量不计,劲度系数k=600N/m,系统处于

静止状态【1】。现给Q施加一个方向沿斜面向上的力F,使它从静止开始沿斜面向上做匀加速

运动,已知在前0.2s时间内,F为变力,0.2s以后F为恒力【2】,已知sin37°=0.6,cos37°=0.8,取g=10

m/s2,求力F的最大值与最小值。

典例呈现信息提取

【1】弹簧处于压缩状态,可以选P、Q整体为研究对象,由平衡条件求出开始时

弹簧的压缩量。【2】0.2s时刻P、Q两物体分离,此时P、Q之间的弹力为零,且两物体仍具有相同的加速

度。思路点拨

(1)系统处于静止状态时,根据平衡条件结合胡克定律求出弹簧的压缩量。(2)P、Q分离前,它们一起做匀加速直线运动,弹簧的压缩量减小,弹簧弹力减小,故F增大;

当P、Q分离时,它们之间的弹力为零,F达到最大值【3】,此后F为恒力,可知刚开始运动时F最

小【4】。(3)P、Q分离瞬间,对P受力分析,根据牛顿第二定律【5】列式;对于P、Q做匀加速直线运动的

过程,列位移-时间关系式【6】,结合求解加速度,进而求解F的最值。解析

设开始时弹簧的压缩量为x0,由平衡条件得(m1+m2)gsinθ=kx0代入数据解得x0=0.12m(由【1】得到)0.2s时刻P、Q两物体分离,此时它们之间的弹力为零,设此时弹簧的压缩量为x1,对物体P,由

牛顿第二定律得kx1-m1gsinθ=m1a(由【2】【5】得到)前0.2s时间内两物体的位移为x0-x1=

at2(由【6】得到)联立解得a=3m/s2对P、Q两物体的受力进行分析,可知开始运动时拉力最小,分