高中物理课件：超重与失重

超重与失重了解超重和失重现象，以及它们背后的物理原理。什么是重力？地球吸引地球对任何物体都有吸引力，这种力就是重力。万有引力重力是万有引力的一种特殊形式，是由地球质量引起的。方向指向地心重力的方向总是指向地心，无论物体处于何种位置。重力感受相关概念重力地球对物体的吸引力。重力加速度物体由于重力作用而产生的加速度。超重与失重物体所受的支持力或拉力大于或小于重力的现象。做实验了解重力感受1自由落体当物体不受任何外力作用时，它会以重力加速度向下加速，体验失重状态。2向上加速当物体向上加速时，它会感受到比重力更大的力，体验超重状态。3向下加速当物体向下加速时，它会感受到比重力更小的力，体验失重状态。什么是重力加速度？自由落体运动当物体只受重力作用时，物体将做自由落体运动。加速度自由落体运动中，物体速度均匀增加，速度变化量与时间成正比，这就是重力加速度。了解重力加速度的特点方向重力加速度的方向始终指向地心，与重力的方向一致。大小重力加速度的大小在地球上不同地点略有差异，通常取值为9.8m/s²。影响重力加速度的大小受地球自转的影响，赤道处的重力加速度略小于两极。重力加速度的数值9.8地球表面约为9.8米每平方秒1.6月球表面约为1.6米每平方秒如何测量重力加速度自由落体法利用自由落体运动的公式，通过测量物体下落的高度和时间，计算出重力加速度。单摆法利用单摆的周期公式，通过测量摆长和周期，计算出重力加速度。其他方法还有其他方法，例如利用气压计或加速度计测量重力加速度。定义超重与失重超重：物体所受支持力或拉力大于物体重力时，我们就说物体处于超重状态。失重：物体所受支持力或拉力小于物体重力时，我们就说物体处于失重状态。举例说明超重和失重当电梯加速上升时，人对电梯底部的压力大于自身重力，这就是超重现象。当电梯加速下降时，人对电梯底部的压力小于自身重力，这就是失重现象。在失重状态下，人会感觉轻飘飘的，甚至会漂浮起来。在乘坐过山车时，当过山车加速上升或向下俯冲时，人会感受到超重或失重。当过山车高速行驶过弯道时，人会感受到向心加速度产生的超重。航天员在太空中，由于失去了地球引力的作用，会处于失重状态。超重与失重的判断条件超重物体实际受到的重力大于其自身的重力，表现为物体对支持物的压力大于物体的重力。失重物体实际受到的重力小于其自身的重力，表现为物体对支持物的压力小于物体的重力。航天器中的超重与失重航天器在发射升空和返回地面过程中，会经历超重和失重状态。发射升空时，火箭发动机产生的推力大于航天器的重力，航天器加速上升，此时航天器内物体受到的合力大于重力，处于超重状态。返回地面时，航天器减速下降，此时航天器内物体受到的合力小于重力，处于失重状态。载人航天体验的超重与失重发射阶段航天器加速上升，宇航员会感受到明显的超重，感觉身体被压向座椅。轨道运行阶段航天器处于失重状态，宇航员会漂浮在舱内，感觉身体轻飘飘的。返回阶段航天器减速下降，宇航员会感受到短暂的超重，类似于过山车急速下降的感觉。过山车中的超重与失重在过山车运行过程中，乘客会经历超重和失重的感觉。当过山车快速向上爬升时，乘客会感到超重，因为此时乘客的加速度方向向上，与重力方向相反，合力大于重力。当过山车快速向下俯冲时，乘客会感到失重，因为此时乘客的加速度方向向下，与重力方向相同，合力小于重力。过山车设计对超重的考虑速度设计过山车速度设计需考虑乘客安全。过山车运行过程中，速度过快会导致乘客超重。因此，速度设计需与轨道结构、安全标准相匹配。轨道设计过山车轨道设计应考虑乘客舒适度，并避免乘客在剧烈颠簸中出现超重或失重。轨道形状应尽量平滑，减少过大的加速度变化。电梯中的超重与失重电梯加速上升时，人对电梯底部的压力大于人的重力，人处于超重状态。电梯加速下降时，人对电梯底部的压力小于人的重力，人处于失重状态。电梯匀速运动时，人处于平衡状态，此时人对电梯底部的压力等于人的重力。电梯设计对超重的考虑1承载能力电梯的设计要考虑超重情况，确保其能够承受超过额定载荷的重量。2安全系数电梯的钢缆、制动系统等部件需要有足够的强度和安全系数，以应对超重情况下的负荷。3减震措施电梯的减震系统可以有效地减少超重情况下的震动，提高乘坐舒适度。抛物线运动中的超重与失重过山车示例过山车在轨道上运行时，会经历超重和失重的状态。当过山车加速上升时，乘客会感受到超重，而当过山车减速下降时，乘客会感受到失重。跳伞示例跳伞运动员在跳伞过程中，也会经历超重和失重的状态。当跳伞运动员从飞机上跳下来时，会经历超重，而当跳伞运动员打开降落伞后，会经历失重。自由落体运动的特点加速度自由落体运动的加速度等于重力加速度，为常数。方向自由落体运动的加速度方向始终竖直向下。速度自由落体运动的速度不断增大，方向始终竖直向下。自由落体运动的应用实例自由落体运动的应用非常广泛，例如：-计算物体下落时间-确定物体下落距离-预测物体下落速度-设计跳伞运动-研究物体在空气中的运动重力场中的力重力物体在重力场中受到的力，方向指向地心。支持力物体受到的支撑面或悬挂绳索对物体的支持力，方向垂直于接触面。摩擦力物体在接触面上发生相对运动或有相对运动趋势时，接触面之间产生的阻碍相对运动的力。法向受力产生的压力法向力作用在物体表面上的力，垂直于物体表面。压力法向力在物体表面上的分布程度，即单位面积上的法向力大小。压强压力与物体表面积之比，表示单位面积上所受的压力大小。切向受力产生的切应力切向力切向力是指作用在物体表面，与物体表面相切的力。例如，当我们用手推一个箱子时，我们施加的力就是切向力。切应力切应力是指切向力作用在物体表面上的单位面积上的力。切应力的大小与切向力的方向有关，如果切向力垂直于表面，则切应力为零。重力对人体的影响骨骼重力作用下，骨骼承受着巨大的压力，从而变得更加坚固。肌肉肌肉需要克服重力，才能保持身体平衡和运动，锻炼肌肉。循环系统重力影响血液循环，心脏需要克服重力将血液输送到头部。重力病理的诊断和预防影像检查通过X光、CT等影像检查，可以观察骨骼、关节的形态和结构变化，判断是否出现重力病理。体格检查医生会进行体格检查，包括血压、心率、呼吸等，了解患者的身体状况，判断是否出现重力病理。功能评估医生会评估患者的运动功能，例如行走、跳跃、平衡等，判断是否出现重力病理。无重状态下生理的适应1骨骼密度下降长时间无重力环境会导致骨骼矿物质流失，骨密度下降，容易骨折。2肌肉萎缩由于缺乏重力负荷，肌肉会逐渐萎缩，力量下降，影响运动能力。3循环系统改变血液重新分配，心脏负荷减轻，血压下降，容易发生体位性低血压。4免疫功能下降长时间无重力环境会影响免疫系统功能，更容易感染疾病。微重力环境的应用前景太空制造微重力环境有利于材料的均匀混合和晶体的生长，可以制造出在地球上无法获得的特殊材料。科学研究微重力环境可以帮助科学家研究物质在失重状态下的特性，以及人类在太空环境中的适应性。地球观测太空中的卫星可以更全面地观测地球，例如监测自然灾害、环境变化等。人类探索无重状态的历程120世纪初科学家开始提出无重状态的概念，并进行相关理论研究。220世纪50年代随着火箭和卫星技术的进步，人类首次进入太空，开始了对无重状态的探索。320世纪60-70年代载人航天技术取得突破，人类首次在太空中长期停留，进