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高中物理第5节 超重与失重备课ppt课件
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这是一份高中物理第5节 超重与失重备课ppt课件，共36页。PPT课件主要包含了必备知识·自主学习，竖直向上，加速运动，减速运动，竖直向下，重力加速度，完全失重，关键能力·合作学习，视重大于实重Nmg，视重小于实重Nmg等内容，欢迎下载使用。
一、超重现象【情境思考】在乘竖直升降的电梯上楼时,电梯向上启动的瞬间大家都有“向下坠”的感觉,好像自己变重了,这是为什么呢?提示:电梯向上启动的瞬间,电梯里的人处于超重状态,电梯对人的支持力大于人的重力,使自己感觉好像变重了。
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.产生条件:物体具有_________的加速度。3.运动类型:超重物体做向上的_________或向下的_________。
二、失重现象【情境思考】太空中宇宙飞船里的宇航员,好像都有超能力,都能飘浮在空中,这是为什么?提示:宇宙飞船中的宇航员处于完全失重状态,所以会“飘浮”在空中。
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.产生条件:物体具有_________的加速度。3.运动类型:失重物体做向上的_________或向下的_________。4.完全失重:(1)定义:物体对悬挂物的_____(或对支持物的_____)等于零的状态。(2)产生条件:物体竖直向下的加速度等于___________。(3)所有的抛体运动,在不计阻力的情况下,都处于_________状态。
【易错辨析】(1)弹簧测力计测量重力时其示数一定等于物体的重力大小。( )(2)物体处于超重状态时,重力增大了。( )(3)物体处于失重状态时,物体的重力没有变化。( )(4)处于完全失重状态的物体不受重力作用。( )(5)做自由落体的物体处于完全失重状态。( )
知识点一 认识超重和失重角度 对超重、失重和完全失重的理解与认识
提醒:无论超重、失重还是完全失重,物体的重力没有发生改变。
【问题探究】我们测量体重时,站在台秤上应保持什么状态?为什么要这样?提示:测体重时应保持静止状态。因为体重计的示数实际是人对体重计压力的大小,保持静止状态,人对体重计的压力大小等于人的重力。
【典例示范】【典例】如图所示,一个人站在指针式体重计的秤台上,不动时示数为G,此人在下蹲过程中,体重计的示数( )A.先减小,后复原B.始终不变C.先增加,后复原D.先减小,后增加, 最后复原
【解析】选D。下蹲过程,人的重心先加速下降,此时加速度方向向下,人处于失重状态,示数小于重力;然后再减速下降,加速度方向向上,人处于超重状态,示数大于重力;最终重心保持不动,既不超重也不失重,示数等于重力。所以A、B、C错误,D正确。
【素养训练】1.(多选)有一种大型娱乐器械可以让人体验超重和失重,其环形座舱套在竖直柱子上(如图所示),由升降机送上几十米的高处,然后让座舱自由下落。落到一定位置时,制动系统启动,座舱做减速运动,到地面时刚好停下。下列说法正确的是( )A.座舱自由下落的过程中人处于超重状态B.座舱自由下落的过程中人处于失重状态C.座舱减速下落的过程中人处于超重状态D.座舱下落的整个过程中人处于失重状态
【解析】选B、C。在自由下落的过程中人只受重力作用,做自由落体运动,处于失重状态,故选项A错误,B正确;在减速下落的过程中人受重力和座位对人向上的支持力,做减速运动,所以加速度方向向上,人处于超重状态,故选项C正确,D错误。
2.如图,跳高运动员起跳后向上运动,越过横杆后开始向下运动,则运动员越过横杆前、后在空中所处的状态分别为( )A.失重、失重 B.超重、超重C.失重、超重 D.超重、失重
【解析】选A。运动员在空中的过程中,加速度总是等于竖直向下的重力加速度g,则运动员越过横杆前、后在空中所处的状态都是完全失重状态,故A正确,B、C、D错误。
【加固训练】 1.在升降的电梯内的水平地面上放一体重计,电梯静止时,小吴同学站在体重计上,体重计的示数为60 kg,电梯运动时,某一段时间小吴同学发现体重计的示数为72 kg,在这段时间内,下列说法正确的是( )A.小吴同学所受的重力变大了B.小吴同学对体重计的压力大于体重计对他的支持力C.电梯的加速度的方向一定竖直向上D.电梯的运动方向一定竖直向上
【解析】选C。在地球表面同一纬度重力与人的运动情况和是否受到其他力的作用无关,选项A错误;根据牛顿第三定律,压力和支持力是一对作用力和反作用力,选项B错误;体重计的示数72 kg大于60 kg,说明合力方向向上,根据牛顿第二定律可得加速度方向向上,选项C正确;加速度向上,电梯可能加速上升,也可能减速下降,选项D错误。
2.(多选)站在电梯上的人,当电梯竖直减速下降时,下面说法中正确的是( )A.电梯对人的支持力小于人对电梯的压力B.电梯对人的支持力大于人对电梯的压力C.电梯对人的支持力等于人对电梯的压力D.电梯对人的支持力大于人的重力
【解析】选C、D。减速下降时,加速度向上,人处于超重状态,所以电梯对人的支持力大于人受到的重力,而人对电梯的压力和电梯对人的支持力是相互作用力,大小必定相等,故A、B错误,C、D正确。
知识点二 超重和失重现象的比较和应用角度 平衡、超重、失重、完全失重状态的比较
提醒: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。
【问题探究】观看我国航天员太空授课的视频,你会发现好多有趣的现象:悬浮于空中的圆形水球、不再摆动的单摆、飘来飘去的航天员等,这些现象是我们地球上无法体验的,你知道这是为什么吗?提示:太空中的物体处于完全失重状态,由重力产生的所有物理现象都消失。
【典例示范】【典例】质量是60 kg的人站在升降机中的体重计上,如图所示。重力加速度g取10 m/s2,当升降机做下列各种运动时,求体重计的示数。(1)匀速上升。(2)以4 m/s2的加速度加速上升。(3)以5 m/s2的加速度加速下降。
【解析】(1)匀速上升时,由平衡条件得:FN1=mg=600 N由牛顿第三定律得:人对体重计压力为600 N,即体重计示数为600 N。(2)以a1=4 m/s2的加速度加速上升时,由牛顿第二定律得:FN2-mg=ma1,FN2=mg+ma1=840 N由牛顿第三定律得:人对体重计压力为840 N,即体重计示数为840 N。(3)以a2=5 m/s2的加速度加速下降时,由牛顿第二定律得:mg-FN3=ma2,FN3=mg-ma2=300 N由牛顿第三定律得:人对体重计压力为300 N,即体重计示数为300 N。答案:(1)600 N (2)840 N (3)300 N
【素养训练】(教材二次开发·教材P133T5变式题)如图所示,一个盛水的容器底部有一小孔,静止时用手指堵住小孔不让它漏水。假设容器在下述几种运动过程中始终保持平动,且忽略空气阻力,则下列说法正确的是( )A.容器自由下落时,小孔向下漏水B.将容器竖直向上抛出,容器向上运动时,小孔向下漏水;容器向下运动时,小孔不向下漏水C.将容器水平抛出,容器在运动中小孔向下漏水D.将容器斜向上抛出,容器在运动中小孔不向下漏水
【解析】选D。题中几种运动,对整体分析,都只受重力作用,运动加速度为g,方向向下,容器中的水处于完全失重状态,对容器底部无压力,故在底部的小孔处水不会漏出。故D正确,A、B、C错误。
【加固训练】 1.一个年轻人在以加速度为a=2 m/s2加速上升的升降机里最多能举起质量为m=50 kg的重物,问当升降机以同样的加速度减速上升时,该年轻人最多能举起的重物的质量m′为(g取10 m/s2)( )A.50 kg B.100 kg C.75 kg D.125 kg
【解析】选C。不论升降机加速上升还是减速上升,该年轻人的最大举力F是不变的。当升降机加速上升时,重物处于超重状态,F=m(g+a),当升降机减速上升时,重物处于失重状态,F=m′(g-a),联立以上两式得m′= ,其中a=2 m/s2,代入数据解得m′=75 kg。故C正确,A、B、D错误。
2.质量m=60 kg的小张同学站在直升梯内的体重计上,当直升梯从1楼升到20楼的过程中,体重计的示数分别为下列示数时,直升梯做什么运动?(g=10 m/s2)(1)示数为F=600 N时。(2)示数为F=720 N时。(3)示数为F=480 N时。
【解析】体重计的示数是人对体重计的压力,根据牛顿第三定律可知,体重计对人的支持力等于体重计的示数,人站在直升梯内的体重计上,受到重力和支持力,规定向上为正:(1)当体重计的示数F=600 N时,体重计对人的支持力F=600 N,人所受合力F合=F-mg=0,根据牛顿第二定律可知,人的加速度为零,故直升梯向上做匀速直线运动;
(2)当体重计的示数F=720 N时,体重计对人的支持力F=720 N,人所受合力F合=F-mg=120 N,根据牛顿第二定律可知a=2 m/s2,故直升梯向上做加速度大小为2 m/s2的匀加速直线运动;(3)当体重计的示数F=480 N时,体重计对人的支持力F=480 N,人所受合力F合=F-mg=-120 N,根据牛顿第二定律可知a=-2 m/s2,故直升梯向上做加速度大小为2 m/s2的匀减速直线运动。答案:(1)匀速直线运动 (2)向上做加速度大小为2 m/s2的匀加速直线运动(3)向上做加速度大小为2 m/s2的匀减速直线运动
【拓展例题】考查内容:超重、失重状态下的浮力问题【典例】如图所示,两台秤上各放装有水的容器甲和乙,水中各有一小球通过细线分别牵拉在容器的底部和悬挂在容器的盖板上静止不动,此时两台秤的示数分别为N甲和N乙。当细线断开后,甲容器内小球上浮,乙容器内小球下沉,设两小球分别上浮和下沉的过程中,两台秤的示数分别为N′甲和N′乙,则( )A.N′甲>N甲,N′乙>N乙 B.N′甲N乙D.N′甲>N甲,N′乙m水,故整体失重,乙台秤示数减少量为ΔF=m球a-m水a=(m球-m水)a,故N′乙
加速度（a）向下加速下降或者减速上升a=g时，完全失重
【生产情境】航天员景海鹏在酒泉卫星发射中心乘坐中国自行设计的“神舟十一号”飞船飞向太空。“神舟十一号”升空后120 s时,逃逸塔与火箭分离,此时飞船离地的高度为39 km。探究:假设这一阶段飞船做匀加速直线运动,航天员的体重为63 kg,试计算该阶段航天员对座椅的压力。
【解析】以航天员为研究对象,受重力和支持力。s=v0t+ at2a= ≈5.4 m/s2由牛顿第二定律得:F-G=maF=ma+mg由牛顿第三定律得航天员对座椅的压力F1=F=957.6 N答案:957.6 N
【实验情境】在弹簧测力计上挂一个重物,观察并记下静止时测力计的示数。探究:(1)让挂着重物的测力计缓缓地向上或向下做匀速运动,观察测力计的示数有无变化;(2)使挂着重物的测力计突然竖直向上做加速运动,仔细观察在加速的瞬间测力计示数有无变化。如有变化,是变大还是变小?
一、超重现象【情境思考】在乘竖直升降的电梯上楼时,电梯向上启动的瞬间大家都有“向下坠”的感觉,好像自己变重了,这是为什么呢?提示:电梯向上启动的瞬间,电梯里的人处于超重状态,电梯对人的支持力大于人的重力,使自己感觉好像变重了。
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.产生条件:物体具有_________的加速度。3.运动类型:超重物体做向上的_________或向下的_________。
二、失重现象【情境思考】太空中宇宙飞船里的宇航员,好像都有超能力,都能飘浮在空中,这是为什么?提示:宇宙飞船中的宇航员处于完全失重状态,所以会“飘浮”在空中。
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.产生条件:物体具有_________的加速度。3.运动类型:失重物体做向上的_________或向下的_________。4.完全失重:(1)定义:物体对悬挂物的_____(或对支持物的_____)等于零的状态。(2)产生条件:物体竖直向下的加速度等于___________。(3)所有的抛体运动,在不计阻力的情况下,都处于_________状态。
【易错辨析】(1)弹簧测力计测量重力时其示数一定等于物体的重力大小。( )(2)物体处于超重状态时,重力增大了。( )(3)物体处于失重状态时,物体的重力没有变化。( )(4)处于完全失重状态的物体不受重力作用。( )(5)做自由落体的物体处于完全失重状态。( )
知识点一 认识超重和失重角度 对超重、失重和完全失重的理解与认识
提醒:无论超重、失重还是完全失重,物体的重力没有发生改变。
【问题探究】我们测量体重时,站在台秤上应保持什么状态?为什么要这样?提示:测体重时应保持静止状态。因为体重计的示数实际是人对体重计压力的大小,保持静止状态,人对体重计的压力大小等于人的重力。
【典例示范】【典例】如图所示,一个人站在指针式体重计的秤台上,不动时示数为G,此人在下蹲过程中,体重计的示数( )A.先减小,后复原B.始终不变C.先增加,后复原D.先减小,后增加, 最后复原
【解析】选D。下蹲过程,人的重心先加速下降,此时加速度方向向下,人处于失重状态,示数小于重力;然后再减速下降,加速度方向向上,人处于超重状态,示数大于重力;最终重心保持不动,既不超重也不失重,示数等于重力。所以A、B、C错误,D正确。
【素养训练】1.(多选)有一种大型娱乐器械可以让人体验超重和失重,其环形座舱套在竖直柱子上(如图所示),由升降机送上几十米的高处,然后让座舱自由下落。落到一定位置时,制动系统启动,座舱做减速运动,到地面时刚好停下。下列说法正确的是( )A.座舱自由下落的过程中人处于超重状态B.座舱自由下落的过程中人处于失重状态C.座舱减速下落的过程中人处于超重状态D.座舱下落的整个过程中人处于失重状态
【解析】选B、C。在自由下落的过程中人只受重力作用,做自由落体运动,处于失重状态,故选项A错误,B正确;在减速下落的过程中人受重力和座位对人向上的支持力,做减速运动,所以加速度方向向上,人处于超重状态,故选项C正确,D错误。
2.如图,跳高运动员起跳后向上运动,越过横杆后开始向下运动,则运动员越过横杆前、后在空中所处的状态分别为( )A.失重、失重 B.超重、超重C.失重、超重 D.超重、失重
【解析】选A。运动员在空中的过程中,加速度总是等于竖直向下的重力加速度g,则运动员越过横杆前、后在空中所处的状态都是完全失重状态,故A正确,B、C、D错误。
【加固训练】 1.在升降的电梯内的水平地面上放一体重计,电梯静止时,小吴同学站在体重计上,体重计的示数为60 kg,电梯运动时,某一段时间小吴同学发现体重计的示数为72 kg,在这段时间内,下列说法正确的是( )A.小吴同学所受的重力变大了B.小吴同学对体重计的压力大于体重计对他的支持力C.电梯的加速度的方向一定竖直向上D.电梯的运动方向一定竖直向上
【解析】选C。在地球表面同一纬度重力与人的运动情况和是否受到其他力的作用无关,选项A错误;根据牛顿第三定律,压力和支持力是一对作用力和反作用力,选项B错误;体重计的示数72 kg大于60 kg,说明合力方向向上,根据牛顿第二定律可得加速度方向向上,选项C正确;加速度向上,电梯可能加速上升,也可能减速下降,选项D错误。
2.(多选)站在电梯上的人,当电梯竖直减速下降时,下面说法中正确的是( )A.电梯对人的支持力小于人对电梯的压力B.电梯对人的支持力大于人对电梯的压力C.电梯对人的支持力等于人对电梯的压力D.电梯对人的支持力大于人的重力
【解析】选C、D。减速下降时,加速度向上,人处于超重状态,所以电梯对人的支持力大于人受到的重力,而人对电梯的压力和电梯对人的支持力是相互作用力,大小必定相等,故A、B错误,C、D正确。
知识点二 超重和失重现象的比较和应用角度 平衡、超重、失重、完全失重状态的比较
提醒: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。
【问题探究】观看我国航天员太空授课的视频,你会发现好多有趣的现象:悬浮于空中的圆形水球、不再摆动的单摆、飘来飘去的航天员等,这些现象是我们地球上无法体验的,你知道这是为什么吗?提示:太空中的物体处于完全失重状态,由重力产生的所有物理现象都消失。
【典例示范】【典例】质量是60 kg的人站在升降机中的体重计上,如图所示。重力加速度g取10 m/s2,当升降机做下列各种运动时,求体重计的示数。(1)匀速上升。(2)以4 m/s2的加速度加速上升。(3)以5 m/s2的加速度加速下降。
【解析】(1)匀速上升时,由平衡条件得:FN1=mg=600 N由牛顿第三定律得:人对体重计压力为600 N,即体重计示数为600 N。(2)以a1=4 m/s2的加速度加速上升时,由牛顿第二定律得:FN2-mg=ma1,FN2=mg+ma1=840 N由牛顿第三定律得:人对体重计压力为840 N,即体重计示数为840 N。(3)以a2=5 m/s2的加速度加速下降时,由牛顿第二定律得:mg-FN3=ma2,FN3=mg-ma2=300 N由牛顿第三定律得:人对体重计压力为300 N,即体重计示数为300 N。答案:(1)600 N (2)840 N (3)300 N
【素养训练】(教材二次开发·教材P133T5变式题)如图所示,一个盛水的容器底部有一小孔,静止时用手指堵住小孔不让它漏水。假设容器在下述几种运动过程中始终保持平动,且忽略空气阻力,则下列说法正确的是( )A.容器自由下落时,小孔向下漏水B.将容器竖直向上抛出,容器向上运动时,小孔向下漏水;容器向下运动时,小孔不向下漏水C.将容器水平抛出,容器在运动中小孔向下漏水D.将容器斜向上抛出,容器在运动中小孔不向下漏水
【解析】选D。题中几种运动,对整体分析,都只受重力作用,运动加速度为g,方向向下,容器中的水处于完全失重状态,对容器底部无压力,故在底部的小孔处水不会漏出。故D正确,A、B、C错误。
【加固训练】 1.一个年轻人在以加速度为a=2 m/s2加速上升的升降机里最多能举起质量为m=50 kg的重物,问当升降机以同样的加速度减速上升时,该年轻人最多能举起的重物的质量m′为(g取10 m/s2)( )A.50 kg B.100 kg C.75 kg D.125 kg
【解析】选C。不论升降机加速上升还是减速上升,该年轻人的最大举力F是不变的。当升降机加速上升时,重物处于超重状态,F=m(g+a),当升降机减速上升时,重物处于失重状态,F=m′(g-a),联立以上两式得m′= ,其中a=2 m/s2,代入数据解得m′=75 kg。故C正确,A、B、D错误。
2.质量m=60 kg的小张同学站在直升梯内的体重计上,当直升梯从1楼升到20楼的过程中,体重计的示数分别为下列示数时,直升梯做什么运动?(g=10 m/s2)(1)示数为F=600 N时。(2)示数为F=720 N时。(3)示数为F=480 N时。
【解析】体重计的示数是人对体重计的压力,根据牛顿第三定律可知,体重计对人的支持力等于体重计的示数,人站在直升梯内的体重计上,受到重力和支持力,规定向上为正:(1)当体重计的示数F=600 N时,体重计对人的支持力F=600 N,人所受合力F合=F-mg=0,根据牛顿第二定律可知,人的加速度为零,故直升梯向上做匀速直线运动;
(2)当体重计的示数F=720 N时,体重计对人的支持力F=720 N,人所受合力F合=F-mg=120 N,根据牛顿第二定律可知a=2 m/s2,故直升梯向上做加速度大小为2 m/s2的匀加速直线运动;(3)当体重计的示数F=480 N时,体重计对人的支持力F=480 N,人所受合力F合=F-mg=-120 N,根据牛顿第二定律可知a=-2 m/s2,故直升梯向上做加速度大小为2 m/s2的匀减速直线运动。答案:(1)匀速直线运动 (2)向上做加速度大小为2 m/s2的匀加速直线运动(3)向上做加速度大小为2 m/s2的匀减速直线运动
【拓展例题】考查内容:超重、失重状态下的浮力问题【典例】如图所示,两台秤上各放装有水的容器甲和乙,水中各有一小球通过细线分别牵拉在容器的底部和悬挂在容器的盖板上静止不动,此时两台秤的示数分别为N甲和N乙。当细线断开后,甲容器内小球上浮,乙容器内小球下沉,设两小球分别上浮和下沉的过程中,两台秤的示数分别为N′甲和N′乙,则( )A.N′甲>N甲,N′乙>N乙 B.N′甲
加速度（a）向下加速下降或者减速上升a=g时，完全失重
【生产情境】航天员景海鹏在酒泉卫星发射中心乘坐中国自行设计的“神舟十一号”飞船飞向太空。“神舟十一号”升空后120 s时,逃逸塔与火箭分离,此时飞船离地的高度为39 km。探究:假设这一阶段飞船做匀加速直线运动,航天员的体重为63 kg,试计算该阶段航天员对座椅的压力。
【解析】以航天员为研究对象,受重力和支持力。s=v0t+ at2a= ≈5.4 m/s2由牛顿第二定律得:F-G=maF=ma+mg由牛顿第三定律得航天员对座椅的压力F1=F=957.6 N答案:957.6 N
【实验情境】在弹簧测力计上挂一个重物,观察并记下静止时测力计的示数。探究:(1)让挂着重物的测力计缓缓地向上或向下做匀速运动,观察测力计的示数有无变化;(2)使挂着重物的测力计突然竖直向上做加速运动,仔细观察在加速的瞬间测力计示数有无变化。如有变化,是变大还是变小?
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