广西专版2023_2024学年新教材高中物理第4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

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6　超重和失重素养·目标定位课前·基础认知课堂·重难突破随 堂 训 练素养·目标定位目 标 素 养1.知道重力测量的方法,培养科学探究能力。2.知道超重、失重和完全失重现象,会根据条件判断超重、失重现象,培养科学思维能力。知 识 概 览 课前·基础认知一、重力的测量测量重力的方法。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=mg　。 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,使它处于静止状态,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,就等于　测力计的示数　。 微思考1处于静止状态的物体,它对支持物的压力或拉力一定等于物体的重力吗?提示:不一定,物体只有静止在水平面上,并在竖直方向上除重力和支持力外无其他作用力时,支持力才与重力大小相等;当物体静止在斜面上时,支持力小于重力。二、超重和失重1.失重。物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)　小于　物体所受重力的现象,叫作失重现象。 2.超重。物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)　大于　物体所受重力的现象,叫作超重现象。 3.完全失重。如果物体对支持物(或悬挂物)　完全没有　作用力,这时物体正好以大小等于　g　、方向　竖直向下　的加速度运动,此时物体处于完全失重状态。 微思考2你乘坐过高速电梯吗?电梯在启动、停止的过程中你有怎样的感受?将你的体验与同学交流一下,体会其中蕴含的物理规律。提示:上楼过程中,电梯启动时感到脚对地板的压力增大,电梯在停止的过程中感到脚对地板的压力减小了。课堂·重难突破对超重、失重的理解重难归纳1.实重。物体实际所受的重力。物体所受的重力不会因物体运动状态的改变而变化。2.理解超重与失重。(1)超重与失重现象仅仅是一种表象,其实质是拉力(或压力)的增大或减小,而物体的重力的大小是不变的。(2)超重、失重和运动状态的关系。(3)加速度有竖直分量时也处于超重或失重。物体的加速度方向虽然不是竖直方向,但有竖直向上或竖直向下的加速度分量时,物体也处于超重或失重状态。例如:如图所示,人随自动扶梯斜向上加速运动时,加速度有竖直向上分量ay,根据牛顿第二定律知,在竖直方向上FN-mg =may,所以FN=m(g+ay)>mg,根据牛顿第三定律知,人对扶梯的压力大于其重力,所以人处于超重状态。同理可知,当人随自动扶梯斜向下加速运动时,加速度有竖直向下分量ay,人处于失重状态。(1)处于完全失重状态的物体对水平支持物的压力或对竖直悬挂物的拉力等于零,这时由重力所产生的一切现象消失。如无法用弹簧测力计测物体的重力,也无法用天平测量物体的质量,单摆停摆,浮力消失,液体压强计无法使用等,但此时物体的重力并不变化。3.平衡、超重、失重、完全失重的比较。如图甲所示,有三个用特殊材料制成的除了颜色不同之外,其他均相同的蓝、绿、橘色圆柱体,将它们放置在透明盒子里,如图乙所示,此时圆柱体之间、圆柱体与盒子侧壁和上部均刚好接触且均无挤压。假设不管圆柱体如何放置,其竖直方向承力能力都较差,水平方向承力能力都较强(透明盒子的抗挤压能力远远大于圆柱体,圆柱体所受盒子的挤压力只要达到其最大承受力就立刻碎掉,该最大承受力大于三圆柱体总重力,不计一切摩擦)。若应用超失重仅让橘色的圆柱体碎掉,而其他圆柱体安然无恙,该如何做?提示:将图乙中的盒子沿垂直纸面向外的方向翻转90°,翻转后的侧视图如图所示,然后将其放入加速上升或减速下降的升降机中,橘色圆柱体与盒子接触处产生较大的挤压力导致橘色圆柱体破碎,而其他两个圆柱体与盒子上部无挤压,只是与侧壁有挤压,而圆柱体水平方向承力能力又较大,蓝、绿两圆柱体不会破碎。答案:BD 规律总结判断超重和失重的方法学以致用某实验小组利用数字信息系统观察超重和失重现象。他们在学校电梯房内做实验,在电梯天花板上固定一个力传感器,测量挂钩向下,并在挂钩上悬挂一个重为10 N的钩码,在电梯运动过程中,计算机显示屏上显示出如图所示图像,以下根据图像分析所得结论错误的是(　　)A.该图像显示出了力传感器对钩码的拉力大小随时间的变化情况B.从时刻t1到t2,钩码处于失重状态,从时刻t3到t4,钩码处于超重状态C.电梯可能先加速向下,接着匀速向下,再减速向下,最后静止D.这个过程中,物体的重力发生了变化答案:D解析题图中图像显示了力传感器对钩码的拉力大小随时间的变化情况。0~t1时间内,钩码受力平衡;t1~t2时间内,拉力小于10 N,钩码处于失重状态;t2~t3时间内,钩码受力平衡;t3~t4时间内,拉力大于10 N,钩码处于超重状态。由以上分析可知,选项D错误。方法点拨 处理超重与失重问题的基本思路超重和失重问题实质上就是牛顿第二定律应用的延续,解题时仍应抓住联系力和运动的桥梁——加速度。具体步骤如下:(1)确定研究对象;(2)把研究对象从运动体系中隔离出来,进行受力分析并画出受力图;(3)选取正方向,分析物体的运动情况,明确加速度的方向;(4)据牛顿运动定律和运动学公式列方程;(5)解方程,找出所需要的结果。随 堂 训 练1.跳水运动员从10 m跳台腾空跃起,先向上运动一段距离达到最高点后,再自由下落进入水池。不计空气阻力,关于运动员在空中上升过程和下落过程,以下说法正确的是(　　)A.上升过程处于超重状态,下落过程处于失重状态B.上升过程处于失重状态,下落过程处于超重状态C.上升过程和下落过程均处于超重状态D.上升过程和下落过程均处于完全失重状态答案:D解析:跳水运动员在空中时无论上升还是下落,加速度方向均向下,由于不计空气阻力,故均为完全失重状态,故选项D正确。2.如图所示,A、B两人用安全带连接在一起,从飞机上跳下进行双人跳伞运动,降落伞未打开时不计空气阻力。下列说法正确的是(　　) A.在降落伞未打开的下降过程中,安全带的作用力一定为零B.在降落伞未打开的下降过程中,安全带的作用力大于B的重力C.在降落伞未打开的下降过程中,安全带的作用力等于B的重力D.在降落伞打开后减速下降过程中,安全带的作用力小于B的重力答案:A 解析:据题意,降落伞未打开时,A、B两人一起做自由落体运动,处于完全失重状态,则A、B之间安全带的作用力为0,选项A正确,B、C错误;降落伞打开后,A、B减速下降,加速度向上,则A、B处于超重状态,对B有FT-mg=ma,即FT=mg+ma>mg,选项D错误。3.某人站在静止的台秤上,在他猛地下蹲的过程中,若不考虑台秤的惯性,则台秤的读数(　　)A.先变大后变小,最后等于它的重力B.先变小后变大,最后等于它的重力C.一直变大,最后等于它的重力D.一直变小,最后等于它的重力答案:B解析:人蹲下的过程经历了加速向下、减速向下和静止这三个过程。显然在这三个过程中,人的加速度方向是向下→向上→为零。在加速向下时,人获得向下的加速度a,由牛顿第二定律得mg-FN=ma,FN=m(g-a)mg,弹力FN大于mg;当人静止时, FN=mg。4.金属小桶侧面有一小孔A,当桶内盛水时,水会从小孔A中流出。如果让装满水的小桶自由下落,不计空气阻力,则在小桶自由下落过程中(　　)A.水继续以相同的速度从小孔中喷出B.水不再从小孔喷出C.水将以更大的速度喷出D.水将以较小的速度喷出答案:B解析:水桶自由下落,处于完全失重状态,故其中的水也处于完全失重状态,对容器壁无压力,故水不会流出,选项B正确。答案:C 5.如图所示的装置中,重为4 N的物块,用一平行于斜面的细线拴在斜面上端的小柱上,整个装置被固定在测力计上并保持静止,斜面的倾角为30°。如果物块与斜面间无摩擦,装置稳定以后,烧断细线,物块下滑,与稳定时比较,测力计读数(　　)A.增大4 NB.增大3 NC.减小1 ND.不变6.一质量为m=40 kg的小孩站在电梯内的体重计上。电梯从t=0时刻由静止开始上升,在0~6 s内体重计示数F的变化情况如图所示。在这段时间内小孩超、失重情况及电梯上升的高度是多少?(重力加速度g取10 m/s2)答案:见解析 章末知识体系构建运动状态 质量正比反比作用力的方向ma矢量瞬时独立向上向下g