沪科版 (2019)必修 第一册第4章 牛顿运动定律4.6 超重与失重课堂教学ppt课件

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1.超重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.失重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。3.完全失重物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)等于零的状态。即a=g,方向竖直向下。
1.正误辨析(1)超重就是物体受到的重力增加了。(　　)答案 ×(2)物体处于完全失重状态时,物体的重力就消失了。(　　)答案 ×(3)物体处于超重状态时,物体一定在上升。(　　)答案 ×(4)物体处于失重状态时,物体可能在上升。(　　)答案 √
2.质量为50 kg的人站在电梯内的水平地板上,当电梯以大小为0.5 m/s2的加速度匀减速上升时,人对电梯地板的压力大小为　　　　　 N(g取10 m/s2)。 答案 475
如图所示,某人乘坐电梯正在向上运动。(1)电梯启动瞬间加速度沿什么方向?人受到的支持力比重力大还是小?电梯匀速向上运动时,人受到的支持力比其重力大还是小?(2)电梯将要到达目的地减速运动时加速度沿什么方向?人受到的支持力比重力大还是小?
要点提示 (1)电梯启动瞬间加速度方向向上,人受到的合力方向向上,所以支持力大于重力;电梯匀速向上运动时,人受到的合力为零,所以支持力等于重力。(2)减速运动时,因速度方向向上,故加速度方向向下,即人受到的合力方向向下,所以支持力小于重力。
1.当物体处于超重或失重状态时,物体的重力并未变化。2.超重、失重的比较
例1(2021浙江宁波高一期末)跳高运动中有许多物理知识,运动员(　　)A.经过最高点时处于平衡状态B.在下降过程中处于超重状态C.起跳离地后在上升过程中处于失重状态D.起跳时地面对他的支持力大于他对地面的压力
解析 经过最高点时,只受重力作用,受合外力不为零,不是处于平衡状态,选项A错误;在下降过程中,加速度为向下的g,处于失重状态,选项B错误;起跳离地后在上升过程中,加速度为向下的g,处于失重状态,选项C正确;起跳时地面对他的支持力与他对地面的压力是一对作用力与反作用力,等大反向,选项D错误。答案 C
规律方法 判断超重与失重的方法(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,等于零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g时处于完全失重状态。(3)方法口诀:超重与失重,全由a来定,向上为超重,向下为失重。
变式训练1某同学站在电梯底板上,如图所示的v-t图像是计算机显示的电梯在某一段时间内速度变化的情况(竖直向上为正方向)。根据图像提供的信息,可以判断下列说法正确的是(　　)A.在0~20 s内,电梯向上运动,该同学处于超重状态B.在0~5 s内,电梯在加速上升,该同学处于失重状态C.在5~10 s内,电梯处于静止状态,该同学对电梯底板的压力等于他所受的重力D.在10~20 s内,电梯在减速上升,该同学处于失重状态
解析 在v-t图像中,图像的斜率表示加速度,故0~5 s内斜率为正,加速度为正,方向竖直向上,处于超重状态,速度为正,即电梯向上加速运动;在5~10 s过程中,电梯匀速运动,该同学加速度为零,该同学对电梯底板的压力等于他所受的重力,处于平衡状态;10~20 s过程中,斜率为负,加速度竖直向下,速度为正,即电梯向上做减速运动,处于失重状态,D正确。答案 D
人用体重计来测量自身的体重,体重计的示数显示了人的体重。当人站在体重计上静止时,体重计的示数固定不变。人从站立状态到完全蹲下,体重计的示数呈现什么特点?为什么会这样?要点提示 人在下蹲的过程中,向下做先加速后减速的运动,加速度的方向先向下后向上,所以人先处于失重状态再处于超重状态,体重计的示数先减小后增大,最后保持不变。
处理超重与失重问题的基本思路(1)分析物体运动的加速度方向;(2)判断物体处于超重(或失重)状态;(3)分析物体的受力情况,利用牛顿第二定律分析和求解。要点笔记 超重和失重问题实质上就是牛顿第二定律应用的延续,解题时仍应抓住加速度这个关键量。
例2(多选)小明站在电梯内的体重计上,电梯静止时体重计示数为50 kg,若电梯在竖直方向运动过程中,他看到体重计的示数为45 kg时,重力加速度g取10 m/s2。下列说法中正确的是(　　)A.电梯可能在加速上升,加速度大小为9 m/s2B.电梯可能在加速下降,加速度大小为1 m/s2C.电梯可能在减速上升,加速度大小为1 m/s2D.电梯可能在减速下降,加速度大小为9 m/s2
解析 小明的质量为50 kg,体重计的示数为45 kg,说明处于失重状态,有向下的加速度,运动情况可能为:向下加速或向上减速;小明受支持力和重力,由牛顿第二定律可知其加速度大小为a= m/s2=1 m/s2,故B、C正确,A、D错误。
变式训练2质量是60 kg的人站在升降机中的体重计(示数单位为N)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)当升降机匀速上升时,由平衡条件得N1=mg=600 N,由牛顿第三定律得,人对体重计压力大小为600 N,即体重计示数为600 N。(2)当升降机以a1=4 m/s2的加速度加速上升时,由牛顿第二定律得N2-mg=ma1,则N2=mg+ma1=840 N由牛顿第三定律得,人对体重计的压力大小为840 N,即体重计示数为840 N。(3)当升降机以a2=5 m/s2的加速度加速下降时,由牛顿第二定律得mg-N3=ma2,则N3=mg-ma2=300 N,由牛顿第三定律得,人对体重计的压力大小为300 N,即体重计示数为300 N。
答案 (1)600 N　(2)840 N　(3)300 N
1.若物体的加速度方向向上,则物体处于超重状态;若物体的加速度方向向下,则物体处于失重状态。2.若系统有向上或向下的加速度,则系统整体也处于超重或失重状态。
例3如图所示,质量为M的斜面体始终处于静止状态,当质量为m的物体以加速度a沿斜面加速下滑时有(重力加速度为g)(　　)A.地面对斜面体的支持力大于(M+m)gB.地面对斜面体的支持力等于(M+m)gC.地面对斜面体的支持力小于(M+m)gD.由于不知a的具体数值,无法计算地面对斜面体的支持力的大小
解析 对M和m组成的系统,当m具有向下的加速度而M保持平衡时,可以认为系统的重心向下运动,故系统具有向下的加速度,处于失重状态,所受到的地面的支持力小于系统的重力。答案 C
变式训练3如图所示,A、B两物体叠放在一起,以相同的初速度上抛(不计空气阻力)。下列说法正确的是(　　)A.在上升和下降过程中A对B的压力一定为零B.上升过程中A对B的压力大于A物体受到的重力C.下降过程中A对B的压力大于A物体受到的重力D.在上升和下降过程中A对B的压力等于A物体受到的重力
解析 A、B整体只受重力作用,做竖直上抛运动,处于完全失重状态,不论上升还是下降过程,A对B均无压力,只有A选项正确。答案 A
1.下列对超重现象的认识正确的是(　　)A.处在加速上升的电梯中的人感觉脚掌受到的力比静止时大,说明人受到的重力增大了B.处在匀速上升的电梯中的人处于超重状态C.物体在水中受浮力,悬浮在水中处于失重状态D.人在竖直方向上的绳子的牵引下向上加速运动时处于超重状态答案 D
2.如图甲所示是某人站在力传感器上做先下蹲再起跳动作的部分示意图。如图乙所示是根据传感器画出的F-t图像,其中F的单位是N,t的单位是s。两图中的点均对应,重力加速度g取10 m/s2。请根据这两个图所给出的信息,判断下列选项正确的是(　　)
A.此人的质量约为60 kgB.此人从站立到蹲下的过程对应图乙中1到6的过程C.此人在状态2时处于超重状态D.此人向上的最大加速度约为1.9g
解析 根据题图乙中图线的1点,由平衡条件得此人的质量约为70 kg,故选项A错误;同理根据图线可判断,此人从站立到蹲下的过程中先失重后超重,对应题图乙中1到4的过程,故选项B错误;由题图乙知,人在状态2时传感器对人的支持力小于人自身的重力,处于失重状态,选项C错误;根据图像和牛顿第二定律,可得此人向上的最大加速度为a= ,约为1.9g,所以选项D正确。
3.(多选)某地一观光塔总高度达600 m,游客乘坐观光电梯大约1 min就可以到达观光平台。若电梯简化成只受重力与绳索拉力,已知电梯在t=0时由静止开始上升,a-t图像如图所示。则下列说法正确的是(　　)A.t=4.5 s时,电梯处于超重状态B.5~55 s时间内,绳索拉力最小C.t=59.5 s时,电梯处于超重状态D.t=60 s时,电梯速度恰好为0
4.某人在地面上最多能举起60 kg的重物,要使此人在升降机中最多能举起100 kg的重物,已知重力加速度g取10 m/s2,则下列说法可能正确的是(　　)A.升降机正加速上升,加速度大小为4 m/s2B.升降机正加速下降,加速度大小为4 m/s2C.升降机正减速下降,加速度大小为4 m/s2D.升降机正减速上升,加速度大小为6 m/s2
解析 某人在地面上最多能举起60 kg的物体,则知此人的最大举力为F=mg=60×10 N=600 N。在升降机中,对重物根据牛顿第二定律有m'g-F=m'a,解得 =4 m/s2,方向竖直向下,故升降机应减速上升或加速下降,加速度大小为4 m/s2,B正确。