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高中物理鲁科版 (2019)必修 第一册第5节 超重与失重教学演示ppt课件
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这是一份高中物理鲁科版 (2019)必修 第一册第5节 超重与失重教学演示ppt课件，共31页。PPT课件主要包含了竖直向上，加速运动，减速运动，竖直向下，答案900N，答案970N等内容，欢迎下载使用。
1．认识超重、失重、完全失重的现象，理解超重、失重中重力并没有变化。2．会根据物体的运动状态变化，判断超重、失重，并能运用牛顿运动定律解决超、失重问题。3．学会探究超重、失重的方法，合作交流超重、失重的体会，能从生活中的现象提出可探究的问题。4．会利用完全失重的相关知识解释太空中的相关现象，能认识到牛顿运动定律的应用对人类文明进步的推动作用。
知识点一 超重现象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．运动呈现：物体具有________的加速度，与物体的速度大小和方向____。3．运动类型：超重物体做向上的________或向下的________。
必备知识·自主预习储备
提醒 判断物体是否处于超重状态，只看加速度方向是否竖直向上，不看其速度方向。
体验1．思考辨析(正确的打√，错误的打×)(1)物体处于超重状态时，可能向下运动。( )(2)物体处于平衡态时，也可能处于超重状态。( )(3)物体处于超重状态时，是指物体的重力增大了。( )
知识点二 失重现象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．运动呈现：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．完全失重物体对悬挂物的____(或对支持物的压力)等于零的状态；物体完全失重时，a＝__。
思考 太空中宇宙飞船里的航天员，好像都有超能力，都能飘浮在空中，这是为什么？
提示：宇航员处于完全失重状态。
体验2．思考辨析(正确的打√，错误的打×)(1)物体处于失重状态时，物体的重力没有变化。( )(2)处于完全失重状态的物体不受重力作用。( )(3)做自由落体的物体处于完全失重状态。( )
超重和失重在生活中经常遇到。比如，处于直升梯内台秤上的物体，小明同学观察到台秤的示数的变化。(1)台秤称量“重力”大于物体的实际重力，你能说明此时加速度的方向吗？(2)台秤称量“重力”大于物体实际重力时，你能确定直升梯的运动方向吗？
关键能力·情境探究达成
提示：(1)物体处于超重状态，加速度方向向上。(2)不能，运动方向可能向上也可能向下。
考点1 超重现象1．实重与视重(1)实重：物体实际所受重力。物体所受重力不会因为物体运动状态的改变而变化。(2)视重：用弹簧测力计或台秤来测量物体重力时，弹簧测力计或台秤的示数称为物体的视重。当物体与弹簧测力计保持静止或者匀速运动时，视重等于实重；当存在竖直方向的加速度时，视重不再等于实重。
【典例1】 一个站在升降机上的人，用弹簧测力计提着一个质量为1 kg的鱼，弹簧测力计的读数为12 N，该人的实重为750 N，则他对升降机地板的压力为(g取10 m/s2)( )A．750 N B．762 N C．900 N D．912 N
思路点拨：升降机、人、鱼的加速度相同，由鱼可分析得到人的运动情况。另外，人对地板的压力须考虑他手中所提的鱼。
D [1 kg的鱼的重力为10 N，而弹簧测力计的拉力为12 N，可知鱼所受的合力F鱼＝(12－10) N＝2 N，由牛顿第二定律可知此时鱼的加速度为2 m/s2，方向向上，这也表明升降机及升降机中的人也正在做加速度向上的运动，将人和鱼看作一个整体，可得N－(M＋m)g＝(M＋m)a，N为地板对人向上的作用力，而人对地板的反作用力与N相等，方向向下，计算可得N＝912 N，故选D。]
规律方法 理解超重现象的两点技巧(1)物体处于超重状态时，实重(即所受重力)并不变，只是视重变了，视重比实重增加了ma。(2)决定物体超重的因素是物体具有向上的加速度，与速度无关，即物体可以向上加速运动，也可以向下减速运动。
考点2 失重现象1．对失重现象的理解(1)从力的角度看：失重时物体受到的竖直悬绳(或测力计)的拉力或水平支撑面(或台秤)的支持力小于重力，好像重力变小了，正是由于这样，把这种现象定义为失重。(2)从加速度的角度看：根据牛顿第二定律，处于失重状态的物体的加速度方向向下(如图所示)，这是物体失重的条件，也是判断物体失重与否的依据。
2．对完全失重的理解物体处于完全失重状态(a＝g)时，重力全部产生加速度，不再产生压力(如图所示)，平常一切由重力产生的物理现象都会完全消失，如天平失效、浸在水中的物体不再受浮力、液体柱不再产生压强等。
【典例2】 质量为60 kg的人站在升降机中的体重计上，当升降机做下列各种运动时，体重计的读数分别为多少？(g取10 m/s2)(1)升降机匀速上升；(2)升降机以3 m/s2的加速度匀加速下降。
思路点拨：(1)体重计读数对应人对其压力大小。(2)可用转换对象法对人受力分析。
[解析] 以人为研究对象进行受力分析，人受重力和支持力作用。(1)升降机匀速上升时，加速度a1＝0，所以有N1－mg＝0即N1＝mg＝600 N由牛顿第三定律知，体重计的读数为600 N。(2)升降机匀加速下降时，加速度向下，人处于失重状态，取向下为正方向，则有mg－N2＝ma2所以N2＝m(g－a2)＝60×(10－3) N＝420 N由牛顿第三定律知，体重计的读数为420 N。
[答案] (1)600 N (2)420 N
[母题变式]在上题中，若升降机以5 m/s2的加速度减速下降呢？
[解析] 升降机和人都下降，即速度方向向下，减速则说明加速度向上，是超重状态。则有：N－mg＝ma所以N＝mg＋ma＝900 N由牛顿第三定律知，体重计读数为900 N。
规律方法 超重、失重问题的处理方法(1)用牛顿第二定律列方程分析。以加速度的方向为正方向列牛顿第二定律方程，求出结果后，注意运用牛顿第三定律变换成所求的结论，也要注意区分加速度的方向和速度方向。(2)处理连接体问题时，如测力计、台秤示数的变化问题，对于其中一个物体(或物体中的一部分)所处的运动状态的变化，而导致系统是否保持原来的平衡状态的判断问题，可以根据系统的重心发生的超重、失重现象进行分析判断。
[跟进训练]2．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′
学习效果·随堂评估自测
D [判断物体是否处于超重或失重状态，就是看物体有没有竖直方向上的加速度。若物体的加速度向下，则处于失重状态。若物体的加速度向上，则处于超重状态。A、B两项均未指明加速度方向，无法判定是否发生超重和失重现象，A、B错误；D项物体的加速度斜向下，有竖直向下的分量，故处于失重状态，D正确；C项中a＝g，且加速度方向向下，故处于完全失重状态，C错误。]
2．2023年10月31日神舟十六号载人飞船经过分离、制动、再入和减速四个阶段，在东风着陆场安全着陆。减速阶段为：当返回舱下降至离地高度10 km时，引导伞、减速伞、主伞会依次打开，巨型的大伞为返回舱提供足够的减速阻力，当返回舱离地高度约1 m时，底部反推发动机点火喷气，最终以1～2 m/s的速度平稳着地。设返回舱做直线运动，则反推发动机点火减速阶段( )A．反推发动机要向上喷气B．返回舱处于失重状态C．伞绳对返回舱的拉力小于返回舱对伞绳的拉力D．返回舱的重力小于除重力外其他力的合力
D [底部反推发动机点火喷气，其目的是受到喷出气体向上的反作用力，使返回舱减速，根据牛顿第三定律可知，反推发动机要向下喷气，故A错误；返回舱减速阶段加速度方向向上，处于超重状态，故B错误；根据牛顿第三定律，伞绳对返回舱的拉力等于返回舱对伞绳的拉力，故C错误；根据牛顿第二定律可得F其他－mg＝ma>0，可得mg
BC [升降机匀速运动时，物体静止在地板上，说明物体受到的静摩擦力与弹簧的拉力平衡，即弹簧的拉力不大于最大静摩擦力，物体突然被拉动，说明拉力要大于最大静摩擦力，物体被拉动前，弹簧弹力是不变的，所以最大静摩擦力变小，其原因是物体与地板间的正压力减小了，物体处于失重状态，故应有向下的加速度，B、C对，A、D错。]
4．(新情境题：以飞船发射升空过程为背景，考查超重问题)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。(g取9.8 m/s2)问题：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。
1．认识超重、失重、完全失重的现象，理解超重、失重中重力并没有变化。2．会根据物体的运动状态变化，判断超重、失重，并能运用牛顿运动定律解决超、失重问题。3．学会探究超重、失重的方法，合作交流超重、失重的体会，能从生活中的现象提出可探究的问题。4．会利用完全失重的相关知识解释太空中的相关现象，能认识到牛顿运动定律的应用对人类文明进步的推动作用。
知识点一 超重现象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．运动呈现：物体具有________的加速度，与物体的速度大小和方向____。3．运动类型：超重物体做向上的________或向下的________。
必备知识·自主预习储备
提醒 判断物体是否处于超重状态，只看加速度方向是否竖直向上，不看其速度方向。
体验1．思考辨析(正确的打√，错误的打×)(1)物体处于超重状态时，可能向下运动。( )(2)物体处于平衡态时，也可能处于超重状态。( )(3)物体处于超重状态时，是指物体的重力增大了。( )
知识点二 失重现象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．运动呈现：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．完全失重物体对悬挂物的____(或对支持物的压力)等于零的状态；物体完全失重时，a＝__。
思考 太空中宇宙飞船里的航天员，好像都有超能力，都能飘浮在空中，这是为什么？
提示：宇航员处于完全失重状态。
体验2．思考辨析(正确的打√，错误的打×)(1)物体处于失重状态时，物体的重力没有变化。( )(2)处于完全失重状态的物体不受重力作用。( )(3)做自由落体的物体处于完全失重状态。( )
超重和失重在生活中经常遇到。比如，处于直升梯内台秤上的物体，小明同学观察到台秤的示数的变化。(1)台秤称量“重力”大于物体的实际重力，你能说明此时加速度的方向吗？(2)台秤称量“重力”大于物体实际重力时，你能确定直升梯的运动方向吗？
关键能力·情境探究达成
提示：(1)物体处于超重状态，加速度方向向上。(2)不能，运动方向可能向上也可能向下。
考点1 超重现象1．实重与视重(1)实重：物体实际所受重力。物体所受重力不会因为物体运动状态的改变而变化。(2)视重：用弹簧测力计或台秤来测量物体重力时，弹簧测力计或台秤的示数称为物体的视重。当物体与弹簧测力计保持静止或者匀速运动时，视重等于实重；当存在竖直方向的加速度时，视重不再等于实重。
【典例1】 一个站在升降机上的人，用弹簧测力计提着一个质量为1 kg的鱼，弹簧测力计的读数为12 N，该人的实重为750 N，则他对升降机地板的压力为(g取10 m/s2)( )A．750 N B．762 N C．900 N D．912 N
思路点拨：升降机、人、鱼的加速度相同，由鱼可分析得到人的运动情况。另外，人对地板的压力须考虑他手中所提的鱼。
D [1 kg的鱼的重力为10 N，而弹簧测力计的拉力为12 N，可知鱼所受的合力F鱼＝(12－10) N＝2 N，由牛顿第二定律可知此时鱼的加速度为2 m/s2，方向向上，这也表明升降机及升降机中的人也正在做加速度向上的运动，将人和鱼看作一个整体，可得N－(M＋m)g＝(M＋m)a，N为地板对人向上的作用力，而人对地板的反作用力与N相等，方向向下，计算可得N＝912 N，故选D。]
规律方法 理解超重现象的两点技巧(1)物体处于超重状态时，实重(即所受重力)并不变，只是视重变了，视重比实重增加了ma。(2)决定物体超重的因素是物体具有向上的加速度，与速度无关，即物体可以向上加速运动，也可以向下减速运动。
考点2 失重现象1．对失重现象的理解(1)从力的角度看：失重时物体受到的竖直悬绳(或测力计)的拉力或水平支撑面(或台秤)的支持力小于重力，好像重力变小了，正是由于这样，把这种现象定义为失重。(2)从加速度的角度看：根据牛顿第二定律，处于失重状态的物体的加速度方向向下(如图所示)，这是物体失重的条件，也是判断物体失重与否的依据。
2．对完全失重的理解物体处于完全失重状态(a＝g)时，重力全部产生加速度，不再产生压力(如图所示)，平常一切由重力产生的物理现象都会完全消失，如天平失效、浸在水中的物体不再受浮力、液体柱不再产生压强等。
【典例2】 质量为60 kg的人站在升降机中的体重计上，当升降机做下列各种运动时，体重计的读数分别为多少？(g取10 m/s2)(1)升降机匀速上升；(2)升降机以3 m/s2的加速度匀加速下降。
思路点拨：(1)体重计读数对应人对其压力大小。(2)可用转换对象法对人受力分析。
[解析] 以人为研究对象进行受力分析，人受重力和支持力作用。(1)升降机匀速上升时，加速度a1＝0，所以有N1－mg＝0即N1＝mg＝600 N由牛顿第三定律知，体重计的读数为600 N。(2)升降机匀加速下降时，加速度向下，人处于失重状态，取向下为正方向，则有mg－N2＝ma2所以N2＝m(g－a2)＝60×(10－3) N＝420 N由牛顿第三定律知，体重计的读数为420 N。
[答案] (1)600 N (2)420 N
[母题变式]在上题中，若升降机以5 m/s2的加速度减速下降呢？
[解析] 升降机和人都下降，即速度方向向下，减速则说明加速度向上，是超重状态。则有：N－mg＝ma所以N＝mg＋ma＝900 N由牛顿第三定律知，体重计读数为900 N。
规律方法 超重、失重问题的处理方法(1)用牛顿第二定律列方程分析。以加速度的方向为正方向列牛顿第二定律方程，求出结果后，注意运用牛顿第三定律变换成所求的结论，也要注意区分加速度的方向和速度方向。(2)处理连接体问题时，如测力计、台秤示数的变化问题，对于其中一个物体(或物体中的一部分)所处的运动状态的变化，而导致系统是否保持原来的平衡状态的判断问题，可以根据系统的重心发生的超重、失重现象进行分析判断。
[跟进训练]2．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′
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D [判断物体是否处于超重或失重状态，就是看物体有没有竖直方向上的加速度。若物体的加速度向下，则处于失重状态。若物体的加速度向上，则处于超重状态。A、B两项均未指明加速度方向，无法判定是否发生超重和失重现象，A、B错误；D项物体的加速度斜向下，有竖直向下的分量，故处于失重状态，D正确；C项中a＝g，且加速度方向向下，故处于完全失重状态，C错误。]
2．2023年10月31日神舟十六号载人飞船经过分离、制动、再入和减速四个阶段，在东风着陆场安全着陆。减速阶段为：当返回舱下降至离地高度10 km时，引导伞、减速伞、主伞会依次打开，巨型的大伞为返回舱提供足够的减速阻力，当返回舱离地高度约1 m时，底部反推发动机点火喷气，最终以1～2 m/s的速度平稳着地。设返回舱做直线运动，则反推发动机点火减速阶段( )A．反推发动机要向上喷气B．返回舱处于失重状态C．伞绳对返回舱的拉力小于返回舱对伞绳的拉力D．返回舱的重力小于除重力外其他力的合力
D [底部反推发动机点火喷气，其目的是受到喷出气体向上的反作用力，使返回舱减速，根据牛顿第三定律可知，反推发动机要向下喷气，故A错误；返回舱减速阶段加速度方向向上，处于超重状态，故B错误；根据牛顿第三定律，伞绳对返回舱的拉力等于返回舱对伞绳的拉力，故C错误；根据牛顿第二定律可得F其他－mg＝ma>0，可得mg
BC [升降机匀速运动时，物体静止在地板上，说明物体受到的静摩擦力与弹簧的拉力平衡，即弹簧的拉力不大于最大静摩擦力，物体突然被拉动，说明拉力要大于最大静摩擦力，物体被拉动前，弹簧弹力是不变的，所以最大静摩擦力变小，其原因是物体与地板间的正压力减小了，物体处于失重状态，故应有向下的加速度，B、C对，A、D错。]
4．(新情境题：以飞船发射升空过程为背景，考查超重问题)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。(g取9.8 m/s2)问题：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。
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