2019-2020學(xué)年新教材高中物理 第四章 牛頓運(yùn)動定律 6 超重和失重學(xué)案 新人教版必修1

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1、6　超重和失重 [學(xué)習(xí)目標(biāo)]　1.結(jié)合生活體驗(yàn)，通過實(shí)驗(yàn)認(rèn)識超重和失重現(xiàn)象，理解產(chǎn)生超重、失重現(xiàn)象的條件和實(shí)質(zhì)．(重點(diǎn)、難點(diǎn))　2.進(jìn)一步熟練掌握應(yīng)用牛頓運(yùn)動定律解決問題的方法和步驟． 一、重力的測量 　方法一：先測量物體做自由落體運(yùn)動的加速度g，再用天平測量物體的質(zhì)量，利用牛頓第二定律得：G＝mg. 方法二：利用力的平衡條件對重力進(jìn)行測量． 將待測物體懸掛或放置在測力計(jì)上，使它處于靜止?fàn)顟B(tài)，這時(shí)測力計(jì)的示數(shù)反映了物體所受力的重力大?。? 二、超重和失重 1．超重 (1)定義：物體對支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?大于物體所受重力的現(xiàn)象． (2)產(chǎn)生條件：物體具有A(A

2、.豎直向上　B．豎直向下)的加速度． 2．失重 (1)定義：物體對支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?小于物體所受重力的現(xiàn)象． (2)產(chǎn)生條件：物體具有B(A.豎直向上　B．豎直向下)的加速度． (3)完全失重 ①定義：物體對支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?等于零的狀態(tài)． ②產(chǎn)生條件：a＝g，方向豎直向下． 1．正誤判斷(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”) (1)物體靜止時(shí)，測力計(jì)的示數(shù)就是物體的重力． (×) (2)物體向上運(yùn)動時(shí)一定處于超重狀態(tài)． (×) (3)物體減速向下運(yùn)動時(shí)處于失重狀態(tài)． (×) (4)物體處于失重狀態(tài)時(shí)重力減小了． (×) (5)做豎直上拋運(yùn)動

3、的物體，只受重力作用，加速度大小和方向都不變． (√) 2．下列說法中正確的是(　　) A．體操運(yùn)動員雙手握住單杠吊在空中不動時(shí)處于失重狀態(tài) B．蹦床運(yùn)動員在空中上升和下落過程中都處于失重狀態(tài) C．舉重運(yùn)動員在舉起杠鈴后不動的那段時(shí)間內(nèi)處于超重狀態(tài) D．游泳運(yùn)動員仰臥在水面靜止不動時(shí)處于失重狀態(tài) B　[物體具有向上的加速度時(shí)，處于超重狀態(tài)；具有向下的加速度時(shí)，處于失重狀態(tài)，即“上超下失”，故只有B正確．] 重力的測量 重力的測量方法一般分為兩類：動力法和靜力法． (1)動力法是根據(jù)物體受力后運(yùn)動狀態(tài)的改變測定重力．例如在重力作用下的自由落體運(yùn)動等來測量地球表面的重力

4、加速度的值，則G＝mg. (2)靜力法是根據(jù)物體受力后的平衡狀態(tài)測定重力，例如，彈簧測力計(jì)豎直懸掛物體處于平衡狀態(tài)，利用二力平衡知測力計(jì)的示數(shù)大小等于重力大?。? 【例1】　關(guān)于重力的大小，下列說法正確的是(　　) A．彈簧測力計(jì)下端懸掛一重物，彈簧測力計(jì)讀數(shù)大小一定等于這個(gè)物體重力的大小 B．重力是物體固有的屬性 C．質(zhì)量一定的物體，其重力大小也一定 D．同一物體在北京的重力大于在赤道上的重力 D　[不是任何情況下，彈簧測力計(jì)的讀數(shù)都等于物體重力的大小，應(yīng)強(qiáng)調(diào)物體處于靜止或勻速直線運(yùn)動狀態(tài)，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤．不同地理位置，其重力大小不同；同一物體雖然質(zhì)量不變，但在北京的重力略大于在赤

5、道上的重力，其原因是g發(fā)生了變化，所以不能說重力是物體固有的屬性，選項(xiàng)B、C錯(cuò)誤．] 1．設(shè)想從某一天起，地球的引力減小了一半，那么對于漂浮在水面上的船來說，下列說法中正確的是(　　) A．船受到的重力將減小，船的吃水深度仍不變 B．船受到的重力將減小，船的吃水深度也減小 C．船受到的重力將不變，船的吃水深度也不變 D．船受到的重力將不變，船的吃水深度將減小 A　[根據(jù)題意可知：重力加速度g大小減小，又G＝mg，則船受到的重力將減??；又根據(jù)二力平衡可得G＝mg＝ρgV，解得V＝，則船的吃水深度仍不變，故選A選項(xiàng)．] 超重和失重現(xiàn)象 1.視重：當(dāng)物體掛在彈簧測力計(jì)下或放在

6、水平臺秤上時(shí)，彈簧測力計(jì)或臺秤的示數(shù)稱為“視重”，大小等于彈簧測力計(jì)所受的拉力或臺秤所受的壓力． 當(dāng)物體處于超重或失重時(shí)，物體的重力并未變化，只是視重變了． 2．超重、失重的比較 3.對超重、失重的理解 (1)物體處于超重還是失重狀態(tài)，只取決于加速度的方向，與物體的運(yùn)動方向無關(guān)． (2)發(fā)生超重和失重時(shí)，物體所受的重力并沒有變化． (3)發(fā)生完全失重現(xiàn)象時(shí)，與重力有關(guān)的一切現(xiàn)象都將消失．比如物體對支持物無壓力、擺鐘將停止擺動……，靠重力使用的儀器也不能再使用(如天平)．只受重力作用的一切拋體運(yùn)動，都處于完全失重狀態(tài)． 【例2】　(多選)在一電梯的地板上有一壓力傳感器，其上

7、放一物體，如圖甲所示，當(dāng)電梯運(yùn)行時(shí)，傳感器示數(shù)大小隨時(shí)間變化的關(guān)系圖像如圖乙，根據(jù)圖像分析得出的結(jié)論中正確的是(　　) A．從時(shí)刻t1到t2，物塊處于失重狀態(tài) B．從時(shí)刻t3到t4，物塊處于失重狀態(tài) C．電梯可能開始停在低樓層，先加速向上，接著勻速向上，再減速向上，最后停在高樓層 D．電梯可能開始停在高樓層，先加速向下，接著勻速向下，再減速向下，最后停在低樓層 思路點(diǎn)撥：①判斷超、失重現(xiàn)象關(guān)鍵是看加速度方向，而不是運(yùn)動方向．②處于超重狀態(tài)時(shí)，物體可能做向上加速或向下減速運(yùn)動．③處于失重狀態(tài)時(shí)，物體可能做向下加速或向上減速運(yùn)動． BC　[從F-t圖像可以看出，0～t1，F(xiàn)＝mg，

8、電梯可能處于靜止?fàn)顟B(tài)或勻速運(yùn)動狀態(tài)；t1～t2，F(xiàn)>mg，電梯具有向上的加速度，物塊處于超重狀態(tài)，可能加速向上運(yùn)動或減速向下運(yùn)動；t2～t3，F(xiàn)＝mg，可能靜止或勻速運(yùn)動；t3～t4，F(xiàn)

9、速度為g時(shí)處于完全失重狀態(tài)． (3)從運(yùn)動的角度判斷，當(dāng)物體加速上升或減速下降時(shí)，物體處于超重狀態(tài)，當(dāng)物體加速下降或減速上升時(shí)，物體處于失重狀態(tài)． 2．如圖所示，升降機(jī)天花板上用輕彈簧懸掛一物體，升降機(jī)靜止時(shí)彈簧伸長10 cm，運(yùn)動時(shí)彈簧伸長9 cm，則升降機(jī)的運(yùn)動狀態(tài)可能是(g取10 m/s2)(　　) A．以a＝1 m/s2的加速度加速下降 B．以a＝1 m/s2的加速度加速上升 C．以a＝9 m/s2的加速度減速上升 D．以a＝9 m/s2的加速度減速下降 A　[當(dāng)升降機(jī)靜止時(shí)，根據(jù)胡克定律和二力平衡條件得kx1－mg＝0，其中k為彈簧的勁度系數(shù)，x1＝0.1

10、m．當(dāng)彈簧伸長量為x2＝9 cm時(shí)，kx2

11、) A．重力就是地球?qū)ξ矬w的引力 B．重力的方向豎直向下，故地球上一切物體所受的重力的方向都相同 C．物體的重心可以不在物體上 D．彈簧測力計(jì)可以測出物體的重力，但讀數(shù)時(shí)必須保持彈簧測力計(jì)和物體都處于靜止或勻速直線運(yùn)動狀態(tài) AB　[重力是由于地球吸引而使物體受到的力，但不是地球?qū)ξ矬w的引力，故A說法錯(cuò)誤；重力的方向豎直向下，但在地球不同位置，物體受到的重力方向不同，故B說法錯(cuò)誤；物體的重心可以在物體上，也可以不在物體上，故C說法正確；用彈簧測力計(jì)測物體受到的重力時(shí)，要使物體處于平衡狀態(tài)，物體受到的重力和彈簧彈力才是一對平衡力，故D說法正確．A、B符合題意．] 2．如圖所示，A、B兩

12、物體疊放在一起，以相同的初速度上拋(不計(jì)空氣阻力)．下列說法正確的是(　　) A．在上升和下降過程中A對B的壓力一定為零 B．上升過程中A對B的壓力大于A物體受到的重力 C．下降過程中A對B的壓力大于A物體受到的重力 D．在上升和下降過程中A對B的壓力等于A物體受到的重力 A　[A、B整體只受重力作用，做豎直上拋運(yùn)動，處于完全失重狀態(tài)，不論上升過程還是下降過程，A對B均無壓力，只有選項(xiàng)A正確．] 3．應(yīng)用物理知識分析生活中的常見現(xiàn)象，可以使物理學(xué)習(xí)更加有趣和深入．例如平伸手掌托起物體，由靜止開始豎直向上運(yùn)動，直至將物體拋出．對此現(xiàn)象分析正確的是(　　) A．手托物體向上運(yùn)動

13、的過程中，物體始終處于超重狀態(tài) B．手托物體向上運(yùn)動的過程中，物體始終處于失重狀態(tài) C．在物體離開手的瞬間，物體的加速度大于重力加速度 D．在物體離開手的瞬間，手的加速度大于重力加速度 D　[手托物體拋出的過程，必有一段加速過程，其后可以減速，可以勻速，當(dāng)手和物體勻速運(yùn)動時(shí)，物體既不超重也不失重；當(dāng)手和物體減速運(yùn)動時(shí)，物體處于失重狀態(tài)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤．物體從靜止到運(yùn)動，必有一段加速過程，此過程物體處于超重狀態(tài)，選項(xiàng)B錯(cuò)誤．當(dāng)物體離開手的瞬間，物體只受重力，此時(shí)物體的加速度等于重力加速度，選項(xiàng)C錯(cuò)誤．手和物體分離之前速度相同，分離之后手速度的變化量比物體速度的變化量大，物體離開手的瞬間，手的

14、加速度大于重力加速度，所以選項(xiàng)D正確．] 4．中國的嫦娥工程探月計(jì)劃分“繞、落、回”三步，然后實(shí)施載人登月．假若質(zhì)量為60 kg的航天員登上了月球，已知月球表面g′＝1.6 N/kg，而地球的表面g＝9.8 N/kg，則該航天員在月球上的質(zhì)量為多少？所受重力多大？在地球上所受重力多大？ [解析]　由于物體的質(zhì)量與所處的位置無關(guān)，所以航天員在月球上的質(zhì)量為m＝60 kg. 由重力的計(jì)算公式G＝mg得 在月球上重力G′＝mg′＝60 kg×1.6 N/kg＝96 N， 在地球上重力G＝mg＝60 kg×9.8 N/kg＝588 N. [答案]　60 kg　96 N　588 N - 7 -