高中物理 第5章 超重與失重學案6 滬科版必修1
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超重與失重 [學習目標定位] 1.認識超重和失重現(xiàn)象，理解產(chǎn)生超重、失重現(xiàn)象的條件和實質.2.能應用牛頓運動定律處理超重、失重問題.3.會利用超重、失重知識解釋一些現(xiàn)象． 一、超重 1．定義：物體對懸掛物的拉力(或對支撐物的壓力)大于物體重力的現(xiàn)象叫做超重． 2．產(chǎn)生條件：物體具有豎直向上的加速度． 二、失重 1．定義：物體對懸掛物的拉力(或對支持物的壓力)小于物體重力的現(xiàn)象叫做失重． 2．產(chǎn)生條件：物體具有豎直向下的加速度． 三、完全失重 1．定義：物體對懸掛物或支持物完全沒有作用力，稱為處于完全失重狀態(tài)． 2．產(chǎn)生條件：物體豎直向下的加速度等于g. 一、什么是超重和失重 [問題設計] 小星家住十八樓，每天上學放學均要乘垂直升降電梯上下樓．上學時，在電梯里，開始他總覺得有種“飄飄然”的感覺，背的書包也感覺變“輕”了．快到樓底時，他總覺得自己有種“腳踏實地”的感覺，背的書包也似乎變“重”了．這是什么原因呢？為了研究超重、失重現(xiàn)象，小星在電梯里放了一臺臺秤如圖1所示．設小星的質量為50 kg，g取10 m/s2. 當小星感覺“飄飄然”時，他發(fā)現(xiàn)臺秤的示數(shù)為400 N；當他感覺“腳踏實地”時，他發(fā)現(xiàn)臺秤的示數(shù)為600 N；當電梯門打開時，他發(fā)現(xiàn)臺秤的示數(shù)為500 N. 以上三種情況下小星的重力變化了嗎？超重、失重時臺秤的示數(shù)如何變化？ 圖1 答案 沒變；超重時臺秤的示數(shù)比小星的重力大，失重時臺秤的示數(shù)比小星的重力?。? [要點提煉] 1．實重與視重 (1)實重：物體實際所受的重力．物體所受重力不會因物體運動狀態(tài)的改變而變化． (2)視重：當物體對彈簧測力計的拉力或對臺秤的壓力不等于物體的重力時，彈簧測力計或臺秤的示數(shù)叫做物體的視重． 2．超重與失重時，視重與實重的關系 (1)超重時，視重大于實重． (2)失重時，視重小于實重． 二、超重與失重的產(chǎn)生條件 [問題設計] 小星發(fā)現(xiàn)當他下樓時，臺稱的示數(shù)總是分別會按順序出現(xiàn)400 N、600 N和500 N．而上樓時臺稱的示數(shù)總會按順序出現(xiàn)600 N、400 N和500 N，你能利用所學的知識分析電梯各階段所處的運動狀態(tài)嗎？ 答案 下樓的過程當臺秤的示數(shù)是400 N時，由牛頓第二定律知小星的加速度a＝ m/s2＝2 m/s2，方向豎直向下，因小星與電梯的運動狀態(tài)相同，所以電梯正以2 m/s2的加速度豎直向下做加速運動．同理可得當臺秤示數(shù)是600 N時，電梯以2 m/s2的加速度豎直向下做減速運動，當示數(shù)為500 N時，電梯停止運動． 上樓的過程，當臺秤的示數(shù)是600 N時，由牛頓第二定律知小星的加速度a＝ m/s2＝2 m/s2，方向豎直向上，故小星與電梯以2 m/s2的加速度豎直向上做加速運動．同理當示數(shù)是400 N時，電梯以2 m/s2的加速度向上做減速運動，當示數(shù)為500 N時，電梯停止運動． [要點提煉] 判斷超重、失重狀態(tài)的方法 1．從受力的角度判斷 超重：物體所受向上的拉力(或支持力)大于重力． 失重：物體所受向上的拉力(或支持力)小于重力． 完全失重：物體所受向上的拉力(或支持力)等于零． 2．從加速度的角度判斷 超重：物體具有豎直向上的加速度． 失重：物體具有豎直向下的加速度． 完全失重：物體具有豎直向下的加速度，且加速度大小等于g. 一、超重與失重的判斷 例1 “蹦極”是一項非常刺激的體育運動，某人身系彈性繩自高空P點自由下落，圖2中a點是彈性繩的原長位置，c點是人能到達的最低點，b點是人靜止懸吊著時的平衡位置，人在從P點下落到最低點c的過程中( ) 圖2 A．人在Pa段做自由落體運動，處于完全失重狀態(tài) B．人在ab段繩的拉力小于人的重力，人處于失重狀態(tài) C．人在bc段繩的拉力小于人的重力，人處于失重狀態(tài) D．人在c點，人的速度為零，其加速度為零 解析 人在Pa段只受重力作用，a＝g，完全失重，A正確；人在ab段受重力和向上的拉力，拉力小于重力，合力向下，加速度向下，失重，B正確；人在bc段受重力和向上的拉力，拉力大于重力，合力向上，加速度向上，超重，C錯誤；人到c點時，拉力最大，合力最大，加速度最大，D錯誤． 答案 AB 針對訓練1 下列說法中正確的是( ) A．體操運動員雙手握住單杠吊在空中不動時處于失重狀態(tài) B．蹦床運動員在空中上升和下落過程中都處于失重狀態(tài) C．舉重運動員在舉起杠鈴后不動的那段時間內處于超重狀態(tài) D．游泳運動員仰臥在水面靜止不動時處于失重狀態(tài) 答案 B 解析 當加速度方向豎直向下時，物體處于失重狀態(tài)；當加速度方向豎直向上時，物體處于超重狀態(tài)，蹦床運動員在空中上升和下降的過程中加速度方向均豎直向下，且a＝g，為完全失重狀態(tài)，所以B正確．而A、C、D中運動員均為平衡狀態(tài)，F(xiàn)＝mg，既不超重也不失重． 二、關于超重與失重的計算 例2 有一根鋼絲能承受的最大拉力為100 N，在一個運動的電梯中，這根鋼絲下懸掛了12 kg的物體恰好沒有斷，問電梯可能做怎樣的運動？(取g＝10 m/s2) 解析 鋼絲的拉力恰為100 N時，物體一定處于失重狀態(tài)，所以電梯具有向下的加速度． 對物體由牛頓第二定律得： F合＝mg－F＝ma 解得：a＝1.67 m/s2 電梯的運動情況有兩種可能：一是以1.67 m/s2的加速度向下勻加速運動；二是以1.67 m/s2的加速度向上勻減速運動． 答案 電梯以1.67 m/s2的加速度向下勻加速運動，或者電梯以1.67 m/s2的加速度向上勻減速運動 針對訓練2 在升降機中，一個人站在磅秤上，發(fā)現(xiàn)自己的體重減輕了20%，于是他作出下列判斷，其中正確的是( ) A．升降機以0.8g的加速度加速上升 B．升降機以0.2g的加速度加速下降 C．升降機以0.2g的加速度減速上升 D．升降機以0.8g的加速度減速下降 答案 BC 解析 A、D項的加速度a＝0.8g，方向豎直向上，由牛頓第二定律有F－mg＝ma得F＝1.8mg，其中F為人的視重，即人此時處于超重狀態(tài)，A、D錯誤．B、C項的加速度a＝0.2g，方向豎直向下，根據(jù)牛頓第二定律有mg－F′＝ma，得F′＝0.8mg，人的視重比實際重力小100%＝20%，B、C正確． 超重和失重分析 特征 狀態(tài) 加速 度a 視重(F)與重力(mg)的關系 運動情況 受力圖 平衡 a＝0 F＝mg 靜止或勻速 直線運動 超重 方向 向上 F＝m(g＋ a)>mg 向上加速， 向下減速 失重 方向 向下 F＝m(g－ a)
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