物理：第4節(jié)《超重與失重》課件（魯科版必修1）

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歡迎進入物理課堂 一 對超重現(xiàn)象的理解 1 從拉力的角度看超重超重時物體受到的豎直懸繩 或測力計 的拉力或水平支撐面 或臺秤 的支持力大于重力 好像重力變大了 正是由于這樣的原因把這種現(xiàn)象定義為 超重 2 從加速度的角度看超重根據(jù)牛頓第二定律 處于超重狀態(tài)的物體的加速度方向向上 如圖 這是物體超重的條件 也是判斷物體超重與否的依據(jù) 3 從速度的角度看超重只要加速度向上物體就處于超重狀態(tài) 其速度可以向上也可以向下 常見的超重狀態(tài)有兩種 加速向上或減速向下運動 4 從重力的角度看超重物體的重力大小由物體的質(zhì)量和當?shù)氐闹亓铀俣葲Q定 超重或失重時重力不會發(fā)生變化 變化的是與重力有關(guān)的現(xiàn)象 1 當物體的加速度具有豎直向上的分量時 出現(xiàn)超重現(xiàn)象 與運動方向無關(guān) 2 出現(xiàn)超重現(xiàn)象時 物體的重力并沒有變化 典例1 2011 廣州高一檢測 如圖所示 輕質(zhì)彈簧的上端固定在電梯的天花板上 彈簧下端懸掛一個小鐵球 在電梯運行時 乘客發(fā)現(xiàn)彈簧的伸長量比電梯靜止時的伸長量大 這一現(xiàn)象表明A 電梯一定是在上升B 電梯一定是在下降C 電梯的加速度方向一定是向下D 乘客一定處在超重狀態(tài) 解題指導 彈簧的伸長量比電梯靜止時的伸長量大 說明彈簧對小鐵球的拉力大于小鐵球的重力 處于超重狀態(tài) 標準解答 選D 電梯靜止時 彈簧的拉力和重力相等 現(xiàn)在 彈簧的伸長量變大 則彈簧的拉力增大 小鐵球受到的合力方向向上 加速度方向向上 小鐵球處于超重狀態(tài) 但是電梯的運動方向可能向上也可能向下 故選D 規(guī)律方法 超重和失重現(xiàn)象問題的求解技巧求解超重和失重現(xiàn)象問題應當明確以下三點 1 物體處于超重狀態(tài)還是失重狀態(tài)取決于物體加速度的方向 與物體速度的大小和方向沒有關(guān)系 2 加速度與超重 失重狀態(tài)的對應關(guān)系是 a 0時 既不超重也不失重 F mg a的方向豎直向上時 超重 F mg a的方向豎直向下時 失重 F mg a g且方向豎直向下時 完全失重 F 0 3 物體處于超重或失重時的運動情況 超重時 物體向上加速或向下減速 失重時 物體向下加速或向上減速 互動探究 上題中把彈簧換成細繩 當電梯在豎直方向運動時 發(fā)現(xiàn)繩子突然斷了 由此判斷此時電梯的情況是 A 電梯一定是加速上升B 電梯可能是減速上升C 電梯可能勻速向上運動D 電梯的加速度方向一定向上 解析 選D 由于繩子突然斷了 說明繩子拉力一定變大了 由此可知 電梯一定有一方向向上的加速度 但電梯并不一定向上運動 故A錯誤 D正確 電梯減速上升加速度向下 B錯誤 電梯勻速上升 繩子不可能斷 C錯誤 變式備選 物體發(fā)生超重時 A 物體的速度方向一定向上B 物體的加速度方向一定向上C 物體的重力增加了D 物體的重力不變 解析 選B D 所謂超重就是對懸掛物的拉力 或?qū)χС治锏膲毫?變大了 根據(jù)牛頓第二定律 物體一定有了向上的加速度 它的運動可能有兩種情況 要么向上加速 要么向下減速 不管發(fā)生超重還是失重 物體的實際重力不變 只是視重變大或變小了 超重和失重與物體的速度方向及大小并無直接聯(lián)系 它只取決于加速度的方向 加速度方向向上 超重 加速度方向向下 失重 故A C錯 B D正確 二 對失重現(xiàn)象的理解 1 從拉力的角度看失重時物體受到的豎直懸繩 或測力計 的拉力或水平支撐面 或臺秤 的支持力小于重力 好像重力變小了 正是由于這樣的原因把這種現(xiàn)象定義為 失重 2 從加速度的角度看根據(jù)牛頓第二定律 處于失重狀態(tài)的物體的加速度方向向下 a g 如圖 這是物體失重的條件 也是判斷物體失重與否的依據(jù) 3 從速度的角度看只要加速度向下物體就處于失重狀態(tài) 其速度可以向上也可以向下 常見的失重狀態(tài)有兩種 加速向下或減速向上運動 4 物體處于完全失重狀態(tài) a g 時 重力全部產(chǎn)生加速度 不再產(chǎn)生壓力 如圖 平常一切由重力產(chǎn)生的物理現(xiàn)象都會完全消失 如單擺停擺 天平失效 浸在水中的物體不再受浮力 液體柱不再產(chǎn)生壓強等 1 當物體的加速度具有豎直向下的分量時 出現(xiàn)失重現(xiàn)象 與運動的方向無關(guān) 2 出現(xiàn)失重現(xiàn)象時 物體的重力并沒有變化 典例2 2011 龍巖高一檢測 一質(zhì)量為m 40kg的小孩在電梯內(nèi)的體重計上 電梯從t 0時刻由靜止開始上升 在0到6s內(nèi)體重計示數(shù)F的變化如圖所示 試問 在這段時間內(nèi)電梯上升的高度是多少 取重力加速度g 10m s2 解題指導 根據(jù)F t圖象分別求出0 2s 2 5s 5 6s三段時間內(nèi)的加速度 進而確定其運動過程 求解位移 標準解答 由圖可知 在0 2s內(nèi) 體重計的示數(shù)大于mg 故電梯應做向上的加速運動 設(shè)在這段時間內(nèi)體重計作用于小孩的力為N1 電梯及小孩的加速度為a1 根據(jù)牛頓第二定律 得N1 mg ma1在這段時間內(nèi)電梯上升的高度h1 a1t12在2 5s內(nèi) 體重計的示數(shù)等于mg 故電梯應做勻速上升運動 速度為t1時刻的電梯的速度 即v1 a1t1 在這段時間內(nèi)電梯上升的高度h2 v1 t2 t1 在5 6s內(nèi) 體重計的示數(shù)小于mg 故電梯應做減速上升運動 設(shè)這段時間內(nèi)體重計作用于小孩的力為N2 電梯及小孩的加速度為a2 由牛頓第二定律 得 mg N2 ma2在這段時間內(nèi)電梯上升的高度h3 v1 t3 t2 a2 t3 t2 2電梯上升的總高度h h1 h2 h3代入數(shù)據(jù)解得h 9m 答案 9m 規(guī)律方法 電梯內(nèi)的超 失重問題的處理方法 1 系統(tǒng)處于超重 失重狀態(tài)時 系統(tǒng)內(nèi)物體所受重力沒有任何變化 是物體對豎直懸繩的拉力或?qū)λ街蚊娴膲毫Πl(fā)生了變化 2 判斷物體處于超重還是失重的狀態(tài)時 只看加速度 不看速度 加速度向上 物體超重 加速度向下 a g 物體失重 3 如果電梯是一個不透光的全封閉環(huán)境 電梯內(nèi)的人只能根據(jù)臺秤的讀數(shù)判斷電梯運行的加速度方向 不能判斷速度方向 4 電梯內(nèi)人的舉力是不變的 他能舉起的物體質(zhì)量的最大值不僅和舉力有關(guān) 還和系統(tǒng)的加速度有關(guān) 互動探究 上題中小孩在5 6s最多能舉起m1 75kg的物體 則小孩在地面上最多可舉起多大質(zhì)量的物體 g取10m s2 解析 小孩在地面上的最大 舉力 為F 那么他在以不同加速度運動的電梯中最大的 舉力 仍然是F 以物體為研究對象進行受力分析 物體的受力示意圖如圖所示 物體的加速度與電梯相同 電梯在5 6s的加速度a1 2m s2方向向下 此時對物體有 m1g F m1a1 F m1 g a1 75 10 2 N 600N 設(shè)人在地面上最多可舉起質(zhì)量為m0的物體 則F m0g m0 F g 60kg 答案 60kg 典例 如圖所示 斜面體M始終處于靜止狀態(tài) 當物體m沿斜面下滑時 下述錯誤的是A 勻速下滑時 M對地面壓力等于 M m gB 加速下滑時 M對地面壓力小于 M m gC 勻減速下滑時 M對地面壓力大于 M m gD M對地面壓力始終等于 M m g 解題指導 研究系統(tǒng)整體 分析整體在豎直方向上的加速度方向 確定超失重情況 標準解答 選D 物體加速下滑時對整個系統(tǒng)有豎直向下的加速度分量而出現(xiàn)失重現(xiàn)象 故B正確 物體勻減速下滑時系統(tǒng)存在豎直向上的加速度分量 處于超重狀態(tài) 故C正確 勻速下滑時系統(tǒng)處于平衡狀態(tài) 故A正確 超重與失重的思維定勢導致錯誤直升機懸停在空中向地面投放裝有救災物資的箱子 如圖所示 設(shè)投放初速度為零 箱子所受的空氣阻力與箱子下落速度的平方成正比 且運動過程中箱子始終保持圖示姿態(tài) 在箱子下落過程中 下列說法正確的是 A 箱內(nèi)物體對箱子底部始終沒有壓力B 箱子剛從飛機上投下時 箱內(nèi)物體受到的支持力最大C 箱子接近地面時 箱內(nèi)物體受到的支持力比剛投下時大D 若下落距離足夠長 箱內(nèi)物體有可能不受底部支持力而 飄起來 正確解答 剛投下時箱子不受阻力 整體加速度為g 對于物體有 mg N mg 即N 0 因此此時物體對箱底壓力為零 故B錯 隨著箱子的下落 因受空氣阻力作用 對整體應用牛頓第二定律得 M m g kv2 M m a 隨著下落速度的增大 加速度越來越小 對物體應用牛頓第二定律得 mg N ma 隨著加速度的減小 支持力越來越大 由牛頓第三定律可得壓力也越來越大 故A錯 C對 若下落距離足夠長 最后重力與阻力平衡 加速度a為零 箱子將做勻速直線運動 此時對物體有 mg N 因此物體不可能 飄起來 故D錯 正確答案 C 易錯分析 本題易錯選A項和D項 出現(xiàn)錯誤的原因是認為只要物體在空中釋放而下落 一定是處于失重狀態(tài) 其原因是在分析物體的受力情況時 只考慮到重力 認為物體做自由落體運動 沒有考慮空氣阻力的作用 1 某實驗小組的同學在電梯的天花板上固定一根彈簧測力計 使其測量掛鉤向下 并在鉤上懸掛一個重為10N的鉤碼 彈簧測力計彈力隨時間變化的規(guī)律可通過一傳感器直接得出 如圖所示 則下列分析錯誤的是 A 從時刻t1到t2 鉤碼處于失重狀態(tài)B 從時刻t3到t4 鉤碼處于超重狀態(tài)C 電梯可能開始在15樓 靜止一段時間后 先加速向下 接著勻速向下 再減速向下 最后停在1樓D 電梯可能開始在1樓 靜止一段時間后先加速向上 接著勻速向上 再減速向上 最后停在15樓 解析 選D 由圖象可知 在t1 t2時間內(nèi)彈力FG 處于超重 可能是在減速下降或加速向上 故A B C正確 選D 2 升降機地板上放一個臺秤 秤盤上放一質(zhì)量為m的物體 當秤的讀數(shù)為1 2mg時 升降機可能做的運動是 A 加速下降B 勻速上升C 減速上升D 減速下降 解析 選D 秤的讀數(shù)增大 是超重 說明升降機的加速度方向向上 做向上的加速運動或向下的減速運動 D正確 3 2011 徐州高一檢測 2008年9月25日 神舟七號 載人飛船成功發(fā)射 設(shè)近地加速時 飛船以5g的加速度勻加速上升 g為重力加速度 則質(zhì)量為m的宇航員對飛船底部的壓力為 A 6mgB 5mgC 4mgD mg 解析 選A 以人為研究對象 進行受力分析 由牛頓第二定律可知 F mg ma 則F m g a 6mg 再由牛頓第三定律可知 人對飛船底部的壓力為6mg 4 一彈簧測力計最多能掛5 4kg重的物體 在實際以1m s2的加速度下降的電梯里 它最多能掛上多重的物體 如果在電梯內(nèi)彈簧測力計最多能掛上4 0kg的物體 此刻電梯在做什么運動 加速度的大小為多少 取g 10m s2 解析 彈簧測力計的最大拉力F m0g 5 4 10N 54N 當a1 1m s2 方向向下時 m1g F m1a 則m1 6kg 若最多能掛4 0kg的物體 說明物體處于超重狀態(tài) 加速度方向向上 電梯向上加速運動或向下減速運動 由F m2g m2a2 得a2 m s2 3 5m s2 答案 6kg向上加速運動或向下減速運動3 5m s2 一 選擇題 本題包括6小題 每小題5分 共30分 每小題至少一個選項正確 1 2011 皖南高一檢測 下列關(guān)于超重 失重現(xiàn)象的描述中 正確的是 A 人隨升降機以加速度a加速下降時 人處于超重狀態(tài)B 列車在水平直軌道上加速行駛 車上的人處于超重狀態(tài)C 在國際空間站內(nèi)的宇航員處于完全失重狀態(tài) 因為這時候宇航員不受重力了D 電梯正在減速下降 人在電梯中處于超重狀態(tài) 解析 選D A項中人加速度向下 處于失重狀態(tài) A錯誤 B項中列車豎直方向加速度為零 處于等重狀態(tài) B錯誤 C項中宇航員處于完全失重狀態(tài) 但仍受重力 C錯誤 D項中人的加速度向上 處于超重狀態(tài) D正確 2 下面關(guān)于超重與失重的判斷正確的是 A 物體做變速運動時 必處于超重或失重狀態(tài)B 物體向下運動 必處于失重狀態(tài)C 做豎直上拋運動的物體 處于超重狀態(tài)D 物體斜向上做勻減速運動 處于失重狀態(tài) 解析 選D 判斷物體是否處于超重或失重狀態(tài) 就是看物體有沒有豎直方向的加速度 若物體加速度向下 則處于失重狀態(tài) 若物體加速度向上 則處于超重狀態(tài) A B兩項均未指明加速度方向 無法判定是否超重或失重 C D兩項物體加速度均向下 故處于失重狀態(tài) C項中a g 故完全失重 3 2011 蘇州高一檢測 一種巨型娛樂器械可以讓人體驗超重和失重的感覺 一個可乘十多個人的環(huán)形座艙套在豎直柱子上 由升降機構(gòu)送上幾十米的高處 然后讓座艙自由下落 下落一定高度后 制動系統(tǒng)啟動 座艙做減速運動 到地面時剛好停下 下列判斷正確的是 A 座艙在自由下落的過程中人處于超重狀態(tài)B 座艙在自由下落的過程中人處于失重狀態(tài)C 座艙在減速運動的過程中人處于失重狀態(tài)D 座艙在減速運動的過程中人處于超重狀態(tài) 解析 選B D 座艙在自由下落時 加速度為g 方向向下 人處于失重狀態(tài) A錯誤 B正確 座艙在減速過程中 加速度方向向上 人處于超重狀態(tài) C錯誤 D正確 4 2010年8月巴基斯坦大約80萬人受洪水圍困 由于道路不通 救援人員只能借助直升機展開援救 關(guān)于被營救人員在直升機上的狀態(tài) 下列描述正確的是 A 當直升機加速上升時 被營救人員處在失重狀態(tài)B 當直升機減速下降時 被營救人員處在超重狀態(tài)C 當直升機上升時 被營救人員處在超重狀態(tài)D 當直升機下降時 被營救人員處在失重狀態(tài) 解析 選B 加速度向上 為超重狀態(tài) 加速度向下 為失重狀態(tài) 超重 失重與運動的方向無關(guān) 故B正確 A C D錯誤 5 日本機器人展在橫濱對公眾開放 來自日本各地的40多家科研機構(gòu)和生產(chǎn)廠商展示了機器人領(lǐng)域的科研成果 如圖所示是日本機器人展媒體預展上一個小型機器人在表演垂直攀登 關(guān)于機器人在上升過程中細繩對手的拉力以下說法正確的是 A 當機器人高速向上攀爬時細繩對手的拉力比低速攀爬時大B 當機器人減速上升時 機器人處于超重狀態(tài)C 當機器人減速下降時 機器人處于失重狀態(tài)D 機器人加速下降過程中 a g 細繩對機器人的拉力小于其重力 解析 選D 機器人對細繩的拉力與速度大小無關(guān) 只與是否有豎直方向上的加速度有關(guān) 則A錯 機器人減速上升時 其加速度方向向下 處于失重狀態(tài) 則B錯 機器人減速下降時 其加速度方向向上 處于超重狀態(tài) 則C錯 機器人加速下降過程中加速度方向向下 處于失重狀態(tài) 拉力小于重力 則D對 6 下列四個實驗中 能在繞地球飛行的太空實驗艙中完成的是 A 用天平測量物體的質(zhì)量B 用彈簧測力計測物體的重力C 用溫度計測艙內(nèi)的溫度D 用水銀氣壓計測艙內(nèi)氣體的壓強 解析 選C 繞地球飛行的太空試驗艙處于完全失重狀態(tài) 處于其中的物體也處于完全失重狀態(tài) 物體對水平支持物沒有壓力 對懸掛物沒有拉力 用天平測量物體質(zhì)量時 利用的是杠桿原理 因此在太空實驗艙內(nèi)不能完成 同理 水銀氣壓計也不能測出艙內(nèi)氣體壓強 物體處于失重狀態(tài)時 對懸掛物沒有拉力 因此彈簧測力計不能測出物體的重力 溫度計是利用了熱脹冷縮的性質(zhì) 因此可以測出艙內(nèi)溫度 故只有選項C正確 方法技巧 完全失重下能使用的儀器在完全失重的狀態(tài)下 由重力產(chǎn)生的一切物理現(xiàn)象都會消失 如單擺停擺 天平失效 浸沒于液體中的物體不再受浮力 水銀氣壓計失效等 但測力的儀器中彈簧測力計如不測重力而測拉力是可以使用的 因為彈簧測力計是根據(jù)胡克定律F kx原理制成的 而不是根據(jù)重力制成的 二 非選擇題 本題包括2小題 共20分 要有必要的文字敘述 7 8分 挑戰(zhàn)能力 一般在賓館的低層客房都固定有繩索 一旦出現(xiàn)意外情況 如火災等 客人可沿繩索滑下逃生 若某客人體重100kg 由于意外繩索能承受的最大拉力僅為900N 客人應至少以多大的加速度下滑 才不致使該繩索斷裂 若某次加速下滑5m剛好落地 其著地速度多大 g 10N kg 解析 以人為研究對象 當繩索的拉力達到最大時有mg F ma 得a m s2 1m s2落地的速度v m s m s答案 1m s2m s 8 12分 2011 通州高一檢測 據(jù)報載 我國航天第一人楊利偉的質(zhì)量為63kg 裝備質(zhì)量不計 求 1 假設(shè)飛船以8 6m s2的加速度豎直上升 這時他對坐椅的壓力多大 g 9 8m s2 2 楊利偉訓練時承受的壓力可達到8個G 這表示什么意思 3 當飛船返回地面 減速下降時 請你判斷一下楊利偉應該有什么樣的感覺 解析 1 以楊利偉為研究對象 受力分析如圖所示 由牛頓第二定律得 N mg ma N mg ma 1159 2N 由牛頓第三定律可知 他對坐椅的壓力與坐椅對他的支持力大小相等 方向相反 即N N 1159 2N 2 楊利偉訓練時承受壓力可達8個G 即N 8G 8mg mg 處于超重狀態(tài) 此時加速度 N mg ma 即 8mg mg ma a 7g 因此 楊利偉可承受以7g的加速度加速上升或減速下降時所產(chǎn)生的壓力 3 當飛船返回地面 減速下降時 加速度方向向上 處于超重狀態(tài) 飛船對腳的支持力增大 由牛頓第三定律知 腳對飛船壓力增大 故雙腳有明顯壓迫感 由于處于超重狀態(tài) 頭部血壓降低 因此可能出現(xiàn)頭暈等現(xiàn)象 答案 1 1159 2N 2 3 見解析 同學們 來學校和回家的路上要注意安全 同學們 來學校和回家的路上要注意安全