高中物理 第5章 超重與失重學(xué)案6 滬科版必修1
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超重與失重 [學(xué)習(xí)目標(biāo)定位] 1.認(rèn)識(shí)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).2.能應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律處理超重、失重問題.3.會(huì)利用超重、失重知識(shí)解釋一些現(xiàn)象. 一、超重 1.定義:物體對(duì)懸掛物的拉力(或?qū)χ挝锏膲毫?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(duì)懸掛物的拉力(或?qū)χС治锏膲毫?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(duì)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(shè)計(jì)] 小星家住十八樓,每天上學(xué)放學(xué)均要乘垂直升降電梯上下樓.上學(xué)時(shí),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(shí),他總覺得自己有種“腳踏實(shí)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(tái)臺(tái)秤如圖1所示.設(shè)小星的質(zhì)量為50 kg,g取10 m/s2. 當(dāng)小星感覺“飄飄然”時(shí),他發(fā)現(xiàn)臺(tái)秤的示數(shù)為400 N;當(dāng)他感覺“腳踏實(shí)地”時(shí),他發(fā)現(xiàn)臺(tái)秤的示數(shù)為600 N;當(dāng)電梯門打開時(shí),他發(fā)現(xiàn)臺(tái)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(shí)臺(tái)秤的示數(shù)如何變化? 圖1 答案 沒變;超重時(shí)臺(tái)秤的示數(shù)比小星的重力大,失重時(shí)臺(tái)秤的示數(shù)比小星的重力小. [要點(diǎn)提煉] 1.實(shí)重與視重 (1)實(shí)重:物體實(shí)際所受的重力.物體所受重力不會(huì)因物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變而變化. (2)視重:當(dāng)物體對(duì)彈簧測力計(jì)的拉力或?qū)ε_(tái)秤的壓力不等于物體的重力時(shí),彈簧測力計(jì)或臺(tái)秤的示數(shù)叫做物體的視重. 2.超重與失重時(shí),視重與實(shí)重的關(guān)系 (1)超重時(shí),視重大于實(shí)重. (2)失重時(shí),視重小于實(shí)重. 二、超重與失重的產(chǎn)生條件 [問題設(shè)計(jì)] 小星發(fā)現(xiàn)當(dāng)他下樓時(shí),臺(tái)稱的示數(shù)總是分別會(huì)按順序出現(xiàn)400 N、600 N和500 N.而上樓時(shí)臺(tái)稱的示數(shù)總會(huì)按順序出現(xiàn)600 N、400 N和500 N,你能利用所學(xué)的知識(shí)分析電梯各階段所處的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)嗎? 答案 下樓的過程當(dāng)臺(tái)秤的示數(shù)是400 N時(shí),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(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng).同理可得當(dāng)臺(tái)秤示數(shù)是600 N時(shí),電梯以2 m/s2的加速度豎直向下做減速運(yùn)動(dòng),當(dāng)示數(shù)為500 N時(shí),電梯停止運(yùn)動(dòng). 上樓的過程,當(dāng)臺(tái)秤的示數(shù)是600 N時(shí),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(yùn)動(dòng).同理當(dāng)示數(shù)是400 N時(shí),電梯以2 m/s2的加速度向上做減速運(yùn)動(dòng),當(dāng)示數(shù)為500 N時(shí),電梯停止運(yùn)動(dòng). [要點(diǎn)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(xiàng)非常刺激的體育運(yùn)動(dòng),某人身系彈性繩自高空P點(diǎn)自由下落,圖2中a點(diǎn)是彈性繩的原長位置,c點(diǎn)是人能到達(dá)的最低點(diǎn),b點(diǎn)是人靜止懸吊著時(shí)的平衡位置,人在從P點(diǎn)下落到最低點(diǎn)c的過程中( ) 圖2 A.人在Pa段做自由落體運(yùn)動(dòng),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(diǎn),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(cuò)誤;人到c點(diǎn)時(shí),拉力最大,合力最大,加速度最大,D錯(cuò)誤. 答案 AB 針對(duì)訓(xùn)練1 下列說法中正確的是( ) A.體操運(yùn)動(dòng)員雙手握住單杠吊在空中不動(dòng)時(shí)處于失重狀態(tài) B.蹦床運(yùn)動(dòng)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(dòng)員在舉起杠鈴后不動(dòng)的那段時(shí)間內(nèi)處于超重狀態(tài) D.游泳運(yùn)動(dòng)員仰臥在水面靜止不動(dòng)時(shí)處于失重狀態(tài) 答案 B 解析 當(dāng)加速度方向豎直向下時(shí),物體處于失重狀態(tài);當(dāng)加速度方向豎直向上時(shí),物體處于超重狀態(tài),蹦床運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)員均為平衡狀態(tài),F(xiàn)=mg,既不超重也不失重. 二、關(guān)于超重與失重的計(jì)算 例2 有一根鋼絲能承受的最大拉力為100 N,在一個(gè)運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)?(取g=10 m/s2) 解析 鋼絲的拉力恰為100 N時(shí),物體一定處于失重狀態(tài),所以電梯具有向下的加速度. 對(duì)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(yùn)動(dòng)情況有兩種可能:一是以1.67 m/s2的加速度向下勻加速運(yùn)動(dòng);二是以1.67 m/s2的加速度向上勻減速運(yùn)動(dòng). 答案 電梯以1.67 m/s2的加速度向下勻加速運(yùn)動(dòng),或者電梯以1.67 m/s2的加速度向上勻減速運(yùn)動(dòng) 針對(duì)訓(xùn)練2 在升降機(jī)中,一個(gè)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(jī)以0.8g的加速度加速上升 B.升降機(jī)以0.2g的加速度加速下降 C.升降機(jī)以0.2g的加速度減速上升 D.升降機(jī)以0.8g的加速度減速下降 答案 BC 解析 A、D項(xiàng)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(shí)處于超重狀態(tài),A、D錯(cuò)誤.B、C項(xiàng)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(shí)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(guān)系 運(yùn)動(dòng)情況 受力圖 平衡 a=0 F=mg 靜止或勻速 直線運(yùn)動(dòng) 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)- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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