2018-2019高中物理 第5章 研究力和運動的關系 5.5 超重與失重學案 滬科版必修1.doc
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5．5 超重與失重 [目標定位] 1.認識超重和失重現象，理解產生超重、失重現象的條件和實質.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象． 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. 圖1 當小星感覺“飄飄然”時，他發(fā)現臺秤的示數為400 N；當他感覺“腳踏實地”時，他發(fā)現臺秤的示數為600 N；當電梯門打開時，他發(fā)現臺秤的示數為500 N. 以上三種情況下小星的重力變化了嗎？超重、失重時臺秤的示數如何變化？ 答案 沒變；超重時臺秤的示數比小星的重力大，失重時臺秤的示數比小星的重力小． [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叫做物體的視重． 2．超重與失重 (1)超重：物體對懸掛物的拉力(或對支持物的壓力)大于物體重力的現象． (2)失重：物體對懸掛物的拉力(或對支持物的壓力)小于物體重力的現象． (3)完全失重：物體對懸掛物的拉力(或對支持物的壓力)等于零的狀態(tài)． 二、超重與失重的產生條件 [問題設計] 為了進一步進行超重、失重的研究，小星繼續(xù)做實驗．求下列情況中臺秤的示數(如圖1，已知小星的質量為50 kg) (1)當電梯以a＝2 m/s2的加速度勻加速上升； (2)當電梯以a＝2 m/s2的加速度勻減速上升； (3)當電梯以a＝2 m/s2的加速度勻加速下降； (4)當電梯以a＝2 m/s2的加速度勻減速下降； 從以上例子中歸納總結：什么情況下會發(fā)生超重現象，什么情況下會發(fā)生失重現象？ 答案 (1)勻加速上升時，以人為研究對象，受力情況、加速度方向、速度方向如圖甲所示．選向上為正方向．根據牛頓第二定律有 甲 N1－mg＝ma 得：N1＝mg＋ma＝50(10＋2) N＝600 N (2)勻減速上升時，以人為研究對象，人的受力情況、加速度方向、速度方向如圖乙所示．選向下為正方向 乙 根據牛頓第二定律有mg－N2＝ma 得：N2＝mg－ma＝50(10－2) N＝400 N (3)勻加速下降時，以人為研究對象，人的受力情況、加速度方向、速度方向如圖丙所示，選向下為正方向，根據牛頓第二定律 丙 有mg－N3＝ma 得：N3＝mg－ma＝50(10－2) N＝400 N (4) 勻減速下降時，以人為研究對象，人的受力情況、加速度方向、速度方向如圖丁所示，選向上為正方向，根據牛頓第二定律有N4－mg＝ma 丁 得：N4＝mg＋ma＝50(10＋2) N＝600 N 歸納總結：(1)、(4)中，物體具有向上的加速度時，會發(fā)生超重現象；(2)、(3)中，物體具有向下的加速度時，會發(fā)生失重現象． [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. 3．注意 (1)物體處于超重還是失重狀態(tài)，只取決于加速度的方向，與物體的運動方向無關． (2)發(fā)生超重、失重或完全失重時，物體所受的重力并沒有變化． (3)發(fā)生完全失重現象時，與重力有關的一切現象都將消失．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再能使用(如天平)． (4)只受重力作用的一切拋體運動，如我們學過的自由落體運動和豎直上拋運動等，物體在空中只受重力的運動，其加速度等于g，物體都處于完全失重現象． [延伸思考] 有人說：“物體超重時重力變大了，失重時重力變小了，完全失重時重力消失了．”對嗎？為什么？ 答案 不對．超重是物體對懸掛物的拉力(或支持物的壓力)大于物體所受重力的現象，物體本身的重力并沒有變化．同理，失重和完全失重時重力也沒有變化． 一、超重與失重的判斷 例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) 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＝mg，既不超重也不失重． 答案 B 二、關于超重與失重的計算 例2 (多選)在一電梯的地板上有一壓力傳感器，其上放一物塊，如圖2甲所示，當電梯運行時，傳感器示數大小隨時間變化的關系圖像如圖乙所示，根據圖像分析得出的結論中正確的是( ) 圖2 A．從t1時刻到t2時刻，物塊處于失重狀態(tài) B．從t3時刻到t4時刻，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 解析 從F－t圖像可以看出，0～t1時間內，F＝mg，電梯處于靜止狀態(tài)或勻速直線運動狀態(tài)；t1～t2時間內，F>mg，電梯具有向上的加速度，物塊處于超重狀態(tài)，可能加速向上運動或減速向下運動；t2～t3時間內，F＝mg，電梯處于靜止狀態(tài)或勻速直線運動狀態(tài)；t3～t4時間內，F
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