2017沪科版高中物理必修一第5章《超重与失重》word学案.doc

1、学案 6 超重与失重 学习目标定位 1.认识超重和失重现象，理解产生超重、失重现象的条件和实质.2.能应 用牛顿运动定律处理超重、失重问题.3.会利用超重、失重知识解释一些现象 一、超重 1定义：物体对悬挂物的拉力(或对支撑物的压力)大于物体重力的现象叫做超重 2产生条件：物体具有竖直向上的加速度 二、失重 1定义：物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)小于物体重力的现象叫做失重 2产生条件：物体具有竖直向下的加速度 三、完全失重 1定义：物体对悬挂物或支持物完全没有作用力，称为处于完全失重状态 2产生条件：物体竖直向下的加速度等于 g. 一、什么是超重和失重 问题设计 小星家住十八楼，每天上

2、学放学均要乘垂直升降电梯上下楼上学时，在电梯里，开始他 总觉得有种“飘飘然”的感觉，背的书包也感觉变“轻”了快到楼底时，他总觉得自己 有种“脚踏实地”的感觉，背的书包也似乎变“重”了这是什么原因呢？为了研究超重、 失重现象，小星在电梯里放了一台台秤如图 1 所示设小星的质量为 50 kg， g 取 10 m/s2. 当小星感觉“飘飘然”时，他发现台秤的示数为 400 N；当他感觉“脚踏实地”时，他发 现台秤的示数为 600 N；当电梯门打开时，他发现台秤的示数为 500 N. 以上三种情况下小星的重力变化了吗？超重、失重时台秤的示数如何变化？ 图 1 答案 没变；超重时台秤的示数比小星的重力大

3、，失重时台秤的示数比小星的重力小 要点提炼 1实重与视重 (1)实重：物体实际所受的重力物体所受重力不会因物体运动状态的改变而变化 (2)视重：当物体对弹簧测力计的拉力或对台秤的压力不等于物体的重力时，弹簧测力计或 台秤的示数叫做物体的视重 2超重与失重时，视重与实重的关系 (1)超重时，视重大于实重 (2)失重时，视重小于实重 二、超重与失重的产生条件 问题设计 小星发现当他下楼时，台称的示数总是分别会按顺序出现 400 N、600 N 和 500 N而上楼 时台称的示数总会按顺序出现 600 N、400 N 和 500 N，你能利用所学的知识分析电梯各阶 段所处的运动状态吗？ 答案 下楼的

4、过程当台秤的示数是 400 N 时，由牛顿第二定律知小星的加速度 a m/s22 m/s2，方向竖直向下，因小星与电梯的运动状态相同，所以电梯正以 2 500 40050 m/s2的加速度竖直向下做加速运动同理可得当台秤示数是 600 N 时，电梯以 2 m/s2的加 速度竖直向下做减速运动，当示数为 500 N 时，电梯停止运动 上楼的过程，当台秤的示数是 600 N 时，由牛顿第二定律知小星的加速度 a 600 50050 m/s22 m/s2，方向竖直向上，故小星与电梯以 2 m/s2的加速度竖直向上做加速运动同 理当示数是 400 N 时，电梯以 2 m/s2的加速度向上做减速运动，当

5、示数为 500 N 时，电梯 停止运动 要点提炼 判断超重、失重状态的方法 1从受力的角度判断 超重：物体所受向上的拉力(或支持力)大于重力 失重：物体所受向上的拉力(或支持力)小于重力 完全失重：物体所受向上的拉力(或支持力)等于零 2从加速度的角度判断 超重：物体具有竖直向上的加速度 失重：物体具有竖直向下的加速度 完全失重：物体具有竖直向下的加速度，且加速度大小等于 g. 一、超重与失重的判断 例 1 “蹦极”是一项非常刺激的体育运动，某人身系弹性绳自高空 P 点自由下落，图 2 中 a 点是弹性绳的原长位置， c 点是人能到达的最低点， b 点是人静止悬吊着时的平衡位置， 人在从 P

6、点下落到最低点 c 的过程中( ) 图 2 A人在 Pa 段做自由落体运动，处于完全失重状态 B人在 ab 段绳的拉力小于人的重力，人处于失重状态 C人在 bc 段绳的拉力小于人的重力，人处于失重状态 D人在 c 点，人的速度为零，其加速度为零 解析 人在 Pa 段只受重力作用， a g，完全失重，A 正确；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 正确；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 错误；人到 c 点时，拉力最大，合 力最大，加速度最大，D 错误 答案 AB 针对训练 1 下列说法中正确的是( ) A

7、体操运动员双手握住单杠吊在空中不动时处于失重状态 B蹦床运动员在空中上升和下落过程中都处于失重状态 C举重运动员在举起杠铃后不动的那段时间内处于超重状态 D游泳运动员仰卧在水面静止不动时处于失重状态 答案 B 解析 当加速度方向竖直向下时，物体处于失重状态；当加速度方向竖直向上时，物体处 于超重状态，蹦床运动员在空中上升和下降的过程中加速度方向均竖直向下，且 a g，为 完全失重状态，所以 B 正确而 A、C、D 中运动员均为平衡状态， F mg，既不超重也不失 重 二、关于超重与失重的计算 例 2 有一根钢丝能承受的最大拉力为 100 N，在一个运动的电梯中，这根钢丝下悬挂了 12 kg 的

8、物体恰好没有断，问电梯可能做怎样的运动？(取 g10 m/s 2) 解析 钢丝的拉力恰为 100 N 时，物体一定处于失重状态，所以电梯具有向下的加速度 对物体由牛顿第二定律得： F 合 mg F ma 解得： a1.67 m/s 2 电梯的运动情况有两种可能：一是以 1.67 m/s2的加速度向下匀加速运动；二是以 1.67 m/s2的加速度向上匀减速运动 答案 电梯以 1.67 m/s2的加速度向下匀加速运动，或者电梯以 1.67 m/s2的加速度向上匀 减速运动 针对训练 2 在升降机中，一个人站在磅秤上，发现自己的体重减轻了 20%，于是他作出下 列判断，其中正确的是( ) A升降机以

9、 0.8g 的加速度加速上升 B升降机以 0.2g 的加速度加速下降 C升降机以 0.2g 的加速度减速上升 D升降机以 0.8g 的加速度减速下降 答案 BC 解析 A、D 项的加速度 a0.8 g，方向竖直向上，由牛顿第二定律有 F mg ma 得 F1.8 mg，其中 F 为人的视重，即人此时处于超重状态，A、D 错误B、C 项的加速度 a0.2 g，方向竖直向下，根据牛顿第二定律有 mg F ma，得 F0.8 mg，人的视重比 实际重力小 100%20%，B、C 正确 mg Fmg 超重和失重分析 特征 状态 加速 度 a 视重( F)与重力 (mg)的关系 运动情况 受力图 平衡

10、a0 F mg 静止或匀速 直线运动 超重 方向 向上 F m(g a)mg 向上加速， 向下减速 失重 方向 向下 F m(g a)mg 向下加速， 向上减速 1(对超重和失重的理解)四位同学对超重、失重现象作了如下总结，其中正确的是( ) A超重就是物体重力增加了，失重就是物体重力减小了 B物体加速度向上属于超重，物体加速度向下属于失重 C不论超重、失重、还是完全失重物体所受重力不变 D超重就是物体对竖直悬挂物的拉力(或对水平支持物的压力)大于重力的现象，失重则是 小于重力的现象 答案 BCD 2(超重和失重的判断)跳水运动员从 10 m 跳台腾空跃起，先向上运动一段距离达到最高 点后，再

11、自由下落进入水池，不计空气阻力，关于运动员在空中上升过程和下落过程以下 说法正确的有( ) A上升过程处于超重状态，下落过程处于失重状态 B上升过程处于失重状态，下落过程处于超重状态 C上升过程和下落过程均处于超重状态 D上升过程和下落过程均处于完全失重状态 答案 D 解析 跳水运动员在空中时无论上升还是下落，加速度方向均向下，由于不计空气阻力， 故均为完全失重状态，故选 D. 3(超重和失重的判断)在探究超重和失重规律时，某体重为 G 的同学站在一压力传感器上 完成一次下蹲和起立的动作传感器和计算机相连，经计算机处理后得到压力随时间 t 变 化的图像，则下列图像中可能正确的是( ) 答案 D

12、 4(关于超重和失重的计算)一个质量为 50 kg 的人站在升降机的地板上，升降机的顶部悬 挂了一只弹簧测力计，弹簧测力计下面挂着一个质量为 mA5 kg 的物体 A，当升降机向上 运动时，人看到弹簧测力计的示数为 40 N，如图 3 所示， g 取 10 m/s2，求此时人对地板 的压力( g 取 10 m/s2) 图 3 答案 400 N 竖直向下 解析 以 A 为研究对象，受力分析如图所示： 由牛顿第二定律得 mAg F mAa 所以 a m/s22 m/s 2 mAg FmA 510 405 人的受力如图所示 由牛顿第二定律得 Mg N Ma，所以 N Mg Ma400 N 由牛顿第三

13、定律可得，人对地板的压力为 400 N，方向竖直向下 题组一 超重和失重的判断 1下列关于超重与失重的说法正确的是( ) A人造卫星向上发射时处于失重状态 B在超重现象中，物体的重力是增大的 C处于完全失重状态的物体，其重力一定为零 D如果物体处于失重状态，它必然有竖直向下的加速度 答案 D 解析 失重是指弹力小于重力，合力竖直向下的情形，即加速度方向向下，故 D 正确；A 项人造卫星向上发射时加速度方向向上，属于超重状态 2.如图 1 所示，若 P、 Q 叠放在一起，竖直向上抛出，则在它们在空中运动的过程中(不计 空气阻力)( ) 图 1 A上升过程中处于超重状态， P 对 Q 的压力大于

14、P 的重力 B下降过程中处于失重状态， P 对 Q 的压力小于 P 的重力 C上升过程中处于完全失重状态， P 对 Q 无压力 D下降过程中处于完全失重状态， P、 Q 间无相互作用力 答案 CD 解析 根据牛顿第二定律( mP mQ)g( mP mQ)a，无论上升过程还是下降过程中， P、 Q 的 加速度 a 都等于 g，即处于完全失重状态， P、 Q 间无相互作用力 3.如图 2 所示为一物体随升降机由一楼运动到某高层的过程中的 vt 图像，则( ) 图 2 A物体在 02 s 处于失重状态 B物体在 2 s8 s 处于超重状态 C物体在 8 s10 s 处于失重状态 D由于物体的质量未知

15、，所以无法判断超重、失重状态 答案 C 解析 从加速度的角度判断，由题意知 02 s 物体的加速度竖直向上，则物体处于超重状 态；2 s8 s 物体的加速度为零，物体处于平衡状态；8 s10 s 物体的加速度竖直向下， 则物体处于失重状态，故 C 选项正确 4.某实验小组的同学在电梯的天花板上固定一个弹簧秤，使其测量挂钩向下，并在钩上悬 挂一个重为 10 N 的钩码弹簧秤弹力随时间变化的规律可通过一传感器直接得出，如图 3 所示则下列分析正确的是( ) 图 3 A从 t1到 t2，钩码处于失重状态 B从 t3到 t4，钩码处于超重状态 C电梯可能开始在 1 楼，先加速向上，接着匀速向上，再减速

16、向上，最后停在 3 楼 D电梯可能开始在 3 楼，先加速向下，接着匀速向下，再减速向下，最后停在 1 楼 答案 ABD 解析 从 t1到 t2，由图像可知钩码对传感器的拉力小于钩码的重力，钩码处于失重状态， 加速度向下，电梯向下加速运动或向上减速运动，选项 A 正确；从 t3到 t4，由图像可知钩 码对传感器的拉力大于钩码的重力，钩码处于超重状态，加速度向上，电梯向下减速运动 或向上加速运动，选项 B 正确；综合得出，选项 C 错误，选项 D 正确 5在完全失重的状态下，下列物理仪器还能使用的是( ) A天平 B水银气压计 C电流表 D秒表 答案 CD 6下列几种情况中，升降机绳索拉力最大的是

17、( ) A以很大速度匀速上升 B以很小速度匀速下降 C上升时以很大的加速度减速 D下降时以很大的加速度减速 答案 D 解析 当重物处于超重时，升降机绳索拉力最大，所以可能的情况有加速上升或减速下 降 7在空饮料瓶四周钻几个小孔，盛满水后，让盛满水的饮料瓶自由下落，则下落过程中可 能出现的情景是下列选项中的( ) 答案 A 解析 装满水的饮料瓶在下落过程中，只受重力作用，故向下落的加速度等于 g，发生完 全失重现象，在完全失重的状态下，水不产生压力，因此水不会漏出 题组二 关于超重和失重的计算 8在以加速度 a g 加速上升的电梯里，有一质量为 m 的人，下列说法中正确的是( ) 13 A人的重

18、力仍为 mg B人的重力为 mg 23 C人对电梯的压力为 mg 23 D人对电梯的压力为 mg 43 答案 AD 解析 当人随电梯加速上升时，人处于超重状态，但重力不变，设人受电梯支持力为 N， 则 N mg ma，得 N mg，由牛顿第三定律知人对电梯的压力为 mg. 43 43 9某消防队员从一平台跳下，下落 2 m 后双脚着地，接着他用双腿弯曲的方法缓冲，使自 身重心又下降了 0.5 m在着地过程中地面对他双脚的平均作用力估计为( ) A自身所受重力的 2 倍 B自身所受重力的 5 倍 C自身所受重力的 8 倍 D自身所受重力的 10 倍 答案 B 解析 用运动学公式和牛顿第二定律求解

19、， 着地前自由下落过程： v 2 gs12t 屈腿下降过程： s20.5 m，人做匀减速直线运动 v 2 as22t a N mgm 由得 N mg5 mg. s1 s2s2 10在升降电梯内的地面上放一体重计，电梯静止时，晓敏同学站在体重计上，体重计示 数为 50 kg，电梯运动过程中，某一段时间内晓敏同学发现体重计示数如图 4 所示，则在 这段时间内( ) 图 4 A晓敏同学所受的重力变小了 B晓敏对体重计的压力小于体重计对晓敏的支持力 C电梯一定在竖直向下运动 D电梯的加速度大小为 g/5，方向一定竖直向下 答案 D 解析 晓敏在这段时间内处于失重状态，晓敏对体重计的压力变小了，而晓敏的

20、重力没有 改变，A 选项错；晓敏对体重计的压力与体重计对晓敏的支持力是一对作用力与反作用力， 大小一定相等，B 选项错，以竖直向下为正方向，有： mg F ma，即 50g40 g50 a，解 得 a g/5，方向竖直向下，但速度方向可能是竖直向上，也可能是竖直向下，C 选项错， D 选项正确 题组三 综合应用 11.某人在地面上用弹簧测力计称得其体重为 490 N他将弹簧测力计移至电梯内称其体重， t0至 t3时间段内弹簧测力计的示数如图 5 所示，则电梯运行的 v t 图像可能是(取电梯向 上运动的方向为正)( ) 图 5 答案 A 解析 t0 t1时间段内，人失重，应向上减速或向下加速，

21、B、C 错； t1 t2时间段内，人 匀速或静止； t2 t3时间段内，人超重，应向上加速或向下减速，A 对，D 错 12.如图 6 所示，质量为 M 的斜面体始终处于静止状态，当质量为 m 的物体以加速度 a 沿斜 面加速下滑时有( ) 图 6 A地面对斜面体的支持力大于( M m)g B地面对斜面体的支持力等于( M m)g C地面对斜面体的支持力小于( M m)g D由于不知 a 的具体数值，无法判断地面对斜面体的支持力的大小 答案 C 解析 对 M 和 m 组成的系统，当 m 具有向下的加速度而 M 保持平衡时，可以认为系统的重 心向下运动，故系统具有向下的加速度，处于失重状态，所受到

22、的地面的支持力小于系统 的重力 13图 7 甲是我国某运动员在蹦床比赛中的一个情景设这位蹦床运动员仅在竖直方向上 运动，运动员的脚在接触蹦床过程中，蹦床对运动员的弹力 F 随时间 t 的变化规律通过传 感器用计算机绘制出来，如图乙所示取 g10 m/s 2，根据 Ft 图像求： 图 7 (1)运动员的质量； (2)运动员在运动过程中的最大加速度 答案 (1)50 kg (2)40 m/s 2 解析 (1)由图像可知，刚站上去的时候弹力等于重力，故运动员所受重力为 500 N，设运 动员质量为 m，则 m 50 kg Gg (2)由图像可知蹦床对运动员的最大弹力为 Fm2 500 N，设运动员的最大加速度为 am，则 Fm mg mam am m/s240 m/s 2 Fm mgm 2 500 50050