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(wèn)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(méi)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(wèn)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(kāi)始他總覺(jué)得有種“飄飄然”的感覺(jué)，背的書(shū)包也感覺(jué)變“輕”了．快到樓底時(shí)，他總覺(jué)得自己有種“腳踏實(shí)地”的感覺(jué)，背的書(shū)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(jué)“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(jué)“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(mén)打開(kāi)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(méi)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?。? [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(cè)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(cè)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(wèn)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(guò)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(guò)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(zhǎng)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(guò)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(shuō)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(guò)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(guò)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(méi)有斷，問(wèn)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)下載提示(請(qǐng)認(rèn)真閱讀)
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