3.6 超重与失重(共33张PPT)

(共33张PPT)
第六节　超重与失重
第 六节
核心要点突破
课堂互动讲练
课前自主学案
课标定位
课标定位：
应用：1. 能用牛顿运动定律解决有关超重和失重问题．
2．观察并感受失重和超重现象，用科学的观点解释身边的现象．
理解：1. 超重和失重现象的原因．
2．超重和失重都是一种表象，实际上物体的重力不变．
认识：1. 超重现象和失重现象．
2．完全失重现象．
课前自主学案
一、乘电梯时的发现
1．实验过程(如图3－6－1所示)
图3－6－1
(1)当弹簧测力计拉着重物在竖直方向静止时，测力计示数_______物体的重力．
(2)弹簧测力计拉着物体竖直向上加速运动时，测力计示数_______物体的重力；竖直向上减速运动时，测力计示数________物体的重力．
(3)弹簧测力计拉着重物竖直向下加速时，测力计示数______物体的重力；竖直向下减速时，测力计示数_______物体的重力．
等于
大于
小于
小于
大于
2．实验分析
弹簧测力计的示数决定于它受到的_______大小，上述情况表明弹簧测力计受到的______发生了变化，物体的重力并_______变化．
二、超重和失重现象
1．超重
(1)定义：物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)_____物体所受重力的现象．
(2)产生条件：物体具有__________的加速度．
拉力
拉力
没有
大于
竖直向上
2．失重
(1)定义：物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)______物体所受重力的现象．
(2)产生条件：物体具有___________的加速度．
(3)完全失重
①定义：物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)________ 的现象．
②产生条件：a＝g，方向____________．
小于
竖直向下
等于零
竖直向下
思考感悟
如图3－6－2，电梯在启动向上、匀速运动和制动三个阶段，体重计的示数不同，试解释这一现象．
图3－6－2
提示：电梯在启动、匀速运动和制动三个阶段，人分别处于超重、平衡和失重状态，即人受到的支持力分别大于、等于和小于人自身的重力，因此体重计的示数在三个阶段不同．
核心要点突破
一、对超重、失重的理解
1．视重：当物体挂在弹簧测力计下或放在水平台秤上时，弹簧测力计或台秤的示数称为“视重”，大小等于秤所受的拉力或压力．
2．对超、失重的理解
(1)物体处于超重或失重状态时，物体对支持物的压力(或对悬挂物拉力)的大小与物体的重力大小不相等，但物体所受的重力并没有发生变化．
(2)物体处于失重还是超重状态，与物体的速度大小、速度方向无关，只决定于物体的加速度方向：加速度方向向上则超重，加速度方向向下则失重．
(3)物体不在竖直方向上运动，只要其加速度在竖直方向上有分量，即ay≠0，就存在超重、失重现象．当ay方向竖直向上时，物体处于超重状态，当ay方向竖直向下时，物体处于失重状态．
(4)在完全失重状态下，平常由重力产生的一切物理现象都会完全消失，比如物体对桌面无压力，单摆停止摆动，浸在水中的物体不受浮力等．靠重力才能使用的仪器，也不能再使用，如天平、液体气压计等．
特别提醒：(1)用弹簧测力计测物体的重力时，必须保证物体处于静止或匀速直线运动状态．当物体在竖直方向有加速度时，测力计的示数不再等于物体的重力．
(2)超重时物体具有向上的加速度，物体可能向上加速，也可能向下减速；失重时物体具有向下的加速度，物体可能向下加速也可能向上减速．
即时应用(即时突破，小试牛刀)
1.关于超重和失重的下列说法中，正确的是
(　　)
A．超重就是物体所受的重力增大了，失重就是物体所受的重力减小了
B．物体做自由落体运动时处于完全失重状态，所以做自由落体运动的物体不受重力作用
C．物体具有向上的速度时处于超重状态，物体具有向下的速度时处于失重状态
D．物体处于超重或失重状态时，物体的重力始终存在且未发生变化
解析：选D.物体具有向上的加速度时处于超重状态，具有向下的加速度时处于失重状态，超重和失重并非物体的重力发生变化，而是物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力发生变化，综上所述，A、B、C项错误，D项正确．
二、超重、失重问题的计算
1．超重、失重的定量计算
设物体质量为m，竖直方向加速度为a，重力加速度为g，支持力为N.
(1)超重：由N－mg＝ma可得N＝m(g＋a)，即视重大于重力，超重“ma”，加速度a越大，超重越多．
(2)失重：由mg－N＝ma可得N＝m(g－a)，即视重小于重力．失重“ma”，加速度a越大，失重越多．
(3)完全失重：由mg－N＝ma和a＝g联立解得F＝0，即视重为0，失重“mg”．
2．解答超重、失重问题的步骤
(1)明确题意，确定研究对象．
(2)对研究对象受力分析和运动情况的分析．
(3)确定加速度的方向．
(4)根据牛顿第二定律列式求解．
特别提醒：超重、失重问题本质上是牛顿第二定律的应用，其求解的思路方法与应用牛顿第二定律的思路方法相同．
即时应用(即时突破，小试牛刀)
2.在电梯中，把一重物置于水平台秤上，台秤与力的传感器相连，电梯先从静止加速上升，然后又匀速运动一段时间，最后停止运动；传感器的屏幕上显示出其所受的压力与时间的关系(N－t)图像如图3－6－3所示，则
图3－6－3
(1)电梯在启动阶段经历了________s加速上升过程．
(2)电梯的最大加速度是多少？(g取10 m/s2)
答案：(1)4　(2)6.7 m/s2
课堂互动讲练
对超重、失重的理解
某实验小组，利用DIS系统观察超重和失重现象，他们在电梯内做实验，在电梯的地板上放置一个压力传感器，在传感器上放一个重为20 N的物块，如图3－6－4甲所示，实验中计算机显示出传感器所受物块的压力大小随时间变化的关系图像，如图乙．根据图像分析得出的结论中正确的是
(　　)
例1
图3－6－4
A．从时刻t1到t2，物块处于失重状态
B．从时刻t3到t4，物块处于失重状态
C．电梯可能开始停在低楼层，先加速向上，接着匀速向上，再减速向上，最后停在高楼层
D．电梯可能开始停在高楼层，先加速向下，接着匀速向下，再减速向下，最后停在低楼层
【思路点拨】　解决此题需要把握以下三点：
(1)判断超、失重现象关键是看加速度方向，而不是运动方向．
(2)处于超重状态时，物体可能做向上加速或向下减速运动．
(3)处于失重状态时，物体可能做向下加速或向上减速运动．
【精讲精析】　从F t图像可以看出，0～t1，F＝mg，电梯可能处于静止状态或匀速运动状态；t1～t2，F>mg，电梯具有向上的加速度，物块处于超重状态，可能加速向上运动或减速向下运动；t2～t3，F＝mg，可能静止或匀速运动；t3～t4，F【答案】　BC
变式训练1　某电梯中用细绳静止悬挂一重物，当电梯在竖直方向运动时，突然发现细绳断了，由此可判断电梯的运动情况是(　　)
A．电梯一定是加速上升
B．电梯可能是减速上升
C．电梯可能是匀速上升
D．电梯的加速度方向一定向上
解析：选D.绳断的原因是绳的拉力突然变大了，大于物体的重力，物体处于超重状态，因而电梯的加速度一定向上，可能加速上升，也可能减速下降，故选项D正确.
例2
超重、失重的有关计算
【自主解答】　人在不同环境中最大“举力”是恒定不变的，设此人的最大“举力”为F.
(1)以物体为研究对象，对物体进行受力分析及运动分析，如图3－6－5甲所示，由牛顿第二定律得：m1g－F＝m1a，
图3－6－5
故F＝m1(g－a1)＝600 N.
当他在地面上举物体时，设最多可举起质量为m0的物体，则有m0g＝F，故m0＝60 kg.
(2)此人在某一匀加速运动的升降机中最多能举起m2＝40 kg的物体，由于m0＝60 kg＞m2＝40 kg，此时物体一定处于超重状态，对物体进行受力分析和运动情况分析，如图乙所示．
由牛顿第二定律得：F－m2g＝m2a2，
【答案】　(1)60 kg　(2)5 m/s2
变式训练2　一个质量为70 kg的人乘电梯下楼．电梯开始以3 m/s2的加速度匀加速向下运动时，求这时他对电梯地板的压力．快到此人要去的楼层时，电梯以3 m/s2的加速度向下匀减速下降，求这时他对电梯地板的压力又是多少？(g＝10 m/s2)
解析：当电梯匀加速向下加速运动时，加速度向下，可得mg－F＝ma，即F＝490 N．当电梯向下做匀减速运动时，加速度向上，可得F－mg＝ma，即F＝910 N.
答案：490 N　910 N