4.7 超重与失重 2023-2024教科版物理必修一(共32张PPT)

(共32张PPT)
4.7 超重与失重
教育科学出版社必修一
第四章 牛顿运动定律
电梯静止时——示数等于重力；
加速向上时——示数大于重力；
加速向下时——示数小于重力；
【观察现象】(视频)
一、超重和失重
1、超重：物体对悬挂物的拉力（或对支持物的压力）大于物体所受重力的情况
2、失重：物体对悬挂物的拉力（或对支持物的压力）小于物体所受重力的情况
大家认为“超重”与“失重”原因何在？
提示：利用牛顿第二定律推导
减速上升：
加速上升：
【问题】在弹簧秤下端挂一质量为m的钩码，分别以加速度a做如下运动时，弹簧秤的拉力如何？
1.加速上升
2.加速下降
3.减速上升
4.减速下降
二、探究超重和失重的规律：
——读数小于重力——失重
——读数大于重力——超重
——读数小于重力——失重
——读数大于重力——超重
mg
F
【注意】
物体超重、失重与物体的速度大小和方向有关吗？
超重、失重与速度大小和方向无关，而与加速度的大小和方向有关。
【总结】
1.超重的条件：
具有竖直向上的加速度或竖直向上的分加速度
2.失重的条件：
具有竖直向下的加速度或竖直向下的分加速度
举例
超重失重两纷纷，
拉力支持定乾坤；
重力长存无变故，
超失须看加速度。
【补充】几个概念
1. 实重——物体实际受到的重力大小(即真实重量)
2. 视重——测量出来的重力大小(即表现出来的重量)
3. 超重——视重大于实重。
4. 失重——视重小于实重。
5. 完全失重——视重等于零，称为完全失重。（分析并举例）
条件：具有竖直向下的加速度，并且a=g
【温馨提醒】无论是超重、失重还是完全失重，物体所受到的重力是不变的。不同的只是重力的作用效果。
在超重和失重中，物体的重量变化了吗？
【抽象思考】
人站在体重计上，作如下运动：
1.快速蹲下
2.快速站起
观察体重计的示数如何变化？
——读数小于重力…
——读数大于重力…
取一只塑料瓶，在下端靠近底边处钻一个小孔，用手堵住瓶口，然后往瓶里加满水。
▲ 提起瓶子，把堵小孔的手移去，可看到小孔处有水喷射出。
为什么？
当瓶子自由下落时，瓶中的水处于完全失重状态，小孔以上部分的水对以下部分的水的没有压力，小孔没有水流出。
这是因为液体受到重力而使内部存在压力，小孔以上部分的水对以下部分的水的压力造成小孔处的水流出。
▲ 让瓶子从某一高处自由下落，会发现什么结果？这是为什么？
【观察与思考】人从离开起跳点开始经历了哪些过程？
蹦极是深受人喜爱的一种运动，刺激但危险性也大。曾有人这么形容蹦极时的感受：随着弹性绳的伸缩，一忽儿象掉入无底深渊，整个心脏都仿佛往上提；一忽儿又好象有一只大手把人往下压，想抬头都困难。
环绕地球飞行的宇宙飞船里用秤是称不出任何物体的重力的。那说明宇宙飞船内的物体都处于完全失重状态，飞船内的空间是一完全失重的空间。
【拓展思维】宇宙探索中的超重和失重现象
在航天飞机和宇宙飞船中所有和重力有关的仪器都无法使用！
弹簧测力计无法测量物体的重力，但仍能测量拉力的大小。
无法用天平测量物体的质量
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在完全失重状态下，平时一切由重力产生的物理现象都将完全消失，比如物体对支持物无压力、摆钟停止摆动、液柱不再产生向下的压强等；靠重力才能使用的仪器将失效，不能再使用(如天平、液体压强计等).
【小结】
利用完全失重条件的科学研究
液体呈绝对球形
制造理想的滚珠
制造泡沫金属
利用完全失重条件的科学研究
以下是22届步步高学案例题，可部分选用
　2021年9月17日，搭载着3名英雄航天员的神舟十二号载人飞船返回舱成功着陆于东风着陆场，标志着神舟十二号返回任务取得圆满成功.宇航员在火箭发射与飞船回收的过程中均要经受超重与失重的考验，下列说法正确的是
A.火箭加速上升时，宇航员处于超重状态
B.火箭加速上升时，宇航员对座椅的压力小于自身重力
C.在飞船绕地球运行时，宇航员处于完全失重状态，则宇航员的重力消
　失了
D.飞船落地前减速下落时，宇航员处于失重状态
例1
√
火箭加速上升时，加速度方向向上，根据牛顿第二定律可知宇航员受到的支持力大于自身的重力，宇航员处于超重状态，对座椅的压力大于自身重力，选项A正确，B错误；
宇航员处于完全失重状态时，仍然受重力，选项C错误；
飞船落地前减速下落时，加速度方向向上，根据牛顿第二定律可知宇航员受到的支持力大于自身的重力，宇航员处于超重状态，选项D错误.
发生超重或失重现象只取决于加速度的方向，与物体的速度方向、大小均无关.
总
结
提升
　(2022·枣庄三中高一月考)某同学站在电梯底板上，如图所示的v－t图像是计算机显示的电梯在某一段时间内速度变化的情况(竖直向上为正方向).根据图像提供的信息，可以判断下列说法正确的是
A.在0～20 s内，电梯向上运动，该同学处于超重状态
B.在0～5 s内，电梯在加速上升，该同学处于失重状态
C.在5～10 s内，电梯处于静止状态，该同学对电梯底
　板的压力等于他所受的重力
D.在10～20 s内，电梯在减速上升，该同学处于失重状态
例2
√
在v－t图像中，图像的斜率表示加速度，0～5 s内
斜率为正，故加速度为正，方向竖直向上，处于
超重状态，速度为正，即电梯向上加速运动；在
5～10 s内，电梯匀速运动，该同学加速度为零，
该同学对电梯底板的压力等于他所受的重力，处于平衡状态；10～20 s内，斜率为负，加速度竖直向下，速度为正，即电梯向上做减速运动，该同学处于失重状态，D正确.
　如图所示，A、B两物体叠放在一起，以相同的初速度上抛(不计空气阻力).下列说法正确的是
A.在上升和下降过程中A对B的压力一定为零
B.上升过程中A对B的压力大于A物体受到的重力
C.下降过程中A对B的压力大于A物体受到的重力
D.在上升和下降过程中A对B的压力等于A物体受到的重力
例3
√
A、B整体只受重力作用，做竖直上抛运动，处于完全失重状态，不论上升还是下降过程，A对B均无压力，只有A选项正确.
1.完全失重状态的说明：在完全失重状态下，平时一切由重力产生的物理现象都将完全消失，比如物体对支持物无压力、摆钟停止摆动、液柱不再产生向下的压强等，靠重力才能使用的仪器将失效，不能再使用(如天平、液体压强计等).
2.完全失重时重力本身并没有变化.
总
结
提升
二、超重、失重的有关计算
　(2022·阜新市第二高级中学高一阶段练习)升降机地板上放一个弹簧式台秤，秤盘放一个质量为20 kg的物体(g＝10 m/s2)，则：
(1)当升降机匀速上升时，物体对台秤的压力大小是多少？
答案　200 N
例4
当升降机匀速上升时，根据N＝mg＝200 N
根据牛顿第三定律，物体对台秤的压力大小为200 N.
(2)当升降机以1 m/s2的加速度竖直上升时，物体处于超重状态还是失重状态？物体对台秤的压力大小是多少？
答案　超重　220 N
当升降机以1 m/s2的加速度竖直上升时，加速度方向向上，物体处于超重状态，根据牛顿第二定律N′－mg＝ma1
解得N′＝220 N，由牛顿第三定律，物体对台秤的压力大小为220 N.
质量为20 kg的物体
(3)当升降机以5 m/s2的加速度减速上升时，物体处于超重状态还是失重状态？物体对台秤的压力大小是多少？
答案　失重　100 N
当升降机以5 m/s2的加速度减速上升时，加速度方向向下，物体处于失重状态，根据牛顿第二定律mg－N″＝ma2
解得N″＝100 N，由牛顿第三定律，物体对台秤的压力大小为100 N.
质量为20 kg的物体
(4)当升降机自由下落时，物体对台秤的压力为多少？
答案　0
当升降机自由下落时，加速度等于重力加速度，则物体处于完全失重状态，则物体对台秤的压力为0.
质量为20 kg的物体
三、超重、失重的综合应用
1.若加速度方向向上(或斜向上)，物体处于超重状态；若加速度方向向下(或斜向下)，物体处于失重状态.
2.若系统中某一部分有向上或向下的加速度，则系统整体也处于超重或失重状态.
　如图所示，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(重力加速度为g)
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，无法计算地面对斜面体的支持力的大小
例5
√
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，所受到的地面的支持力小于系统的重力.
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