4.6 失重和超重 课件(共22张PPT)2023-2024学年高一物理粤教版必修第一册

(共22张PPT)
第四章 牛顿运动定律
第六节 失重和超重
当一个人静止站在水平地面上时，其重力的大小与地面对他竖直向上的支持力的大小是相等的，体重计就是根据这一原理测量体重的。
乘坐电梯时，我们都有这样的体验：当电梯开始上升时有“下坠”的感觉：当电梯开始下降时，有“上飘”的感觉难道人的体重会在电梯开始上升或下降时发生变化吗
生活中的体重计测得的结果是物体所受的重力，但为了与人们的习惯相适应，单位符号通常用 kg表示。
失重和超重现象
将重物竖直挂在弹簧测力计上，观察下列情况下弹簧测力计的示数变化：
（1）挂在重物的弹簧测力计静止不动；
（2）将挂着重物的弹簧测力计快速上提；
（3）将挂着重物的弹簧测力计快速下移。
现象：（1）静止时，弹簧测力计示数不变；
（2）快速上提时，弹簧测力计示数先增大后减小；
（3）快速下移时，弹簧测力计示数先减小后增大。
先超重后失重
先失重后超重
观察与思考
如图所示，让一学生站立在体重计上，观察下列情况下体重计的示数变化：①在体重计上静止不动；②在体重计上迅速蹲下；③在体重计上迅速站起。
学生站立在体重计上
由上述实验可见，人在体重计上迅速蹲下的过程中，体重计的示数是先减小后增大；人在体重计上迅速站起的过程中，体重计的示数是先增大后减小。
我们知道，人站在体重计上静止时的示数是人对体重计的压力，等于人的重力。由上面的实验可知，在体重计上，人快速下蹲或站起，体重计示数出现了减小或增大。这个示数的变化，不是人质量的变化，也不是人重力的变化，而是人对体重计的压力的变化。
我们把物体对支持物的压力 (或对悬挂物的拉力) 小于物体所受的重力的现象称为失重，把物体对支持物的压力 (或对悬挂物的拉力)大于物体所受的重力的现象称为超重。
在失重和超重现象中，物体对支持物压力 (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，那么，什么情况下会出现超重 (失重) 现象？是否向上的运动就一定产生超重现象，向下的运动就一定产生失重现象呢？
失重和超重现象产生的条件
在下图所示的实验中，人在体重计上迅速蹲下的过程中，体重计的示数先减小后增大，说明人在体重计上下蹲时，先出现失重现象，后出现超重现象；人在体重计上迅速站起的过程中，体重计的示数先增大后减小，说明人在体重计上由蹲向上站起时，先出现超重现象，后出现失重现象。
由此可见，无论是超重现象还是失重现象，都不是取决于速度的方向。那么，出现失重现象还是超重现象，究竟取决于什么因素呢
我们以上述实验为例做一具体分析。我们可以把人站在体重计上迅速下蹲的过程即下降过程分成两个阶段，一是加速下降，二是减速下降。失重和超重的情况如图(a)所示。
(a) 下蹲过程
(b) 站起过程
同样，我们把人在体重计上由蹲迅速站起的过程即上升过程分成两个阶段，一是加速上升，二是减速上升。超重和失重的情况如图(b)所示。
通过上述分析可知，当物体加速上升或减速下降时，即有向上的加速度时，物体出现超重现象；当物体加速下降或减速上升时，即有向下的加速度时，物体出现失重现象。
观察与思考
如下图 (a) 所示，用力传感器挂重物，利用计算机作出F-t 图像，记录传感器的力随时间变化的曲线。观察下列情况下 F-t 的曲线变化: ①快速向上运动；②快速向下运动。
如下图 (b) 所示是力传感器向上运动和向下运动时，重物对力传感器的拉力随时间变化的曲线。
(a)
(b)
用力传感器探究超重和失重现象
通过上述观察，我们对超重和失重现象有什么新的发现
由此可见，向上或向下运动，并不一定会出现失重或超重现象，只有竖直方向的速度发生变化时，即有加速度时，才会出现失重和超重现象。
失重和超重现象的解释
如图所示，以重物为研究对象，挂在弹簧测力计上的重物受到重力 G 和拉力 T 的作用。
假设整个装置向下做匀加速运动，加速度大小为 a，方向向下，重物的质量为 m。 选定竖直向下为正方向，根据牛顿第二定律，得
挂在弹簧测力计上的重物
G－T=ma
即
T=G－ma
此时弹簧测力计对重物的拉力小于重物所受的重力。根据牛顿第三定律可知，重物对弹簧测力计的拉力 T’ 小于重物所受的重力，即T’ < G，也即发生失重现象。
同理，可以解释超重现象。
假设整个装置向上做匀加速运动，加速度大小为a，方向向上。选定竖直向上为正方向，根据牛顿第二定律，得
T－G=ma
即
T=G＋ma
此时弹簧测力计对重物的拉力大于重物所受的重力。根据牛顿第三定律可知，重物对弹簧测力计的拉力大于重物所受的重力，即T’ > G，也即发生超重现象。
因此，加速下降或减速上升时，会发生失重现象；减速下降或加速上升时，会发生超重现象。
完全失重现象
如果一个物体对支持物的压力 (或对悬挂物的拉力) 为零，这种情况是失重现象中的极限，称为完全失重现象。例如，自由下落过程中的物体就处于一种完全失重的状态。考虑到一般情况下会有空气的阻力，因此物体并不是严格意义的自由下落，通常也把这种接近完全失重的状态称为微重力状态。
失重和超重现象不仅发生在日常生活中，在宇宙飞船中更是非常常见的现象。当人造地球卫星、宇宙飞船、航天飞机等航天器在加速上升阶段，其中的人和物体处于超重状态，他们对其下方物体的压力是其自身重力的几倍；而当航天器进入太空后，其中的人和物体则处于完全失重状态，此时他们对其下方物体将没有一点压力。物体在宇宙飞船中完全处于飘浮状态，而这在地球上是很难想象的事情！
完成课后相关练习
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