4.6 超重和失重 课件-2023-2024学年高一上学期物理人教版（2019）必修第一册(共32张PPT)
文档属性
| 名称 | 4.6 超重和失重 课件-2023-2024学年高一上学期物理人教版（2019）必修第一册(共32张PPT) |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 72.5MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2024-01-07 10:58:54 | ||
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文档简介
(共32张PPT)
4.6超重和失重
重力对我们来说并不陌生，重力的测量我们感觉也非常简单，那么利用我们学过的知识，你能想起几种
测量重力的方法呢？
一、重力的测量
（一）1.先测物体自由落体时的重力加速度g
2.再用天平测物体的质量m
3.由牛顿第二定律求重力
G=mg
（二）将待测物体悬挂或放置在测力计上，使它处于静止状态。这时物体所受的重力和测力计对物体的拉力或支持力的大小相等，测力计的示数反映了物体所受的重力大小。
这是测量重力最常用的方法。
静止（或匀速）时，压力与支持力是作用力与反作用力，支持力与重力是平衡力。
支持力FN
压力FN′
想一想：体重计的读数与物体重力为什么相等？
支持力FN
重力G
读数
反映
压力
读数 压力 支持力 重力G
二、视重
1.视重：测力计（体重计）的示数，反映的是物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力大小。
mg
FN
2.实重：物体实际的重力大小。它是不变的
依据：牛顿第三定律。
3.视重与实重相等的条件：静止或匀速直线运动。
视重总是等于实重吗？
如图所示 ，选取人为研究对象。人体受到重力 mg 和 体重计对人的支持力 FN，这两个力的共同作用使人在下蹲的过程中，先后经历加速、减速和静止三个阶段。
设竖直向下方向为坐标轴正方向。
人加速向下运动的过程中(如图)，根据牛顿第二定律，有
即体重计的示数所反映的视重（力）小于人所受的（实重）重力。
mg － FN = ma
FN = m（g－a）< mg
如果加速度方向不变，速度方向反向呢？
三、失重
1、定义：物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力（视重）小于物体所受重力的现象，叫作失重现象。
2.特征：物体加速度向下（与速度方向无关），视重变小，实重不变。
3、举例：
4、完全失重：当加速度 a = g时，物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力（视重）为零的。
可以举更多生活中的例子吗？
自由落体运动的物体
解：当瓶子自由下落时，瓶子中的水处于完全失重状态，水的内部没有压力，故水不会喷出。但瓶子中水的重力仍然存在，其作用效果是用来产生重力加速度。
想一想：装满水的有孔瓶子自由下落时，瓶子中的水是否喷出？
航天器内的物将处于完全失重状态。完全失重时，物体将飘浮在空中，液滴呈球形
利用完全失重制造理想的滚珠
0
5、注意：在航天器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
无法用天平测量物体的质量
但仍能测量拉力或压力的大小.
人减速向下运动的过程中
加速度方向与运动方向相反，有
此时，体重计的示数（视重）大于人受到的（实重）重力。
mg － FN =－ ma
FN = m（g + a）> mg
也可以设加速度大小为a，则
FN－mg =ma
FN = m（g + a）> mg
如果加速度方向不变，速度方向反向呢？
1、定义：物体对支持物的压力对悬挂物的拉力（视重）大于物体所受重力的现象，叫作超重现象。
2、特征：物体加速度向上（与速度方向无关），视重变大，实重不变。
3、举例：
四、超重
五、超重与失重的几种类型
结论：
当加速度方向向上时，物体发生超重现象，
当加速度方向向下时，物体发生失重现象。
加速上升
减速上升
加速下降
减速下降
三、理论推导超重和失重
G
F
F-G=ma 解得 F=G+ma
F>G
超重
G
F
G-F=ma 解得 F=G-ma
F失重
G
F
G-F=ma 解得 F=G-ma
F失重
G
F
F-G=ma 解得 F=G+ma
F>G
超重
视重>实重 F>G 超重
视重<实重 F结论：
a
a
运动状态 V的方向 a的方向 受力分析 根据牛顿第二定律 比较视重F和实重G大小 现象
加速上升
减速上升
加速下降
减速下降
当a=g时，F=0,物体处于完全失重状态
1. 所谓超重与失重，只是拉力(或支持力)的增大或减小，是“视重”的改变。
2.无论是超重还是失重，物体所受的重力都没有变化。即“实重”并没有变化。
六、超重、失重本质
人站在力传感器上完成下蹲动作。观察计算机采集的图线。分析力传感器上的人“下蹲”“站起”两个过程中超重和失重的情况。
『判一判』
(1)物体向上运动时一定处于超重状态。( )
(2)物体减速向下运动时处于失重状态。( )
(3)物体处于失重状态时重力减小了。( )
(4)超重就是物体的重力变大的现象。( )
(5)减速上升的升降机内的物体对地板的压力小于重力。( )
(6)做自由落体运动的物体处于完全失重状态。( )
学习检测
×
×
×
×
√
√
例1.处于完全失重状态下，下列物品不能正常使用的是：
A、天平 B、刻度尺 C、温度计
D、弹簧秤测重力 E、圆珠笔 F、水银气压计
弹簧测力计无法测量物体的重力，但仍能测量拉力或压力的大小
处于完全失重状态下，所有和重力有关的仪器都无法使用！
ADEF
D
某次跳伞大赛中运动员在一座悬崖边跳伞的运动过程可简化为：运动员离开悬崖后先做自由落体运动，一段时间后，展开降落伞，匀减速下降，达到安全落地速度后匀速下降。下列说法正确的是( )
A.在自由落体运动阶段，运动员处于完全失重状态，故而不受重力作用
B.在自由落体运动阶段，运动员处于超重状态
C.在减速下降阶段，运动员和降落伞处于失重状态
D.在匀速下降阶段，降落伞和运动员受到空气阻力的大小等于运动员和降落伞的总重力
例2
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)，求：
(1)当升降机匀速上升时，物体对台秤的压力大小；
(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；
(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；
(4)当升降机自由下落时，物体对台秤的压力。
例3
解析 (1)当升降机匀速上升时，由平衡条件知：FN＝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的加速度上升时，加速度方向向上，处于超重状态，
根据牛顿第二定律有：FN－mg＝ma1 解得：FN＝220 N
根据牛顿第三定律，物体对台秤的压力大小为220 N。
(3)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
根据牛顿第二定律有：mg－FN＝ma2 解得：FN＝100 N
根据牛顿第三定律，物体对台秤的压力大小为100 N。
(4)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，对台秤的压力为0。
【例4】如图甲所示，质量为m=60 kg的同学，双手抓住单杠做引体向上，他的重心的速率随时间变化的图像如图乙所示，g取10 m/s2，由图像可知（ ）
A．t=0.5 s时，他的加速度为3 m/s2
B．t=0.4 s时，他处于超重状态
C．t=1.5 s时，他处于超重状态
D．t=1.1 s时，他受到单杠的作用力的大小是620 N
B
【例5】一质量为m＝40 kg的学生站在电梯内的体重计上．电梯从t＝0时刻由静止开始上升，在0～6 s内体重示数F的变化如图所示．取重力加速度g＝10 m/s2，求在这段时间内电梯上升的高度．
解析：在0～2 s内，电梯做匀加速运动，根据牛顿第二定律得a1＝ ＝ m/s2＝5 m/s2，电梯上升的高度h1＝ a1t12＝ ×5×22 m＝10m；2 s末速度为v＝a1t1＝5×2 m/s＝10 m/s；中间t2＝3 s时间内，电梯做匀速运动，电梯上升的高度h2＝vt2＝10×3 m＝30 m；最后1 s内做匀减速运动，加速度大小 a2＝ ＝ m/s2＝2 m/s2，在这段时间内电梯上升的高度h3＝vt3－ a2t32＝10×1- ×2 ×12 m＝9 m，则电梯上升的总高度h＝h1＋h2＋h3＝49 m.
某人在地面上最多能举起60 kg的重物，要使此人在升降机中最多能举起100 kg的重物，已知重力加速度g取10 m/s2，则下列说法可能正确的是( )
A.升降机正加速上升，加速度大小为4 m/s2
B.升降机正加速下降，加速度大小为4 m/s2
C.升降机正减速下降，加速度大小为4 m/s2
D.升降机正减速上升，加速度大小为6 m/s2
解析 某人在地面上最多能举起60 kg的物体，则知此人的最大举力为F＝mg＝60×10 N＝600 N。在升降机中，对重物根据牛顿第二定律有m′g－F＝m′a，解得a＝4 m/s2，方向竖直向下，故升降机应减速上升或加速下降，加速度大小为4 m/s2，B正确。
例6
B
例7.如图 所示， 在原来静止的凹槽内放有物体 A， A被一伸长的弹簧拉住且恰好静止.若发现被弹簧拉动， 则凹槽的运动情况可能是___________
解析：静止时，物体A恰好处于平衡状态，受力如图
加速下降、减速上升或加速向左运动。
由平衡条件：mg=FN，F=fm
物体A被弹簧向右拉，可能有两种情况，一种情况是弹簧拉力大于新情况下的最大静摩擦力，即最大静摩擦力减小了，
由fm=μFN知正压力减小了，即发生了失重现象，故凹槽的运动情况可能是加速下降或减速上升。
另一种情况是凹槽向左加速运动，最大静摩擦力不足以提供使物体A产生同凹槽等大的加速度，故A相对凹槽向右运动，发现A被弹簧拉动。
例8.如图 所示重力为 G的物体 a 被放在物体 b的上表面 沿光滑斜面一起向下滑 则 a 对 b的压力________（ 选填 “ 小于 ” 等于“ 或 ” 大于") G , a 与 b之间__________（ 选填 " 不存在" 或 " 存在") 摩擦力作用.
解析：物体a和b沿光滑斜面一起向下滑，整体法受力分析可知a、b的加速度沿斜面向下，将加速度沿水平方向和竖直方向分解，竖直方向的分加速度方向向下，故物体处于失重状态，则a对b的压力小于a的重力，水平方向的分加速度水平向右，对a受力分析可知，水平方向加速度由b对a的摩擦力提供，故存在摩擦力。
小于
存在
小
结
超重与失重
4.6超重和失重
重力对我们来说并不陌生，重力的测量我们感觉也非常简单，那么利用我们学过的知识，你能想起几种
测量重力的方法呢？
一、重力的测量
（一）1.先测物体自由落体时的重力加速度g
2.再用天平测物体的质量m
3.由牛顿第二定律求重力
G=mg
（二）将待测物体悬挂或放置在测力计上，使它处于静止状态。这时物体所受的重力和测力计对物体的拉力或支持力的大小相等，测力计的示数反映了物体所受的重力大小。
这是测量重力最常用的方法。
静止（或匀速）时，压力与支持力是作用力与反作用力，支持力与重力是平衡力。
支持力FN
压力FN′
想一想：体重计的读数与物体重力为什么相等？
支持力FN
重力G
读数
反映
压力
读数 压力 支持力 重力G
二、视重
1.视重：测力计（体重计）的示数，反映的是物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力大小。
mg
FN
2.实重：物体实际的重力大小。它是不变的
依据：牛顿第三定律。
3.视重与实重相等的条件：静止或匀速直线运动。
视重总是等于实重吗？
如图所示 ，选取人为研究对象。人体受到重力 mg 和 体重计对人的支持力 FN，这两个力的共同作用使人在下蹲的过程中，先后经历加速、减速和静止三个阶段。
设竖直向下方向为坐标轴正方向。
人加速向下运动的过程中(如图)，根据牛顿第二定律，有
即体重计的示数所反映的视重（力）小于人所受的（实重）重力。
mg － FN = ma
FN = m（g－a）< mg
如果加速度方向不变，速度方向反向呢？
三、失重
1、定义：物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力（视重）小于物体所受重力的现象，叫作失重现象。
2.特征：物体加速度向下（与速度方向无关），视重变小，实重不变。
3、举例：
4、完全失重：当加速度 a = g时，物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力（视重）为零的。
可以举更多生活中的例子吗？
自由落体运动的物体
解：当瓶子自由下落时，瓶子中的水处于完全失重状态，水的内部没有压力，故水不会喷出。但瓶子中水的重力仍然存在，其作用效果是用来产生重力加速度。
想一想：装满水的有孔瓶子自由下落时，瓶子中的水是否喷出？
航天器内的物将处于完全失重状态。完全失重时，物体将飘浮在空中，液滴呈球形
利用完全失重制造理想的滚珠
0
5、注意：在航天器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
无法用天平测量物体的质量
但仍能测量拉力或压力的大小.
人减速向下运动的过程中
加速度方向与运动方向相反，有
此时，体重计的示数（视重）大于人受到的（实重）重力。
mg － FN =－ ma
FN = m（g + a）> mg
也可以设加速度大小为a，则
FN－mg =ma
FN = m（g + a）> mg
如果加速度方向不变，速度方向反向呢？
1、定义：物体对支持物的压力对悬挂物的拉力（视重）大于物体所受重力的现象，叫作超重现象。
2、特征：物体加速度向上（与速度方向无关），视重变大，实重不变。
3、举例：
四、超重
五、超重与失重的几种类型
结论：
当加速度方向向上时，物体发生超重现象，
当加速度方向向下时，物体发生失重现象。
加速上升
减速上升
加速下降
减速下降
三、理论推导超重和失重
G
F
F-G=ma 解得 F=G+ma
F>G
超重
G
F
G-F=ma 解得 F=G-ma
F
G
F
G-F=ma 解得 F=G-ma
F
G
F
F-G=ma 解得 F=G+ma
F>G
超重
视重>实重 F>G 超重
视重<实重 F
a
a
运动状态 V的方向 a的方向 受力分析 根据牛顿第二定律 比较视重F和实重G大小 现象
加速上升
减速上升
加速下降
减速下降
当a=g时，F=0,物体处于完全失重状态
1. 所谓超重与失重，只是拉力(或支持力)的增大或减小，是“视重”的改变。
2.无论是超重还是失重，物体所受的重力都没有变化。即“实重”并没有变化。
六、超重、失重本质
人站在力传感器上完成下蹲动作。观察计算机采集的图线。分析力传感器上的人“下蹲”“站起”两个过程中超重和失重的情况。
『判一判』
(1)物体向上运动时一定处于超重状态。( )
(2)物体减速向下运动时处于失重状态。( )
(3)物体处于失重状态时重力减小了。( )
(4)超重就是物体的重力变大的现象。( )
(5)减速上升的升降机内的物体对地板的压力小于重力。( )
(6)做自由落体运动的物体处于完全失重状态。( )
学习检测
×
×
×
×
√
√
例1.处于完全失重状态下，下列物品不能正常使用的是：
A、天平 B、刻度尺 C、温度计
D、弹簧秤测重力 E、圆珠笔 F、水银气压计
弹簧测力计无法测量物体的重力，但仍能测量拉力或压力的大小
处于完全失重状态下，所有和重力有关的仪器都无法使用！
ADEF
D
某次跳伞大赛中运动员在一座悬崖边跳伞的运动过程可简化为：运动员离开悬崖后先做自由落体运动，一段时间后，展开降落伞，匀减速下降，达到安全落地速度后匀速下降。下列说法正确的是( )
A.在自由落体运动阶段，运动员处于完全失重状态，故而不受重力作用
B.在自由落体运动阶段，运动员处于超重状态
C.在减速下降阶段，运动员和降落伞处于失重状态
D.在匀速下降阶段，降落伞和运动员受到空气阻力的大小等于运动员和降落伞的总重力
例2
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)，求：
(1)当升降机匀速上升时，物体对台秤的压力大小；
(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；
(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；
(4)当升降机自由下落时，物体对台秤的压力。
例3
解析 (1)当升降机匀速上升时，由平衡条件知：FN＝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的加速度上升时，加速度方向向上，处于超重状态，
根据牛顿第二定律有：FN－mg＝ma1 解得：FN＝220 N
根据牛顿第三定律，物体对台秤的压力大小为220 N。
(3)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
根据牛顿第二定律有：mg－FN＝ma2 解得：FN＝100 N
根据牛顿第三定律，物体对台秤的压力大小为100 N。
(4)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，对台秤的压力为0。
【例4】如图甲所示，质量为m=60 kg的同学，双手抓住单杠做引体向上，他的重心的速率随时间变化的图像如图乙所示，g取10 m/s2，由图像可知（ ）
A．t=0.5 s时，他的加速度为3 m/s2
B．t=0.4 s时，他处于超重状态
C．t=1.5 s时，他处于超重状态
D．t=1.1 s时，他受到单杠的作用力的大小是620 N
B
【例5】一质量为m＝40 kg的学生站在电梯内的体重计上．电梯从t＝0时刻由静止开始上升，在0～6 s内体重示数F的变化如图所示．取重力加速度g＝10 m/s2，求在这段时间内电梯上升的高度．
解析：在0～2 s内，电梯做匀加速运动，根据牛顿第二定律得a1＝ ＝ m/s2＝5 m/s2，电梯上升的高度h1＝ a1t12＝ ×5×22 m＝10m；2 s末速度为v＝a1t1＝5×2 m/s＝10 m/s；中间t2＝3 s时间内，电梯做匀速运动，电梯上升的高度h2＝vt2＝10×3 m＝30 m；最后1 s内做匀减速运动，加速度大小 a2＝ ＝ m/s2＝2 m/s2，在这段时间内电梯上升的高度h3＝vt3－ a2t32＝10×1- ×2 ×12 m＝9 m，则电梯上升的总高度h＝h1＋h2＋h3＝49 m.
某人在地面上最多能举起60 kg的重物，要使此人在升降机中最多能举起100 kg的重物，已知重力加速度g取10 m/s2，则下列说法可能正确的是( )
A.升降机正加速上升，加速度大小为4 m/s2
B.升降机正加速下降，加速度大小为4 m/s2
C.升降机正减速下降，加速度大小为4 m/s2
D.升降机正减速上升，加速度大小为6 m/s2
解析 某人在地面上最多能举起60 kg的物体，则知此人的最大举力为F＝mg＝60×10 N＝600 N。在升降机中，对重物根据牛顿第二定律有m′g－F＝m′a，解得a＝4 m/s2，方向竖直向下，故升降机应减速上升或加速下降，加速度大小为4 m/s2，B正确。
例6
B
例7.如图 所示， 在原来静止的凹槽内放有物体 A， A被一伸长的弹簧拉住且恰好静止.若发现被弹簧拉动， 则凹槽的运动情况可能是___________
解析：静止时，物体A恰好处于平衡状态，受力如图
加速下降、减速上升或加速向左运动。
由平衡条件：mg=FN，F=fm
物体A被弹簧向右拉，可能有两种情况，一种情况是弹簧拉力大于新情况下的最大静摩擦力，即最大静摩擦力减小了，
由fm=μFN知正压力减小了，即发生了失重现象，故凹槽的运动情况可能是加速下降或减速上升。
另一种情况是凹槽向左加速运动，最大静摩擦力不足以提供使物体A产生同凹槽等大的加速度，故A相对凹槽向右运动，发现A被弹簧拉动。
例8.如图 所示重力为 G的物体 a 被放在物体 b的上表面 沿光滑斜面一起向下滑 则 a 对 b的压力________（ 选填 “ 小于 ” 等于“ 或 ” 大于") G , a 与 b之间__________（ 选填 " 不存在" 或 " 存在") 摩擦力作用.
解析：物体a和b沿光滑斜面一起向下滑，整体法受力分析可知a、b的加速度沿斜面向下，将加速度沿水平方向和竖直方向分解，竖直方向的分加速度方向向下，故物体处于失重状态，则a对b的压力小于a的重力，水平方向的分加速度水平向右，对a受力分析可知，水平方向加速度由b对a的摩擦力提供，故存在摩擦力。
小于
存在
小
结
超重与失重