鲁科版高中物理必修第一册第5章牛顿运动定律5.5超重与失重教学课件（共23张PPT）

(共23张PPT)
第5节 超重与失重
第五章 牛顿运动定律
学习目标
1.知道超重和失重的概念。
2.理解产生超重和失重现象的条件，会运用牛顿运动定律对生活中的超、失重现象进行分析推理。
3.了解航天器中的超重、失重现象 。
当乘坐游乐园的游乐装置“跳楼机”加速下降时，好像心都提到嗓子眼，这是为什么？宇宙飞船上升时，航天员要平躺着，而且会感觉胸部受到压力，这又是为什么？
通常怎样使用测力计测量物体重力呢？
要保持物体静止，再来读取测力计的读数
弹簧的读数就是重物对弹簧拉力F'的大小
不是物体所受的实际重力
物理上把物体所受重力的实际大小即实际重量称为物体的实重，将物体在测量工具上得到的重量的读数称视重。
台称显示的读数是物体对台秤的压力大小
视重＝实重
由力的平衡条件
F=G
F
G
由牛顿第三定律
F=F'
F'
在弹簧测力计上挂一个重物，观察并记下静止时测力计的示数。
(1)让挂着重物的测力计缓缓地向上或向下做匀速运动，观察测力计的示数有无变化？
(2)使挂着重物的测力计突然竖直向上做加速运动(如图所示)，仔细观察在加速的瞬间测力计示数有无变化？
(3)使挂着重物的测力计突然竖直向下做加速运动，观察测力计示数的变化。
在静止和匀速直线运动状态下，测力计的示数保持不变。
竖直向上加速运动时，测力计的示数变大。
竖直向下加速运动时，测力计的示数变小。
根据牛顿第二定律：
竖直向上做加速运动时，
根据牛顿第三定律：重物对弹簧测力计的拉力：
得到：
此时弹簧测力计对物体的拉力大于砝码所受的重力，即发生超重现象。
一、失重和超重现象
a
根据牛顿第二定律：
竖直向下做加速运动时，
根据牛顿第三定律：重物对弹簧测力计的拉力：
得到：
a
此时弹簧测力计对物体的拉力小于砝码所受的重力，即发生失重现象。
自由下落过程中的物体就处于一种完全失重的状态。
思考：若弹簧测力计和砝码一起以重力加速度g下降，测力计的示数是多少？
分析：以砝码为研究对象，根据牛顿第二定律得：G－T = ma = mg
由牛顿第三定律可得：拉力T = T = 0
即测力计的示数是0
完全失重现象：当物体对支持物（或对悬挂物的拉力）等于零时，我们称物体处于完全失重状态。
a=g
1.超重现象
(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 (选填“竖直向上”或“竖直向下”)的加速度。
2.失重现象
(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 (选填“竖直向上”或“竖直向下”)的加速度。
F
mg
a
F >mg
F
mg
a
F大于
竖直向上
小于
竖直向下
3.完全失重现象
(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 。
mg
F=0
只受重力
g
竖直向下
等于零
【思考问题】超失重与速度方向有关系吗？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？
活动 人在体重计上站起和下蹲过程中的失重和超重分析
G
N
a
v
加速下降
Nv
减速下降
N>G 超重
G
N
a
v
减速上升
Nv
加速上升
N>G 超重
N
G
N
G
a
a
活动 人在体重计上站起和下蹲过程中的失重和超重分析
G
N
a
v
加速下降
Nv
减速下降
N>G 超重
G
N
a
v
减速上升
Nv
加速上升
N>G 超重
N
G
N
G
a
a
加速度向下
失重
加速度向上
超重
小结：
1.失重产生的条件：物体具有向下的加速度
2.超重产生的条件：物体具有向上的加速度
加速上升
减速下降
加速下降
减速上升
物体的失重状态或超重状态与物体运动的方向无关
二、牛顿运动定律解决超、失重问题
例题：一个质量为70 kg的人乘电梯下楼。若电梯以3 m/s2的加速度匀减速下降[如右图]，求这时他对电梯地板的压力。（取重力加速度g=10 m/s2）
受力分析
mg
N
判断加速度方向
v
a
运用牛顿运动定律列方程解决问题
策略提炼
解决超重与失重的问题，其实是牛顿运动定律的运用。再解决此类问题时，要注意分析运动情况及受力情况，尤其要注意加速度的方向。
如果物体的加速度方向向上，则该物体处于超重状态；若加速度方向向下，则该物体处于失重状态。
解决问题
解：
取竖直向上为正方向，设电梯地板对人的支持力大小为N。根据牛顿第二定律可得：
N-mg=ma
所以N=m（a+g）=70×（3+10）N=910 N
根据牛顿第三定律，人对地板的压力大小也等于910 N，方向竖直向下。
【规律方法】
解决超重、失重现象问题的基本方法
（1）明确研究对象，进行受力分析。
（2）判断加速度的方向，并建立合理的坐标轴。
（3）应用牛顿第二定律列出方程。
（4）带入数据求解，需讨论的进行讨论。
三、航天器中的超重和失重
完全失重状态下，由重力产生的一切现象都不存在
例如物体对水平支持面没有压力、液体不产生压强、浸没在液体中的物体不受浮力等
1.下列四个实验中，能在绕地球飞行的太空实验舱中完成的是（　　）
A.用天平测量物体的质量；
B.用弹簧测力计测物体的重力；
C.用温度计测太空实验舱内的温度；
D.用水银气压计测太空实验舱内气体的压强。
C
2.一人站在体重计上，在他蹲下到停止的过程中，体重计的示数（　　）
A.先小于体重，后大于体重，最后等于体重
B.先大于体重，后小于体重，最后等于体重
C.先小于体重，后等于体重
D.先大于体重，后等于体重
A
3.下列关于超重和失重的说法中，正确的是 （　　）
A.物体处于超重状态时，其重力增大了
B.物体处于完全失重状态时，其重力为零
C.物体处于超重或失重状态时，其惯性比物体处于静止状态时增大或减小了
D.物体处于超重或失重状态时，其质量及受到的重力都没有变化
D
4.质量为60 kg的人站在升降机中的体重计上，如图所示，当升降机做下列各种运动时，体重计的读数分别为多少？(g取10 m/s2)
（1）升降机匀速上升；
（2）升降机以3 m/s2的加速度匀加速下降．
解：(1)升降机匀速上升时，
加速度a1=0，
所以有N1-mg=0
即N1=mg=600 N
由牛顿第三定律知，体重计的读数为600 N。
(2)升降机匀加速下降时，加速度向下，人处于失重状态，取向下为正方向，
则有mg-N2=ma2
所以N2=m(g-a2)=60×(10-3) N=420 N
由牛顿第三定律知，体重计的读数为420 N。
超重
完全失重
失重
加速上升
减速下降
加速下降
减速上升
失重和超重