教科版（2019）高中物理 必修第一册 4.7 超重与失重课件

第7节　超重与失重
学习目标要求
核心素养和关键能力
1.结合生活体验，通过实验认识超重和失重现象，理解产生超重、失重现象的条件和实质。
2.进一步熟练掌握应用牛顿运动定律解决问题的方法和步骤。
1.科学探究
用牛顿第二定律探究生活中的超重、失重现象。能从不同的角度解决动力学问题，具有质疑和创新的意识。
2.关键能力
分析解决实际问题的能力。
超重现象、失重现象
1.用弹簧测力计测重力：物体对弹簧测力计的拉力T的大小决定了弹簧测力计的示数，它和弹簧测力计对物体的拉力T′是一对__________________，即T和T′大小相等。由牛顿第二定律可知，只有物体在竖直方向上______________，弹簧测力计的示数才等于物体所受的重力。
2.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：物体具有竖直______的加速度。
作用力与反作用力
加速度等于零
大于
向上
3.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：物体具有竖直______的加速度。
4.完全失重现象
(1)定义：物体对支持物(或悬挂物)完全没有作用力的现象。
(2)产生条件：a＝g，方向__________。
小于
向下
竖直向下
[判一判]
(1)超重就是物体受到的重力增加了。( )
(2)超重和失重可根据物体速度方向判定。( )
(3)超重和失重可根据物体的加速度方向判定。( )
×
×
√
人站在体重计上静止时，体重计的示数就显示了人的体重。人从站立状态到完全蹲下，体重计的示数如何变化？为什么会发生这样的变化？
■情境导入
探究
超重、失重现象的理解及判断
答案　人在下蹲的过程中，重心下移，即向下做先加速后减速的运动，加速度的方向先向下后向上，所以人先处于失重状态再处于超重状态，最后处于平衡状态，体重计的示数先减小后增大，最后等于重力G。
■归纳拓展
1.视重：当物体竖直悬挂在弹簧测力计下或放在水平静止的台秤上时，弹簧测力计或台秤的示数称为“视重”，大小等于弹簧测力计所受的拉力或台秤所受的压力。
2.超重和失重的实质
(1)超重时，物体所受支持力(或拉力)与重力的合力方向向上，测力计的示数大于物体的重力。
(2)失重时，物体所受支持力(或拉力)与物体重力的合力方向向下，测力计的示数小于物体的重力。
(3)完全失重时，物体所受支持力(或拉力)为零，测力计的示数为零。
3.对超重、失重的“三点”理解
(1)物体处于超重还是失重状态，只取决于加速度的方向，与物体的运动方向无关。
(2)发生超重和失重时，只是测力计的示数比重力大或比重力小，物体所受的重力并没有变化。
(3)在完全失重状态下，由重力引起的现象将消失。例如：液体的压强、浮力将为零，水银压强计、天平将无法使用；摆钟停摆；弹簧测力计不能测重力等。
[例1] (多选)下列有关超重与失重的说法正确的是(　　)
A.体操运动员双手握住单杠吊在空中不动时处于失重状态
B.蹦床运动员在空中上升和下落过程中都处于失重状态
C.举重运动员在举起杠铃后不动的那段时间内处于超重状态
D.不论是超重、失重或是完全失重，物体所受的重力都没有发生改变
解析　体操运动员双手握住单杠吊在空中不动时单杠对他的拉力等于运动员的重力，运动员既不处于超重状态也不处于失重状态，A错误；蹦床运动员在空中上升和下落过程中只受重力，加速度大小等于当地的重力加速度，方向竖直向下，即处于失重状态，B正确；举重运动员在举起杠铃后不动的那段时间内地面对他和杠铃的支持力等于他和杠铃的重力，运动员和杠铃既不处于超重状态也不处于失重状态，C错误；不论是超重、失重或是完全失重，物体所受的重力都没有发生改变，D正确。
答案　BD
[针对训练1] (多选)如图所示是我国长征火箭把载人神舟飞船送上太空的情景，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，宇航员处于失重状态
B.飞船加速下落时，宇航员处于失重状态
C.飞船落地前减速，宇航员对座椅的压力大于其重力
D.火箭上升的加速度逐渐减小时，宇航员对座椅的压力小于其重力
解析　火箭加速上升时，加速度向上，对宇航员有N－mg＝ma，则N＝mg＋ma＞mg，所以宇航员处于超重状态，上升的加速度逐渐减小时，宇航员对座椅的压力也大于重力，选项A、D错误；加速下落时，加速度向下，对宇航员有mg－N＝ma，则N＝mg－ma＜mg，所以宇航员处于失重状态，落地前减速，加速度方向向上，宇航员对座椅的压力大于其重力，选项B、C正确。
答案　BC
1.超重、失重的比较
探究
超重、失重现象的分析与计算
状态
特征
加速度
视重(F)与重力的关系
运动情况
受力图
平衡
a＝0
F＝mg
静止或匀速直线运动
超重
向上
F＝m(g＋a) ＞mg
向上加速或向下减速
失重
向下
F＝m(g－a) ＜mg
向下加速或向上减速
完全失重
向下a＝g
F＝0
抛体运动、自由落体运动、卫星的运动等
[例2] 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
解析　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。
答案　A
[针对训练2] 在升降电梯内的地面上放一体重计，电梯静止时，晓敏同学站在体重计上，体重计示数为50 kg。电梯运动过程中，某一段时间内晓敏同学发现体重计示数如图所示，则在这段时间内(　　)
答案　D
2.超重、失重和运动的分析
[例3] (多选)如图所示，电梯的顶部竖直悬挂一个弹簧测力计，弹簧测力计下端挂了一个重物，电梯做匀速直线运动时，弹簧测力计的示数为10 N，在某时刻电梯中的人观察到弹簧测力计的示数变为6 N，关于电梯的运动，以下说法正确的是(g取10 m/s2)(　　)
A.电梯可能向上加速运动，加速度大小为4 m/s2
B.电梯可能向下加速运动，加速度大小为4 m/s2
C.电梯可能向上减速运动，加速度大小为4 m/s2
D.电梯可能向下减速运动，加速度大小为4 m/s2
解析　电梯做匀速直线运动时，弹簧测力计的示数为10 N，可知重物的重力等于10 N，重物的质量m＝1 kg，在某时刻电梯中的人观察到弹簧测力计的示数变为6 N，对重物，根据牛顿第二定律有mg－F＝ma，解得a＝4 m/s2，方向竖直向下，则电梯的加速度大小为4 m/s2，方向竖直向下，因此电梯可能向下做加速运动，也可能向上做减速运动，选项B、C正确。
答案　BC
[针对训练3] 质量为60 kg的人站在升降机中的体重计上，当升降机做下列各种运动时，体重计的读数是多少？处于什么状态？(g取10 m/s2)
(1)升降机匀速上升；
(2)升降机以3 m/s2的加速度加速上升；
(3)升降机以4 m/s2的加速度加速下降。
解析　人站在升降机中的体重计上，受力情况如图所示。
(1)当升降机匀速上升时，由牛顿第二运动定律得F合＝N－G＝0，所以人受到的支持力N＝G＝mg＝600 N。
根据牛顿第三运动定律得人对体重计的压力就等于体重计的示数，即600 N，处于平衡状态。
(2)当升降机以3 m/s2的加速度加速上升时，由牛顿第二运动定律得N－G＝ma，N＝ma＋G＝m(g＋a)＝780 N。
由牛顿第三运动定律得，此时体重计的示数为780 N，大于人的重力，人处于超重状态。
(3)当升降机以4 m/s2的加速度加速下降时，由牛顿第二运动定律得G－N＝ma，
N＝G－ma＝m(g－a)＝360 N，
由牛顿第三运动定律得此时体重计的示数为360 N，小于人的重力600 N，人处于失重状态。
答案　(1)600 N　平衡状态　(2)780 N　超重状态 (3)360 N　失重状态