2020-2021学年新教材物理人教版必修第一册 4.6超重和失重 学案

第6节　超重和失重
学习目标
1.掌握超重、失重现象及其实质。
2.能够运用牛顿第二定律和牛顿第三定律分析超重和失重现象。
3.体验实验观察、实例探究、讨论交流的过程,体会超重和失重现象。
4.体验实验和理论探究过程,体会科学探究的方法,培养科学探究能力,领会运用牛顿运动定律解决实际问题的方法。
5.了解一些我国航天技术的成就,领会科学与技术的联系。
自主预习
一、失重
(1)物体对支持物的　　　　　　或对悬挂物的　　　　　　小于物体所受　　　　　的现象,叫作失重现象。?
(2)物体处于失重时,具有竖直　　　　的加速度。?
二、超重
(1)物体对支持物的　　　　　　或对悬挂物的　　　　　　大于物体所受　　　　　的现象,叫作超重现象。?
(2)物体处于超重时,具有竖直　　　　的加速度。?
课堂探究
一、认识超重和失重
【自主探究】 实验器材:弹簧测力计、钩码。
①如何测量物体的重力?测量物体的重力时有何要求?
②用弹簧测力计测钩码重力时,弹簧测力计的示数是哪个力的大小?
③让弹簧测力计和钩码一起上下运动,弹簧测力计示数是否变化?
结论1:
超重: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;失重: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。?
二、超重和失重的特点
【思考与讨论】 什么运动情况下会出现超重或失重现象?
【科学探究】 让弹簧测力计和钩码分别处于
①向上运动(包括突然上升和上升突然停止两个状态)
②向下运动(包括突然下降和下降突然停止两个状态)
此时物体运动状态(速度和加速度)如何?分别处于超重状态还是失重状态?
小组实验结果:
运动状态
速度方向
加速度方向
超失重状态
加速上升
减速上升
加速下降
减速下降
　　【思考与讨论】 超重或失重状态与物体的速度方向有关吗?与加速度方向有关吗?
结论2:超重或失重状态与物体的速度方向　　　　,与加速度方向　　　　。?
【思考与讨论】 为什么上面四种情况对应不同的超重和失重情况?我们学习了牛顿第二定律,知道如果已知物体的运动情况,就可以来求解物体的受力情况,请大家结合牛顿第二定律来分析超重和失重的原因。
结论3:超重和失重的力学特点
超重:物体具有　　　　的加速度,合力向　　　　,表达式F-G=ma,F　　　　mg;?
失重:物体具有　　　　的加速度,合力向　　　　,表达式G-F=ma,F　　　　mg。?
结论4:超重和失重的本质
重力　　　　,物体对悬挂物的拉力或对支持物的压力　　　　。?
三、完全失重现象
【思考与讨论】 什么运动情况下会出现完全失重现象?
【科学探究】 用弹簧测力计挂着物体,突然松手,观察弹簧测力计示数。
结论5:
完全失重:物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)等于　　　　的现象。?
【思考与讨论】 完全失重时的加速度如何?
结论6:
完全失重的条件:加速度a=　　　　。?
【拓展思考】 ①完全失重会引发哪些现象?
②大家能想出哪些完全失重情况的例子?
四、例题展示
【例题1】 在体重计上做下蹲的动作时,体重计的示数怎样变化?
【变式训练】 在升降机中用弹簧测力计测一物体的重力,由弹簧测力计示数的变化可以判定系统的运动状态,下面说法正确的是(　　)
A.示数大于物重,则升降机可能是向上做加速运动
B.示数小于物重,则升降机一定是向下做加速运动
C.示数等于物重,则升降机一定是做匀速直线运动
D.示数时大时小,则升降机一定是做上下往复运动
【例题2】 一个质量为40 kg的人乘坐电梯。(g取10 m/s2)
(1)若电梯以0.25 m/s2的加速度匀加速上升,他对电梯的压力是多大?
(2)若电梯以0.25 m/s2的加速度匀加速下降,他对电梯的压力是多大?若电梯自由下落,他对电梯的压力又是多大?
课堂练习
1.(多选)在太空工作站完全失重的环境中,下列仪器可以正常使用的是(　　)
　　　　　　　　　　　　　　　　　　
A.水银温度计 B.体重计
C.打点计时器 D.天平
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物体对B物体的压力一定为零
B.上升过程中A物体对B物体的压力大于A物体受到的重力
C.下降过程中A物体对B物体的压力大于A物体受到的重力
D.在上升和下降过程中A物体对B物体的压力等于A物体受到的重力
3.
(多选)一物体放置在倾角为θ的斜面上,斜面固定于加速上升的电梯中,加速度为a,如图所示。在物体始终相对于斜面静止的条件下,下列说法正确的是(　　)
A.当θ一定时,a越大,斜面对物体的支持力越小
B.当θ一定时,a越大,斜面对物体的摩擦力越大
C.当a一定时,θ越大,斜面对物体的支持力越小
D.当a一定时,θ越大,斜面对物体的摩擦力越小
4.某人在一个以2.5 m/s2的加速度匀加速下降的电梯里最多能举起80 kg的物体,在地面上最多能举起多少千克的物体?若此人在匀加速上升的电梯里最多能举起40 kg的物体,则此电梯上升的加速度是多大?(g取10 m/s2)
核心素养专练
1.(多选)放置于固定光滑斜面上的物块,在平行于斜面向上的拉力F作用下,沿斜面向上做直线运动。拉力F和物块速度v随时间t变化的图像如图所示,g取10 m/s2,则(　　)
A.第1 s内物块受到的合外力为5.5 N
B.物块的质量为1 kg
C.斜面倾角为30°
D.若第3 s末撤去拉力F,物块的加速度大小变为5 m/s2
2.(多选)某人正通过定滑轮将质量为m的货物提升到高处,滑轮的质量和摩擦不计,货物获得的加速度a与绳子对货物的竖直向上的拉力FT之间的函数关系如图所示,下列说法正确的是(　　)
A.图线与纵轴交点M的值aM=-g
B.图线与横轴交点N的值FTN=mg
C.图线的斜率等于物体的质量m
D.图线的斜率等于物体质量的倒数1m
3.一质量为m=40 kg的小孩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到6 s内体重计示数F的变化如图所示。求这段时间内电梯上升的高度是多少?(g取10 m/s2)
　　4.
竖直升降的电梯内的天花板上悬挂着一只弹簧测力计,如图所示。弹簧测力计的挂钩上悬挂一个质量m=4 kg的物体,试求下列各种情况下电梯的加速度大小。(g取10 m/s2,弹簧均处于伸长状态)
(1)弹簧测力计的示数FT1=40 N,且保持不变。
(2)弹簧测力计的示数FT2=32 N,且保持不变。
(3)弹簧测力计的示数FT3=44 N,且保持不变。
参考答案
自主预习
一、(1)压力　拉力　重力
(2)向下
二、(1)压力　拉力　重力
(2)向上
课堂探究
结论1:大于　小于
结论2:无关　有关
结论3:向上　上　>　向下　下　<
结论4:不变　变化
结论5:零
结论6:g
【例题1】
例题分析:由静止开始向下运动,速度增加,具有向下的加速度(失重);下蹲最终速度变为零,故还有一个向下减速的过程,加速度向上(超重)。
例题解答:示数先变小,后变大
【变式训练1】 A
【例题2】
例题分析:匀加速上升时,速度向上,加速度与速度方向一致也向上,处于超重状态,根据牛顿第二定律,支持力大于重力,合力方向向上。
匀加速下降时,速度向下,加速度与速度方向一致也向下,处于失重状态,根据牛顿第二定律,支持力小于重力,合力方向向下。
自由下落时,速度向下,加速度与速度方向一致也向下,大小为重力加速度g。
例题解答:(1)人向上做匀加速直线运动,加速度方向向上,根据牛顿第二定律得
F1-mg=ma1
F1=410 N
根据牛顿第三定律,人对地板的压力大小也等于410 N。
(2)人向下做匀加速直线运动,加速度方向向下,根据牛顿第二定律得
mg-F2=ma2
a2=0.25 m/s2
故F2=390 N
若电梯自由下落,mg-F3=ma3,a3=g
故F3=0
根据牛顿第三定律得压力大小分别为390 N和0。
课堂练习
1.AC　2.A　3.BC　4.60 kg　5 m/s2
核心素养专练
1.BCD　2.ABD　3.9 m
4.(1)0　(2)2 m/s2　(3)1 m/s2