【课件】超重与失重+课件-2022-2023学年高一上学期物理人教版（2019）必修第一册.pptx

人教版物理必修一人教版物理必修一第四章运动和力的关系第四章运动和力的关系第六节第六节 超重和失重超重和失重讨论交流：讨论交流：站在体重计上向下蹲，你会发现，站在体重计上向下蹲，你会发现，在下蹲的过程中，体重计的示数先变小，后在下蹲的过程中，体重计的示数先变小，后变大，再变小。当人静止后，保持某一数值变大，再变小。当人静止后，保持某一数值不变。这是为什么呢？不变。这是为什么呢？做一做做一做:用手迅速向上提起重物观察秤的示用手迅速向上提起重物观察秤的示数，当物体静止后观察秤的示数，你发现数，当物体静止后观察秤的示数，你发现示数相同吗示数相同吗?这是为什么呢这是为什么呢?示数不相同，用手迅速向上提起重物时示数较大示数不相同，用手迅速向上提起重物时示数较大这一现象就与我们今天要学习的超重和失重现象这一现象就与我们今天要学习的超重和失重现象有关有关一、重力的测量一、重力的测量1.1.重力重力:在地球表面附近，由于地球的吸引而使物体受在地球表面附近，由于地球的吸引而使物体受到的力到的力 G=mgG=mg (实重实重)2.2.重力的称量重力的称量(1)(1)视重视重:测量仪器显示的读数，是指物体对台秤的压测量仪器显示的读数，是指物体对台秤的压力或对弹簧秤的拉力。力或对弹簧秤的拉力。(2)(2)测量重力常用的两种方法测量重力常用的两种方法一种方法是，先测量物体做自由落体运动的加速度一种方法是，先测量物体做自由落体运动的加速度 g g，再用天平测量物体的质量，利用牛顿第二定律可得再用天平测量物体的质量，利用牛顿第二定律可得 G G mg mg将待测物体悬挂或放置在测力计上，将待测物体悬挂或放置在测力计上，使它处于静止状态。使它处于静止状态。这时物体所受的重力和测力计对物体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。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。这是测量重力最常用的方法。另一种方法是，利用力的平衡条件对重力进行测量。另一种方法是，利用力的平衡条件对重力进行测量。二、超重和失重二、超重和失重人站在体重计上向下蹲的过程中，为什么体重计的示数人站在体重计上向下蹲的过程中，为什么体重计的示数会变化呢？会变化呢？体重计的示数称为视重，反映了人对体重计的压力。根体重计的示数称为视重，反映了人对体重计的压力。根据牛顿第三定律，人对体重计的压力与体重计对人的支据牛顿第三定律，人对体重计的压力与体重计对人的支持力持力 F FN N 大小相等，方向相反。大小相等，方向相反。如图如图 ，选取人为研究对象。人体受到重力，选取人为研究对象。人体受到重力 mg mg 和体重计对人的支持力和体重计对人的支持力 F FN N，这两个力的，这两个力的共同作用使人在下蹲的过程中，先后经历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。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。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，人加速向下运动的过程中，物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）小于物体物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）小于物体所受重力的现象，叫作失重（所受重力的现象，叫作失重（weightlessnessweightlessness）现象。）现象。即体重计的示数所反映的视重（力）小即体重计的示数所反映的视重（力）小于人所受的重力。于人所受的重力。mg mg F FN N ma maF FN N m m（g g a a）mg mg mg此时，体重计的示数大于人受到的重力。此时，体重计的示数大于人受到的重力。物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）大于物体物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）大于物体所受重力的现象，叫作超重（所受重力的现象，叫作超重（overweightoverweight）现象。）现象。超重现象超重现象当人相对于体重计静止不动时，有：当人相对于体重计静止不动时，有：F FN N mg mg人站在力传感器上完成下蹲动作。观察人站在力传感器上完成下蹲动作。观察计算机采集的图线。图计算机采集的图线。图 4.6-4 4.6-4 呈现的是呈现的是某人下蹲过程中力传感器的示数随时间某人下蹲过程中力传感器的示数随时间变化的情况。很明显，图线直观地描绘变化的情况。很明显，图线直观地描绘了人在下蹲过程中力传感器的示数先变了人在下蹲过程中力传感器的示数先变小，后变大，再变小，最后保持某一数小，后变大，再变小，最后保持某一数值不变的全过程。值不变的全过程。如图如图 4.6-5 4.6-5，图线显示的是某人站在力，图线显示的是某人站在力传感器上，先传感器上，先“下蹲下蹲”后后“站起站起”过程过程中力传感器的示数随时间的变化情况。中力传感器的示数随时间的变化情况。分析力传感器上的人分析力传感器上的人“站起站起”过程中超重和失重的情况。过程中超重和失重的情况。可见，人的运动状态对体重计上显可见，人的运动状态对体重计上显示出的结果是有影响的。那么，如示出的结果是有影响的。那么，如果站在体重计上的人既不蹲下，也果站在体重计上的人既不蹲下，也不站起，体重计上的示数就不会变不站起，体重计上的示数就不会变吗？吗？做一做做一做:在电梯地板上放一台在电梯地板上放一台体重计。站在体重计上，观体重计。站在体重计上，观察电梯启动、制动和运行过察电梯启动、制动和运行过程中体重计示数的变化。程中体重计示数的变化。例题例题1.1.设某人的质量为设某人的质量为 60 kg 60 kg，站在电梯内的水平地，站在电梯内的水平地板上，当电梯以板上，当电梯以 0.25 m/s 0.25 m/s2 2 的加速度匀加速上升时，的加速度匀加速上升时，求人对电梯的压力。求人对电梯的压力。分析：人站在电梯内的水平地板上，随电梯上升过程分析：人站在电梯内的水平地板上，随电梯上升过程中受到两个力的作用：重力中受到两个力的作用：重力 mg mg 和地板的支持力和地板的支持力 F FN N，受力分析如图所示。受力分析如图所示。解：设竖直向上方向为坐标轴正方向。解：设竖直向上方向为坐标轴正方向。根据牛顿第二定律，有根据牛顿第二定律，有F FN N mg mg ma maF FN N m m（g g a a）60 60（9.8 9.8 0.25 0.25）N N 603 N 603 N根据牛顿第三定律，人对电梯地板的压力根据牛顿第三定律，人对电梯地板的压力 F FN N为为F FN N F FN N 603 N 603 N人对电梯的压力大小为人对电梯的压力大小为 603 N 603 N，方向竖直向下。，方向竖直向下。这个结果说明，当人与电梯共同向上加速或向下减速这个结果说明，当人与电梯共同向上加速或向下减速运动时，运动时，F FN N G G，人对电梯的压力大于人所受的重力，人对电梯的压力大于人所受的重力，出现出现超重现象。超重现象。同理，如果电梯加速下降（或减速上升），同理，如果电梯加速下降（或减速上升），FN GFN G，人对电梯的压力小于人的重力，出现人对电梯的压力小于人的重力，出现失重现象。失重现象。如果人在加速下降的过程中加速度如果人在加速下降的过程中加速度 a a g g，那么，体，那么，体重计的示数为重计的示数为 0 0。这时物体对支持物（或悬挂物）完。这时物体对支持物（或悬挂物）完全没有作用力，这种现象叫作全没有作用力，这种现象叫作完全失重完全失重状态。状态。例例2 2、在升降机中测人的体重，、在升降机中测人的体重，已知人的质量为已知人的质量为4040kgkg若升降机以若升降机以2.52.5m/sm/s2 2的加速度的加速度匀加速下降，台秤的示数是匀加速下降，台秤的示数是多少？多少？若升降机自由下落，台秤的若升降机自由下落，台秤的示数又是多少？示数又是多少？vaFmg解：当升降机匀加速下降时，根解：当升降机匀加速下降时，根据牛顿第二定律可知：据牛顿第二定律可知：mgmg F F ma ma F F mg mg ma ma根据牛顿第三定律可知根据牛顿第三定律可知:台秤台秤的的示数分别为示数分别为300300N N和和0 0N N。a a1 1=2.5m/s=2.5m/s2 2,F,F1 1=300N=300N当自由下落时，当自由下落时，a a2 2=g g,F,F2 2=0N=0NF Fmgmga av v超重现象超重现象物体存在向上的加速度，与速度方向无关。物体存在向上的加速度，与速度方向无关。两种情况：加速上升、减速下降两种情况：加速上升、减速下降物体对水平支持物的压力物体对水平支持物的压力(或对竖直悬绳的拉力或对竖直悬绳的拉力)大于物体所受到的重力的情况称为超重现象。大于物体所受到的重力的情况称为超重现象。失重现象失重现象物体对水平支持物的压力物体对水平支持物的压力(或对竖直悬绳的拉力或对竖直悬绳的拉力)小于物体所受到的重力的情况称为小于物体所受到的重力的情况称为失重失重现象。现象。物体存在向下的加速度，与速度方向无关。物体存在向下的加速度，与速度方向无关。两种情况：减速上升、加速下降两种情况：减速上升、加速下降完全失重完全失重物体对物体对水平水平支持物（或支持物（或竖直悬绳）竖直悬绳）没有作用力没有作用力物体存在向下的加速度，物体存在向下的加速度，a=g,a=g,与速度方向无关。与速度方向无关。两种情况：减速上升、加速下降两种情况：减速上升、加速下降超重和失重是一种物理现象。超重和失重是一种物理现象。物体的重力与运动状态无关，不论物体处于超重物体的重力与运动状态无关，不论物体处于超重还是失重状态，重力不变。还是失重状态，重力不变。规律：规律：物体具有竖直向上的加速度物体具有竖直向上的加速度 超重状态超重状态物体具有竖直向下的加速度物体具有竖直向下的加速度 失重状态失重状态 物体具有竖直向下的加速度物体具有竖直向下的加速度,a=g,a=g 完全失重状态完全失重状态超重还是失重由加速度方向决定，与速度方向无关超重还是失重由加速度方向决定，与速度方向无关太空中的失重环境太空中的失重环境人造地球卫星、宇宙飞船、航天飞人造地球卫星、宇宙飞船、航天飞机等航天器进入轨道后，其中的人机等航天器进入轨道后，其中的人和物都将处于完全失重状态，物体和物都将处于完全失重状态，物体将飘在空中；液滴成绝对的球形，将飘在空中；液滴成绝对的球形，宇航员站着睡觉和躺着睡觉没有差宇航员站着睡觉和躺着睡觉没有差别；食物要做成块状或牙膏似的糊别；食物要做成块状或牙膏似的糊状，以免食物的碎渣状，以免食物的碎渣“漂浮漂浮”在空在空中，进入宇航员的眼睛、鼻孔中，进入宇航员的眼睛、鼻孔空间站中的宇航员空间站中的宇航员利用完全失重的条件进行科学研究利用完全失重的条件进行科学研究液体呈绝对球形液体呈绝对球形制造理想的滚珠制造理想的滚珠制造泡沫金属制造泡沫金属利用完全失重的条件进行科学研究利用完全失重的条件进行科学研究完全失重的条件下，与重力有关的一切现象全部消失完全失重的条件下，与重力有关的一切现象全部消失下列物体中，你觉得不能在太空舱中使用的仪器是：下列物体中，你觉得不能在太空舱中使用的仪器是：天天 平平 （）摆摆 钟钟（）体重计体重计（）铅铅 笔笔（）弹簧测力计（弹簧测力计（）讨论交流：讨论交流：能能不能不能 不能不能能能不能不能实际中有许多领域涉及超重和失重现象。例如，火箭发射时向上实际中有许多领域涉及超重和失重现象。例如，火箭发射时向上的加速度很大，火箭底部所承受的压力要比静止时大得多。如果的加速度很大，火箭底部所承受的压力要比静止时大得多。如果是载人航天，在火箭发射阶段，航天员要承受数倍于自身体重的是载人航天，在火箭发射阶段，航天员要承受数倍于自身体重的压力。只有很好地研究材料、机械结构、人体自身所能承受的压压力。只有很好地研究材料、机械结构、人体自身所能承受的压力问题，才能使火箭成功发射、航天员顺利飞向太空。力问题，才能使火箭成功发射、航天员顺利飞向太空。航天器在太空轨道上绕地球或其他天体运行时，航天器内的物体航天器在太空轨道上绕地球或其他天体运行时，航天器内的物体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，气泡在液体中将不会上浮，走路时稍有不慎，将会球形，气泡在液体中将不会上浮，走路时稍有不慎，将会“上不上不着天，下不着地着天，下不着地”.”.超重和失重现象在实际中还有许多，请你通过超重和失重现象在实际中还有许多，请你通过读书、上网、请教专业人员等多种途径进一步读书、上网、请教专业人员等多种途径进一步学习和了解。学习和了解。