新教材高中物理第四章运动和力的关系6超重和失重课件新人教版必修第一册.pptx
第四章第四章 运动和力的关系运动和力的关系学习目标学习目标1.通过体验或者实验通过体验或者实验,认识超重和失重现象认识超重和失重现象,理解超重、失重现象理解超重、失重现象的产生条件和实质的产生条件和实质.能用牛顿第二定律分析超重和失重现象发生能用牛顿第二定律分析超重和失重现象发生的动力学原因的动力学原因.培养运动和相互作用观念培养运动和相互作用观念,提升物理学科素养提升物理学科素养.2.通过解释生活中的超重和失重现象通过解释生活中的超重和失重现象,培养运用物理知识解释生培养运用物理知识解释生活现象的能力活现象的能力,激发物理学习的兴趣激发物理学习的兴趣,形成良好的科学态度与责形成良好的科学态度与责任任.6超重和失重超重和失重知识点知识点一一 重力的测量重力的测量1.如图所示如图所示,测量一个物块的重力大小测量一个物块的重力大小,甲同学把物块挂在甲同学把物块挂在一弹簧测力计上一弹簧测力计上,乙同学把物块放在一个台秤上乙同学把物块放在一个台秤上,他们测量他们测量的原理是什么的原理是什么?甲甲乙乙答案答案:对于甲对于甲,物块静止时物块静止时,物块受到的重力大小等于弹簧物块受到的重力大小等于弹簧测力计的拉力测力计的拉力;对于乙对于乙,物块受到的重力大小等于台秤的支物块受到的重力大小等于台秤的支持力持力.测量原理均是二力平衡测量原理均是二力平衡.2.测量重力的两种方法测量重力的两种方法.(1)先测量物体做自由落体运动的加速度先测量物体做自由落体运动的加速度g,再用天平测再用天平测量物体的质量量物体的质量,利用牛顿第二定律可得利用牛顿第二定律可得G=.(2)利用力的平衡条件对重力进行测量利用力的平衡条件对重力进行测量.将待测物体悬挂将待测物体悬挂或放置在测力计上或放置在测力计上,使它使它处于处于 状态状态.这时物体所受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的重力和测力计对物体的拉力或支持力的大小相等.mg静止静止知识点二超重和失重知识点二超重和失重答案答案:物体向上加速时物体向上加速时,受到重力和拉力的作用受到重力和拉力的作用,受力分析如图所示受力分析如图所示,由于物体有向上的加速度由于物体有向上的加速度,根据牛顿第二定律得根据牛顿第二定律得F-G=ma,所以所以F=ma+GG,弹簧测力计的示数大于物体的重力弹簧测力计的示数大于物体的重力.1.如图所示如图所示,用弹簧测力计测物体的重力时用弹簧测力计测物体的重力时,突突然向上加速然向上加速,弹簧测力计的示数与物体的重力弹簧测力计的示数与物体的重力有何大小关系有何大小关系?尝试用牛顿第二定律分析尝试用牛顿第二定律分析.2.某同学家住十楼某同学家住十楼,每天上学放学均要乘垂直升降电梯每天上学放学均要乘垂直升降电梯.上学时上学时,在电梯里在电梯里,开始他总觉得有种开始他总觉得有种“轻飘飘轻飘飘”的感觉的感觉,背的书包也感觉变背的书包也感觉变“轻轻”了了.快到楼底时快到楼底时,他总觉得自己他总觉得自己有种有种“脚踏实地脚踏实地”的感觉的感觉,背的书包也似乎变背的书包也似乎变“重重”了了.这是什么原因呢这是什么原因呢?答案答案:这是因为电梯刚启动时处于失重状态这是因为电梯刚启动时处于失重状态,快到楼底时快到楼底时处于超重状态处于超重状态.3.失重失重.(1)概念概念:物体对支持物的压力物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力或对悬挂物的拉力)物物体体所受重力的现象所受重力的现象.(2)实质实质:具有具有 的的加速度加速度.(3)完全失重完全失重:物体对支持物的压力物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力或对悬挂物的拉力)的的现象现象.完全失重的实质是物体的加速度竖直向下且完全失重的实质是物体的加速度竖直向下且等等于于 .4.超重超重.(1)概念概念:物体对支持物的压力物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力或对悬挂物的拉力)物物体体所受重力的现象所受重力的现象.(2)实质实质:具有具有 的的加速度加速度.竖直向下竖直向下为为0重力加速度重力加速度g小于小于大于大于竖直向上竖直向上小小试试身手身手判判断断下下列列说说法法的的正正误误并并和和同同学学交交流流(正正确确的的在在括括号号内内打打“”“”,错误的打错误的打“”).”).1.物体处于超重状态时物体处于超重状态时,可能向上运动可能向上运动,也可能向下运动也可能向下运动.()2.物体处于超重状态时物体处于超重状态时,加速度一定向上加速度一定向上.()3.减速下降的物体处于失重状态减速下降的物体处于失重状态.()4.加速度大小等于加速度大小等于g的物体处于完全失重状态的物体处于完全失重状态.()5.航天员在太空中处于完全失重状态航天员在太空中处于完全失重状态,所以说航天员在太空中所以说航天员在太空中不受重力的作用不受重力的作用.()6.荡秋千过程中荡秋千过程中,秋千摆到最低位置时秋千摆到最低位置时,人处于失重状态人处于失重状态.()探究探究一一重力的测量重力的测量问题情境问题情境一个人站在体重计上一个人站在体重计上.在他下蹲的过程中在他下蹲的过程中,他发现体重计指他发现体重计指针示数发生了变化针示数发生了变化.1.在人下蹲的过程中在人下蹲的过程中,体重计对人的支持力大小等于人的重体重计对人的支持力大小等于人的重力吗力吗?答案答案:体重计对人的支持力大小不等于人的重力体重计对人的支持力大小不等于人的重力.因为人下因为人下蹲的过程经历了加速向下、减速向下和静止这三个过程蹲的过程经历了加速向下、减速向下和静止这三个过程,其中前两个过程人处于非平衡状态其中前两个过程人处于非平衡状态,不满足二力平衡不满足二力平衡,所以所以体重计对人的支持力大小不等于人的重力体重计对人的支持力大小不等于人的重力.2.要想准确测量重力的大小要想准确测量重力的大小,人应该怎么做人应该怎么做?答案答案:要想准确测量重力的大小要想准确测量重力的大小,人需保持平衡状态人需保持平衡状态,此此时体重计对人的支持力与人的重力才满足二力平衡时体重计对人的支持力与人的重力才满足二力平衡,二二者大小才相等者大小才相等.过程建构过程建构对重力测量的理解对重力测量的理解:(1)用平衡方法测量物体的重力时用平衡方法测量物体的重力时,物体应保持平衡状态物体应保持平衡状态.(2)弹簧测力计对物体的拉力弹簧测力计对物体的拉力(或体重计对物体的支持力或体重计对物体的支持力)和物体所受的重力是两种不同的力和物体所受的重力是两种不同的力,但物体静止时但物体静止时,根据根据二力平衡二力平衡,它们的大小是相等的它们的大小是相等的.(3)利用利用G=mg测重力测重力,不同的地方不同的地方g一般不同一般不同,重力大小也重力大小也不同不同.【典例【典例1】用弹簧测力计竖直测量悬挂在其下面的小球的】用弹簧测力计竖直测量悬挂在其下面的小球的重力重力,则有则有()A.小球对弹簧测力计的拉力就是小球的重力小球对弹簧测力计的拉力就是小球的重力B.在任何情况下在任何情况下,小球对弹簧测力计的拉力大小都等于小小球对弹簧测力计的拉力大小都等于小球的重力大小球的重力大小C.静止时静止时,小球对弹簧测力计的拉力大小等于小球的重力小球对弹簧测力计的拉力大小等于小球的重力大小大小D.静止时静止时,小球对弹簧测力计的拉力就是重力小球对弹簧测力计的拉力就是重力解析解析:拉力和重力是性质不同的力拉力和重力是性质不同的力,不能等同不能等同,选项选项A、D错误错误;小球在静止或做匀速直线运动时小球在静止或做匀速直线运动时,小球对弹簧测小球对弹簧测力计的拉力大小等于小球的重力大小力计的拉力大小等于小球的重力大小,选项选项B错误错误,选项选项C正确正确.答案答案:C探究探究二二超重和失重超重和失重问题情境问题情境为了为了研究超重、失重现象研究超重、失重现象,一同学在电梯里放了一台体重一同学在电梯里放了一台体重计计,如图所示如图所示.设该同学的质量为设该同学的质量为50 kg,g取取10 m/s2.1.当电梯以当电梯以a=2 m/s2的加速度匀加速上升时的加速度匀加速上升时,体重计的示体重计的示数多大数多大?答案答案:匀匀加速上升时加速上升时,以人为研究对象以人为研究对象,受力情况如图所示受力情况如图所示,选向上为正方向选向上为正方向.根据牛顿第二定律根据牛顿第二定律,有有FN-mg=ma,得得FN=mg+ma=50(10+2)N=600 N,根据牛顿第三定律可得人对体重计的压力即体重计的示根据牛顿第三定律可得人对体重计的压力即体重计的示数数FN=FN=600 N.2.当电梯以当电梯以a=2 m/s2的加速度匀减速上升时的加速度匀减速上升时,体重计的示体重计的示数多大数多大?答案答案:匀匀减速上升时减速上升时,以人为研究对象以人为研究对象,人的受力情况如图人的受力情况如图所示所示,选向下为正方向选向下为正方向.根据牛顿第二定律根据牛顿第二定律,有有mg-FN=ma,得得FN=mg-ma=50(10-2)N=400 N,根据牛顿第三定律可得人对体重计的根据牛顿第三定律可得人对体重计的压力即体重计的示数压力即体重计的示数FN=FN=400 N.3.当电梯以当电梯以a=2 m/s2的加速度匀加速下降时的加速度匀加速下降时,体重计的示体重计的示数多大数多大?答案答案:匀加速下降时匀加速下降时,以人为研究对象以人为研究对象,人的受力情况如图人的受力情况如图所示所示,选向下为正方向选向下为正方向.根据牛顿第二定律根据牛顿第二定律,有有mg-FN=ma,得得FN=mg-ma=50(10-2)N=400 N,根据牛顿第三定律可得人对体重计的根据牛顿第三定律可得人对体重计的压力即体重计的示数压力即体重计的示数FN=FN=400 N.4.当电梯以当电梯以a=2 m/s2的加速度匀减速下降时的加速度匀减速下降时,体重计的示体重计的示数多大数多大?答案答案:匀减速下降时匀减速下降时,以人为研究对象以人为研究对象,人的受力情况如图人的受力情况如图所示所示,选向上为正方向选向上为正方向.根据牛顿第二定律有根据牛顿第二定律有FN-mg=ma,得得FN=mg+ma=50(10+2)N=600 N,根据牛顿第三定律可得人对体重计的根据牛顿第三定律可得人对体重计的压力即体重计的示数压力即体重计的示数FN=FN=600 N.5.结合以上探究过程结合以上探究过程,归纳总结归纳总结:什么情况下会发生超什么情况下会发生超重现象重现象,什么情况下会发生失重现象什么情况下会发生失重现象.答案答案:问题问题1和问题和问题4中中,物体具有向上的加速度时物体具有向上的加速度时,发生发生超重现象超重现象;问题问题2和问题和问题3中中,物体具有向下的加速度时物体具有向下的加速度时,发生失重现象发生失重现象.过程建构过程建构1.实重和视重实重和视重.(1)实重实重:物体实际所受的重力物体实际所受的重力,不会因为物体运动状态的改不会因为物体运动状态的改变而改变变而改变.(2)视重视重:当物体在竖直方向上有加速度时当物体在竖直方向上有加速度时,物体对悬挂物的物体对悬挂物的拉力拉力(或对支持物的压力或对支持物的压力)将不等于物体的重力将不等于物体的重力,此时弹簧测此时弹簧测力计或体重计的示数叫作物体的视重力计或体重计的示数叫作物体的视重.2.超重和失重的理解超重和失重的理解.(1)超重现象超重现象:物体具有竖直向上的加速度物体具有竖直向上的加速度,物体对悬挂物物体对悬挂物的拉力的拉力(或对支持物的压力或对支持物的压力)大于物体所受的重力大于物体所受的重力.(2)失重现象失重现象:物体具有竖直向下的加速度物体具有竖直向下的加速度,物体对悬挂物物体对悬挂物的拉力的拉力(或对支持物的压力或对支持物的压力)小于物体所受的重力小于物体所受的重力.(3)完全失重现象完全失重现象:物体的加速度竖直向下且大小等于物体的加速度竖直向下且大小等于g.在在完全失重状态下完全失重状态下,平常由重力产生的一切物理现象都会消平常由重力产生的一切物理现象都会消失失.例如物体对桌面无压力例如物体对桌面无压力,浸在水中的物体不受浮力等浸在水中的物体不受浮力等.在航天器中在航天器中,物体将飘浮在空中物体将飘浮在空中,液滴呈球形液滴呈球形,气泡在液体气泡在液体中将不会上浮等中将不会上浮等.另外另外,靠重力才能使用的仪器靠重力才能使用的仪器,也不能再也不能再使用使用,如天平、密度计等如天平、密度计等.3.超重和失重的分析超重和失重的分析.状态状态加速度加速度a视重视重(F)与与重力重力(mg)的的关系关系运动运动情况情况受力示意图受力示意图平衡平衡状态状态a=0F=mg静止静止或匀速或匀速直线运动直线运动超重超重方向方向向上向上F=m(g+a)mg向上向上加速或加速或向下向下减速减速失重失重方向方向向下向下F=m(g-a)mg向下向下加速或加速或向上向上减速减速【典例【典例2】(多选多选)电梯的顶部拴一弹簧测力计电梯的顶部拴一弹簧测力计,弹簧测力计弹簧测力计下端挂一重物下端挂一重物,电梯静止时电梯静止时,电梯中的人观察到弹簧测力计电梯中的人观察到弹簧测力计的示数为的示数为10 N.某时刻电梯中的人观察到弹簧测力计的示某时刻电梯中的人观察到弹簧测力计的示数为数为12 N,g取取10 m/s2,则此时则此时()A.电梯可能向上加速运动电梯可能向上加速运动,加速度大小为加速度大小为2 m/s2B.电梯可能向上减速运动电梯可能向上减速运动,加速度大小为加速度大小为2 m/s2C.电梯中的人一定处于超重状态电梯中的人一定处于超重状态D.电梯中的人一定处于平衡状态电梯中的人一定处于平衡状态解析解析:弹簧测力计的示数增大弹簧测力计的示数增大,根据牛顿第二定律根据牛顿第二定律F-mg=ma,解得加速度解得加速度a=2 m/s2,方向向上方向向上,电梯可能做向上的加电梯可能做向上的加速运动速运动,或向下的减速运动或向下的减速运动,选项选项A正确正确,选项选项B错误错误;电梯电梯中的人加速度向上中的人加速度向上,处于超重状态处于超重状态,选项选项C正确正确,选项选项D错误错误.答案答案:AC学会审题学会审题(1)依据拉力和重力大小关系判断加速度方向及超、失依据拉力和重力大小关系判断加速度方向及超、失重状态重状态.(2)由牛顿第二定律求出加速度大小由牛顿第二定律求出加速度大小.【典例【典例3】(多选多选)引体向上是同学们经常做的一项健身引体向上是同学们经常做的一项健身运动运动.该运动的动作要领该运动的动作要领:两手正握单杠两手正握单杠,两手间距略宽于两手间距略宽于肩肩,两脚离地两脚离地,两臂下垂伸直两臂下垂伸直;用背阔肌的收缩力量将身体用背阔肌的收缩力量将身体往上拉起往上拉起,当下巴超过单杠时稍作停顿当下巴超过单杠时稍作停顿,静止一秒钟静止一秒钟,使背使背阔肌彻底收缩阔肌彻底收缩;然后让身体徐徐下降然后让身体徐徐下降,直到完全下垂直到完全下垂,如图如图所示所示.这样上拉下放这样上拉下放,重复动作重复动作,达到锻炼臂力和腹肌的目达到锻炼臂力和腹肌的目的的.下列判断正确的下列判断正确的是是()A.在上拉过程的开始在上拉过程的开始,单杠对人的作用力大于人的重力单杠对人的作用力大于人的重力B.在上拉过程的结束在上拉过程的结束,单杠对人的作用力大于人的重力单杠对人的作用力大于人的重力C.在下放过程的开始在下放过程的开始,单杠对人的作用力小于人的重力单杠对人的作用力小于人的重力D.在下放过程的结束在下放过程的结束,单杠对人的作用力小于人的重力单杠对人的作用力小于人的重力解析解析:在上拉过程的开始在上拉过程的开始,人要向上加速人要向上加速,处于超重状态处于超重状态,则则单杠对人的作用力大于人的重力单杠对人的作用力大于人的重力,选项选项A正确正确;在上拉过程在上拉过程的结束的结束,人要向上减速人要向上减速,处于失重状态处于失重状态,单杠对人的作用力单杠对人的作用力小于人的重力小于人的重力,选项选项B错误错误;在下放过程的开始在下放过程的开始,人要向下人要向下加速加速,处于失重状态处于失重状态,单杠对人的作用力小于人的重力单杠对人的作用力小于人的重力,选选项项C正确正确;在下放过程的结束在下放过程的结束,人要向下减速人要向下减速,处于超重状处于超重状态态,单杠对人的作用力大于人的重力单杠对人的作用力大于人的重力,选项选项D错误错误.答案答案:AC判断超重和失重现象的方法判断超重和失重现象的方法(1)从受力的角度判断从受力的角度判断:当物体所受向上的拉力当物体所受向上的拉力(或支持力或支持力)大于重力时大于重力时,物体处于超重状态物体处于超重状态;小于重力时处于失重状小于重力时处于失重状态态;等于等于0时处于完全失重状态时处于完全失重状态.(2)从加速度的角度判断从加速度的角度判断:当物体具有向上的加速度时处当物体具有向上的加速度时处于超重状态于超重状态;具有向下的加速度时处于失重状态具有向下的加速度时处于失重状态;向下的向下的加速度为重力加速度时处于完全失重状态加速度为重力加速度时处于完全失重状态.(3)从速度变化的角度判断从速度变化的角度判断.物体向上加速或向下减速时物体向上加速或向下减速时,处于超重状态处于超重状态;物体向下加速或向上减速时物体向下加速或向上减速时,处于失重状态处于失重状态.课堂评价课堂评价1.下列关于超重和失重的说法下列关于超重和失重的说法,正确的是正确的是()A.物体处于超重状态时物体处于超重状态时,其重力增加了其重力增加了B.物体处于完全失重状态时物体处于完全失重状态时,其重力为其重力为0C.物体处于超重物体处于超重(或失重或失重)状态时状态时,其惯性比物体处于静止其惯性比物体处于静止状态时增加状态时增加(或减小或减小)了了D.物体处于超重或失重状态时物体处于超重或失重状态时,其质量及受到的重力都没其质量及受到的重力都没有变化有变化答案答案:D2.如图所示如图所示,建筑工人在砌墙时需要将砖块运送到高处建筑工人在砌墙时需要将砖块运送到高处,采用的采用的方式是一工人甲在低处将一摞砖竖直向上抛出方式是一工人甲在低处将一摞砖竖直向上抛出,在高处的工人在高处的工人乙将其接住乙将其接住.每块砖的质量均为每块砖的质量均为m,现只考虑最上层的两块砖现只考虑最上层的两块砖,不计空气阻力不计空气阻力,下列说法正确的是下列说法正确的是()答案答案:CA.工人甲在将砖块抛出时工人甲在将砖块抛出时(砖未离手砖未离手),砖块处砖块处于于失重状态失重状态B.工人甲在将砖块抛出时工人甲在将砖块抛出时(砖未离手砖未离手),砖块间砖块间作用力作用力等于等于mgC.工人甲在将砖块抛出后工人甲在将砖块抛出后,砖块处于失重状态砖块处于失重状态D.工人甲在将砖块抛出后工人甲在将砖块抛出后,砖块间作用力等于砖块间作用力等于mg3.在探究超重和失重规律时在探究超重和失重规律时,某重力为某重力为G的同学站在一压力的同学站在一压力传感器上完成一次下蹲动作传感器上完成一次下蹲动作.传感器和计算机相连传感器和计算机相连,经计算经计算机处理后得到压力机处理后得到压力F随时间随时间t变化的图像变化的图像,则下列图像可能则下列图像可能正确的是正确的是()ABCD答案答案:D4.如图所示如图所示,一个质量是一个质量是50 kg的人站在升降机的地板上的人站在升降机的地板上,升降机的顶部悬挂了一个弹簧测力计升降机的顶部悬挂了一个弹簧测力计,弹簧测力计下面弹簧测力计下面挂着一个质量为挂着一个质量为mA=5 kg的物体的物体A,当升降机向上运动时当升降机向上运动时,他看到弹簧测力计的示数为他看到弹簧测力计的示数为40 N,g取取10 m/s2,求此时人对求此时人对地板的压力地板的压力.解析解析:升降机所处的运动状态未知升降机所处的运动状态未知,但可由物体但可由物体A的运动状的运动状态分析求得态分析求得.以以A为研究对象为研究对象,对对A进行受力分析如图所示进行受力分析如图所示.再以人为研究对象再以人为研究对象,人受到竖直向下的重力人受到竖直向下的重力m人人g和地板的和地板的支持力支持力FN.选向下的方向为正方向选向下的方向为正方向,由牛顿第二定律可得由牛顿第二定律可得m人人g-FN=m人人a,所以所以FN=m人人g-m人人a=50(10-2)N=400 N,由牛顿第三定律可知由牛顿第三定律可知,人对地板的压力大小人对地板的压力大小FN=FN=400 N,方向竖直向下方向竖直向下.答案答案:400 N,方向竖直方向竖直向下向下
