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.超重与失重7学习目标.[物理观念]理解超重、失重和完全失重现象..[科学思维]能12够在具体实例中判断超重、失重现象..[科学思维]能用牛顿运动定律解释生活3中的超重和失重现象.阅读本节教材,回答第页“讨论交流”并梳理必要知识点.126教材页“讨论交流”.P126提示()重力不会变化.1()物体对于弹簧测力计的拉力.2()静止或匀速直线运动;有加速度.3F-mg=maF=mg-\-ma.
一、超重现象定义物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)大王物体所受重力的现象.
1.产生条件物体有向上的加速度.
2.运动状态包括向上加速运动和向下减速运动两种运动情况.
3.
二、失重现象定义物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)小壬物体所受重力的现象.
1.产生条件物体有向下的加速度.
2.运动状态包括向上减速运动和向下加速运动两种运动情况.
3.完全失重
4.()定义物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)笠王雯的状态.1()产生完全失重现象的条件当物体竖直向下的加速度等于重力加速度时,2就产生完全失重现象.思考判断(正确的打“,错误的打)
1.“X”()超重就是物体受到的重力增加了.()1X()物体处于完全失重时,物体的重力就消失了.()2X()物体处于超重时,物体一定在上升.()3X()物体处于失重时,物体可能在上升.()的水平4J底板上所能承受的最大支持力为重力的倍.为安全起见,实验时飞机高度不得
2.5低于800mg取10m/s
2.问题飞机的飞行高度至少为多少?[解析]前秒飞机做自由落体运动,解得下降高度小=;〃=304500m,此时=勖=300m/s接着要做匀减速运动,而研究人员站在飞机的水平底板上所能承受的最大支持力为重力的倍.
2.5根据牛顿第二定律,有所以最大N—a=L5g=15m/s炉3002又下降的图度入2=h=勺丫1勺m=3000m,为了安全起见,实验时,飞机高度不得低于米,得总高度为800H=3000m+4500m+800m=8300m.[答案]8300m下面关于失重和超重的说法,正确的是()
2.物体处于失重状态时,所受重力减小;处于超重状态时,所受重力增大A.在电梯上出现失重现象时,电梯必定处于下降过程B.在电梯上出现超重现象时,电梯有可能处于下降过程C.只要物体运动的加速度方向向上,物体必定处于失重状态D.[只要物体加速度方向向上,物体就处于超重状态,加速度方向向下,物体C就处于失重状态,运动可能处于上升也可能处于下降过程,故选项、错误,B DC正确;超重和失重时物体的重力不变,故选项错误.]A下列说法正确的是()
3.体操运动员双手握住单杠吊在空中不动时处于失重状态A.蹦床运动员在空中上升和下落过程中都处于失重状态B.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C.游泳运动员仰卧在水面静止不动时处于失重状态D.[物体具有向上的加速度时,处于超重状态;具有向下的加速度时,处于失重B状态,即“上超下失”,故正确.]B超重现象人站在体重计上,一起随电梯向上运动,体重计的示数等于人的体重吗?提示不等于.实重与视重
1.()实重物体实际所受重力.物体所受重力不会因为物体运动状态的改变而1变化.()视重用弹簧测力计或台秤来测量物体重力时,弹簧测力计或台秤的示数2叫作物体的视重.当物体与弹簧测力计保持静止或者匀速运动时,视重等于实重;当存在竖直方向的加速度时,视重不再等于实重.产生超重的原因
2.当物体具有竖直向上的加速度时,支持物对物体的支持力(或悬绳的拉力)为足由牛顿第二定律可得一根所以户=机痣+)>加由牛顿第三定律知,b g=/na.0物体对支持物的压力(或对悬绳的拉力)>机P g.超重的动力学特点
3.向上加速运动、超重一十甘廿一川加速度方向向上或有向上的分量.〔向下减速运动J【例】质量是的人站在升降机中的体重计上,如图所示,当升降160kg机做下列各种运动时,体重计的读数是多少?取g10m/s2升降机匀速上升;12升降机以4m/s2的加速度匀加速上升.[解析]以人为研究对象受力分析如图所示匀速上升时〃=所以10,N-mg=0N=/wg=600N据牛顿第三定律知N=N=600N.⑵匀加速上升时,向上,取向上为正方向,则QN—mg=ma〃N=/wg+=60X10+4N=840N据牛顿第三定律知N=N=840N.[答案]1600N2840N对超重现象理解的两点注意物体处于超重状态时,实重即所受重力并不变,只是视重变了,视重比实1重增加了ma.决定物体超重的因素是物体具有向上的加速度,与速度无关,即物体可以2向上加速运动,也可以向下减速运动.[跟进训练]如图所示,轻质弹簧的上端固定在电梯的天花板上,弹簧下端悬挂一个
1.小铁球,在电梯运行时,乘客发现弹簧的伸长量比电梯静止时的伸长量大,这一现象表明电梯一定是在上升A.电梯一定是在下降B.电梯的加速度方向一定是向下C.乘客一定处在超重状态D.[电梯静止时,弹簧的拉力和小铁球的重力相等.现在,弹簧的伸长量变D大,则弹簧的拉力增大,小铁球受到的合力方向向上,加速度方向向上,小铁球处于超重状态.但是电梯的运动方向可能向上也可能向下,故正确.]D出点”失重现象电梯加速下降,体重计的示数为什么会减少?提示向下,小于mg.FN对失重现象的理解-~
1.从力的角度看失重时物体受到竖直悬绳或测力计的拉力或水平支撑面1或台秤的支持力小于重力,好像重力变小了,正是由于这样,把这种现象定义为“失重”.从加速度的角度看根据牛顿第二定律,处于失重状态的物体的加速度方2向向下如图,这是物体失重的条件,也是判断物体失重与否的依据.从速度的角度看只要加速度向下物体就处于失重状态,其速度可以向上3也可以向下.常见的失重状态有两种加速向下或减速向上运动.对完全失重的理解物体处于完全失重状态时,重力全部产生加速度,
2.a=g不再产生压力如图,平常一切由重力产生的物理现象都会完全消失,如天平失效、浸在水中的物体不再受浮力、液柱不再产生压强等.【例】多选在升降机内,一人站在磅秤上,发现自己的体重减轻了则220%,下列判断可能正确的是g取10m/s2A.升降机以8m/s2的加速度加速上升升降机以的加速度加速下降B.2m/s2升降机以的加速度减速上升C.2m/s2升降机以的加速度减速下降D.8m/s思路点拨
①磅秤示数显示体重减轻了说明处于失重状态.
②判断加速20%,度方向,由牛顿第二定律求出a.[人发现体重减轻,说明人处于失重状态,加速度向下,由mg—N=ma,BCN=S00/omg,故方向向下.升降机可能加速下降,也可能减a=
0.2g=2m/s2,速上升,故、正确.]B C对失重现象理解的两点注意处于完全失重状态的物体,并不是所受重力消失了,重力并不变,只是物1体对悬挂物的拉力或对支持物的压力等于零.若物体不在竖直方向上运动,但只要其加速度在竖直方向上有分量,即的2即当的的方向竖直向上时,物体处于超重状态;当的的方向竖直向下时,物体W0,处于失重状态.[跟进训练]如图所示,、两物体叠放在一起,以相同的初速度上抛不计空气阻力.
2.43下列说法正确的是在上升和下降过程中对万的压力一定为零A.A上升过程中对的压力大于物体受到的重力
8.A3A下降过程中对的压力大于物体受到的重力C.A bA在上升和下降过程中对的压力等于物体受到的重力D.A3A[以、作为整体,上升过程只受重力作用,所以系统的加速度为方向A A5g,竖直向下,故系统处于完全失重状态,、之间无弹力作用,正确,错误;A3A B下降过程,、区仍是处于完全失重状态,、区之间也无弹力作用,、错误.]A4C D»点3超重、失重的比较及有关计算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?提示人在下蹲的过程中,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.超重、失重的比较
1.受力示意图特征状态加速度视重与重力关系运动情况FL71g静止或匀速直平衡4=0由F—mg=0得F=mg线运动1由F—mg=ma得向上加速或向1超重向上aF=mg+amg下减速由mg—F=ma得向下加速或向失重向下a千F=mg—amg上减速mg自由落体,抛mg由mg—F=maga=g完全失重体,正常运行得尸=0的卫星等超重、失重的定量计算
2.设物体质量为/“竖直方向加速度为“,重力加速度为支持力为g,N.超重由帆可得即视重大于重力,超重“ma”,加速度1N—N=mg+a,Q越大,超重越多.失重由机〃可得即视重小于重力.失重“ma”,加2g—N=/w N=mg—a,速度越大,失重越多.⑶完全失重由mg-N=ma和a=g联立解得N=0,即视重为失重0,解答超重、失重问题的步骤
3.⑴明确题意,确定研究对象.⑵对研究对象受力分析和运动情况的分析.确定加速度的方向.3根据牛顿第二定律列式求解.4【例】在电梯中,把一重物置于台秤上,台秤与力的传感器相连,当电3梯从静止起加速上升,然后又匀速运动一段时间,最后停止运动时,传感器的荧屏上显示出其受的压力与时间的关系图像如图所示.试由此图回答问题g取10m/s2该物体的重力是多少?电梯在超重和失重时物体的重力是否变化?1⑵算出电梯在超重和失重时的最大加速度分别是多大思路点拨
①压力大于重力时超重、压力小于重力时失重,平衡时压力等于重力.
②利用牛顿第二定律,结合超、失重时加速度的方向列方程求解.[解析]根据题意到物体随电梯一起匀速运动,由共点力平衡的条14s18s件知压力和重力相等,即G=30N;根据超重和失重的本质得物体的重力不变.「°⑵超重时支持力最大为由牛顿第二定律得,,50N,“1=2=500m/s2^
6.67m/s2,方向向上F,30-10失重时支持力最小为由牛顿第二定律得〃10N,2=*=—,,夕m/s2=
6.67m/s2,方向向下.[答案]130N不变
26.67m/s
26.67m/s2超重、失重问题的本质超重、失重问题本质上是牛顿第二定律的应用,其求解的思路方法与应用牛顿第二定律的思路方法相同.某人在以加速度〃=¥
3.匀加速下降的升降机中最多可举起西m/s=90[跟进训练]的物体:kg⑴则此人在地面上最多可举起质量为多少的物体⑵若此人在一匀加速上升的升降机中最多能举起加的物体,则此2=40kg升降机上升的加速度为多大?g取10m/s2[解析]人在不同环境中最大“举力”是恒定不变的,设此人的最大“举力”为F.以物体为研究对象,对物体进行受力分析及运动分析,如图甲所示,由牛1顿第二定律得m\g-F=m\a\9甲乙故F=ntig—«i=600N.当他在地面上举物体时,设最多可举起质量为mo的物体,则有m.g=F,故//io=6O kg.()此人在某一匀加速上升的升降机中最多能举起加的物体,由于帆22=40kg此时物体一定处于超重状态,对物体进行受力分析和运动情o=6O kgm2=40kg,况分析,如图乙所示.由牛顿第二定律得F—mig=miaiy-F—mig600—40X
10.故2==石m/s2=5m/s2,即升降机匀加速上升的加速度mi4U是m/s
2.5[答案]160kg25m/s2物理观念超重、失重的概念.
1.科学思维理解超重、失重的条件,会用牛顿运动定律解释生活中的超
2.重和失重现象.下列关于超重与失重的说法中,正确的是()
1.超重就是物体的重力增加了A.失重就是物体的重力减少了B.完全失重就是物体的重力没有了C.不论是超重、失重,还是完全失重,物体所受的重力是不变的D.[超重是物体对接触面的压力大于物体的真实重力,物体的重力并没有增加,D所以错误;失重是物体对接触面的压力小于物体的真实重力,物体的重力并没A有减小,所以错误;完全失重是说物体对接触面的压力为零,此时物体的重力B也不变,所以错误;不论是超重、失重,还是完全失重,物体所受的重力是不C变的,只是对接触面的压力不和重力相等了,所以正确.]D(多选)“天宫二号”绕地球运动时,里面所有物体都处于完全失重状态,则
2.在其中可以完成下列哪个实验()水银温度计测量温度A.做托里拆利实验
8.验证阿基米德原理C.用两个弹簧测力计验证牛顿第三定律D.[物体处于完全失重状态,与重力有关的一切物理现象都消失了.托里拆利AD实验用到了水银的压强,由于地与重力加速度有关,故该实验不能完成;阿p=g基米德原理中的浮力户=网排也与重力加速度有关,故该实验也不能完成;水银g温度计测温度利用了液体的热胀冷缩原理,弹簧测力计测拉力与重力无关.A、D正确.](多选)“跳水”是一项传统的体育运动项目.如图,某运动员从跳板上被竖
3.直向上弹起,不考虑空气阻力,则下列说法正确的是()运动员离开跳板向上运动的过程中,处于超重状态A.运动员离开跳板向上运动的过程中,处于完全失重状态B.设运动员被跳板弹起后又落回到跳板上,则运动员从刚离开跳板到刚接C.触跳板这一过程,上升和下降所用的时间相等运动员上升到最高点时的速度为零,此时运动员处于平衡状态D.[运动员离开跳板向上运动的过程中,运动员仅受重力作用,根据牛顿第二BC定律得知,运动员的加速度竖直向下,大小等于重力加速度,处于完全失重状态,选项正确,选项错误;运动员离开跳板后做竖直上抛运动,运动过程中加速B A度保持不变,是重力加速度,上升和下落的过程中,速度变化量的数值相\7)等,加速度大小相等,根据加速度定义式可得,上升和下落所用的时间相等,=7选项正确;运动员上升到最高点时的速度等于零,但合外力不等于零,合外力C是运动员的重力,因此在最高点时受力不平衡,选项错误.]D(多选)如图所示,木箱内有一竖直放置的弹簧,弹簧上方有一物块;木箱
4.静止时弹簧处于压缩状态且物块压在箱顶上,若在某一段时间内,物块对箱顶刚好无压力,则在此段时间内,木箱的运动状态可能为()加速下降加速上升A.B.减速上升减速下降C.D.[若在某一段时间内,物块对箱顶刚好无压力,相当于物块的视重变大,处BD于超重状态,即加速度向上,所以可能向上做加速运动,向下做减速运动,故、B正确.]D(新情景题)情境随着航空技术的发展,飞机的性能越来越好,起飞的跑
5.道要求也是越来越短,有的还可以垂直起降.为了研究在失重情况下的实验,飞行员将飞机开到高空后,让其自由下落,模拟一种无“重力”(完全失重状态)的环境,以供研究人员进行科学实验.每次下降过程可以获得持续秒之久的“零重力”状30态,以便研究人员进行不受重力影响的实验,而研究人员站在飞机。