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1、 10 / 11 最新滬科版高中物理必修一第 5章《超重與失重》學(xué)案 ［學(xué)習(xí)目標(biāo)定位］1.認(rèn)識(shí)超重和失重現(xiàn)象，理解產(chǎn)生超重、失重現(xiàn)象的條件和實(shí)質(zhì) .2.能應(yīng) 用牛頓運(yùn)動(dòng)定律處理超重、失重問題 .3.會(huì)利用超重、失重知識(shí)解釋一些現(xiàn)象. 知識(shí)“畸備區(qū) 溫敢,本捌源推陳方可知新 一、超重 1 .定義：物體對(duì)懸掛物的拉力 （或?qū)χ挝锏膲毫Γ┐笥谖矬w重力的現(xiàn)象叫做超重. 2 .產(chǎn)生條件：物體具有豎直向上的加速度. 二、失重 1 .定義：物體對(duì)懸掛物的拉力 （或?qū)χС治锏膲毫Γ┬∮谖矬w重力的現(xiàn)象叫做失重. 2 .產(chǎn)生條件：物體具有豎直向下的加速度. 三、完全失

2、重 1 .定義：物體對(duì)懸掛物或支持物完全沒有作用力 ，稱為處于完全失重狀態(tài). 2 .產(chǎn)生條件：物體豎直向下的加速度等于 g. 基礎(chǔ)自學(xué)落實(shí)重點(diǎn)互動(dòng)探究 學(xué)習(xí)?探究區(qū) 一、什么是超重和失重 ［問題設(shè)計(jì)］ 小星家住十八樓，每天上學(xué)放學(xué)均要乘垂直升降電梯上下樓.上學(xué)時(shí) ，在電才^里，開始他總覺 得有種“飄飄然”的感覺 ，背的書包也感覺變“輕” 了 .快到樓底時(shí) ，他總覺得自己有種 “腳踏實(shí)地”的感覺，背的書包也似乎變“重” 了.這是什么原因呢？為了研究超重、失重 現(xiàn)象，小星在電梯里放了一臺(tái)臺(tái)秤如圖 1所示.設(shè)小星的質(zhì)量為 50 kg, g取10 m/s 2. 當(dāng)小星感覺“飄飄然

3、”時(shí) ，他發(fā)現(xiàn)臺(tái)秤的示數(shù)為 400 N ;當(dāng)他感覺“腳踏實(shí)地”時(shí) ，他發(fā)現(xiàn) 臺(tái)秤的示數(shù)為600 N;當(dāng)電梯門打開時(shí)，他發(fā)現(xiàn)臺(tái)秤的示數(shù)為 500 N. 以上三種情況下小星的重力變化了嗎？超重、失重時(shí)臺(tái)秤的示數(shù)如何變化？  答案沒變；超重時(shí)臺(tái)秤的示數(shù)比小星的重力大 ，失重時(shí)臺(tái)秤的示數(shù)比小星的重力小. ［要點(diǎn)提煉］ 1.實(shí)重與視重 (1)實(shí)重：物體實(shí)際所受的重力.物體所受重力不會(huì)因物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變而變化. (2)視重：當(dāng)物體對(duì)彈簧測力計(jì)的拉力或?qū)ε_(tái)秤的壓力不等于物體的重力時(shí) ，彈簧測力計(jì)或 臺(tái)秤的示數(shù)叫做物體的視重. 2.超重與失重時(shí)，視重與實(shí)重的關(guān)系 (1)超重時(shí)，視重大于

4、實(shí)重. (2)失重時(shí),視重小于實(shí)重. 二、超重與失重的產(chǎn)生條件 ［問題設(shè)計(jì)］ 小星發(fā)現(xiàn)當(dāng)他下樓時(shí),臺(tái)稱的示數(shù)總是分別會(huì)按順序出現(xiàn) 400 N、600 N和500 N .而上樓 時(shí)臺(tái)稱的示數(shù)總會(huì)按順序出現(xiàn) 600 N、400 N和500 N,你能利用所學(xué)的知識(shí)分析電梯各階 500-400 a= 50 段所處的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)嗎？ 答案 下樓的過程當(dāng)臺(tái)秤的示數(shù)是 400 N時(shí)，由牛頓第二定律知小星的加速度 m/s2= 2 m/s 2,方向豎直向下，因小星與電梯的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)相同 ，所以電梯正以 2 m/s 2的加速度 豎直向下做加速運(yùn)動(dòng).同理可得當(dāng)臺(tái)秤示數(shù)是 600 N時(shí)，電梯以2 m/s

5、 2的加速度豎直向下 做減速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)示數(shù)為500 N時(shí)，電梯停止運(yùn)動(dòng). 上樓的過程，當(dāng)臺(tái)秤的示數(shù)是 600 N時(shí)，由牛頓第二定律知小星的加速度 a= 600“500 m/s 50 =2 m/s 2,方向豎直向上，故小星與電梯以 2 m/s 2的加速度豎直向上做加速運(yùn)動(dòng).同理當(dāng)示 數(shù)是400 N時(shí)，電梯以2 m/s 2的加速度向上做減速運(yùn)動(dòng) ，當(dāng)示數(shù)為 500 N時(shí)，電梯停止運(yùn) 動(dòng). ［要點(diǎn)提煉］ 判斷超重、失重狀態(tài)的方法 1 .從受力的角度判斷 超重：物體所受向上的拉力 (或支持力)大于重力. 失重：物體所受向上的拉力 (或支持力)小于重力. 完全失重：物體所受向上的拉

6、力(或支持力)等于零. 2 .從加速度的角度判斷 超重：物體具有豎直向上的加速度. 失重：物體具有豎直向下的加速度. 完全失重：物體具有豎直向下的加速度 ，且加速度大小等于 g. 7典例精析 、超重與失重的判斷 【例1】“蹦極”是一項(xiàng)非常刺激的體育運(yùn)動(dòng) ，某人身系彈性繩自高空 P點(diǎn)自由下落，圖2中 a點(diǎn)是彈性繩的原長位置 9點(diǎn)是人能到達(dá)的最低點(diǎn)，b點(diǎn)是人靜止懸吊著時(shí)的平衡位置 ，人 在從P點(diǎn)下落到最低點(diǎn)c的過程中（ ） 圖2 A.人在Pa段做自由落體運(yùn)動(dòng)，處于完全失重狀態(tài) B.人在ab段繩的拉力小于人的重力，人處于失重狀態(tài) C.人在bc段繩的拉力小于人的重力，人處于失

7、重狀態(tài) D.人在c點(diǎn)，人的速度為零，其加速度為零 解析 人在Pa段只受重力作用，a=g,完全失重,A正確；人在ab段受重力和向上的拉力, 拉力小于重力，合力向下，加速度向下，失重，B正確；人在 bc段受重力和向上的拉力，拉力 大于重力，合力向上，加速度向上，超重,C錯(cuò)誤；人到c點(diǎn)時(shí)，拉力最大，合力最大，加速度最 大,D錯(cuò)誤. 答案 AB 針對(duì)訓(xùn)練1下列說法中正確的是（ ） A.體操運(yùn)動(dòng)員雙手握住單杠吊在空中不動(dòng)時(shí)處于失重狀態(tài) B.蹦床運(yùn)動(dòng)員在空中上升和下落過程中都處于失重狀態(tài) C.舉重運(yùn)動(dòng)員在舉起杠鈴后不動(dòng)的那段時(shí)間內(nèi)處于超重狀態(tài) D.游泳運(yùn)動(dòng)員仰臥在水面靜止不動(dòng)時(shí)處于失重狀態(tài)

8、 答案 B 解析 當(dāng)加速度方向豎直向下時(shí)，物體處于失重狀態(tài)；當(dāng)加速度方向豎直向上時(shí) ，物體處于 超重狀態(tài)，蹦床運(yùn)動(dòng)員在空中上升和下降的過程中加速度方向均豎直向下 ，且a=g,為完全 失重狀態(tài)，所以B正確.而A、C、D中運(yùn)動(dòng)員均為平衡狀態(tài)，F(xiàn)= mg既不超重也不失重. 二、關(guān)于超重與失重的計(jì)算 【例2】 有一根鋼絲能承受的最大拉力為 100 N,在一個(gè)運(yùn)動(dòng)的電梯中，這根鋼絲下懸掛了 12 kg的物體恰好沒有斷，問電梯可能做怎樣的運(yùn)動(dòng)？ （取g = 10 m/s 2） 解析 鋼絲的拉力恰為100 N時(shí)，物體一定處于失重狀態(tài)，所以電梯具有向下的加速度. 對(duì)物體由牛頓第二定律得： F

9、 合=mg- F= ma 2 解得：a= 1.67 m/s 電梯的運(yùn)動(dòng)情況有兩種可能：一是以 1.67 m/s 2的加速度向下勻加速運(yùn)動(dòng)；二是以 1.67 m/s2的加速度向上勻減速運(yùn)動(dòng). 答案 電梯以1.67 m/s 2的加速度向下勻加速運(yùn)動(dòng)，或者電梯以1.67 m/s 2的加速度向上勻 減速運(yùn)動(dòng) 針對(duì)訓(xùn)練2在升降機(jī)中，一個(gè)人站在磅秤上，發(fā)現(xiàn)自己的體重減輕了 20%,于是他作出下列 判斷，其中正確的是（ ） A.升降機(jī)以0.8 g的加速度加速上升 B.升降機(jī)以0.2 g的加速度加速下降 C.升降機(jī)以0.2 g的加速度減速上升 D.升降機(jī)以0.8 g的加速度減速下降

10、答案 BC 解析 A D項(xiàng)的加速度a= 0.8 g,方向豎直向上，由牛頓第二定律有 F- mg= ma得F=1.8mg 其中F為人的視重，即人此時(shí)處于超重狀態(tài)，A、D錯(cuò)誤.B C項(xiàng)的加速度 a= 0.2 g,方向豎 直向下，根據(jù)牛頓第二定律有 mg- F =ma得F = 0.8 mg人的視重比實(shí)際重力小 mg- F - - mg X100* 20%B C正確. ⑥課堂要點(diǎn)小結(jié) 超重和失重分析 特征 狀態(tài) 加速 度a 視重（F）與重力 （mg的關(guān)系 運(yùn)動(dòng)情況 受力圖 平衡 a= 0 F=mg 靜止或勻速 直線運(yùn)動(dòng) F ,1. F 超重 方向

11、向上 F=mg+ a)>mg 向上加速， 向卜減速 d 1 mg  失重 方向 向下 F=m(g- a)

12、D 2.（超重和失重的判斷）跳水運(yùn)動(dòng)員從10 m跳臺(tái)騰空躍起，先向上運(yùn)動(dòng)一段距離達(dá)到最高點(diǎn) 后，再自由下落進(jìn)入水池，不計(jì)空氣阻力，關(guān)于運(yùn)動(dòng)員在空中上升過程和下落過程以下說法正 確的有（ ） A.上升過程處于超重狀態(tài)，下落過程處于失重狀態(tài) B.上升過程處于失重狀態(tài)，下落過程處于超重狀態(tài) C.上升過程和下落過程均處于超重狀態(tài) D.上升過程和下落過程均處于完全失重狀態(tài) 答案 D 解析跳水運(yùn)動(dòng)員在空中時(shí)無論上升還是下落 ，加速度方向均向下，由于不計(jì)空氣阻力，故均 為完全失重狀態(tài)，故選D. 3 .（超重和失重的判斷）在探究超重和失重規(guī)律時(shí)，某體重為G的同學(xué)站在一壓力傳感器上 完成一次下

13、蹲和起立的動(dòng)作.傳感器和計(jì)算機(jī)相連 ，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后得到壓力隨時(shí)間 t變化 的圖像，則下列圖像中可能正確的是 （ ） 答案 D 4 .（關(guān)于超重和失重的計(jì)算）一個(gè)質(zhì)量為50 kg的人站在升降機(jī)的地板上，升降機(jī)的頂部懸 掛了一只彈簧測力計(jì)，彈簧測力計(jì)下面掛著一個(gè)質(zhì)量為 mA=5 kg的物體A當(dāng)升降機(jī)向上運(yùn) 動(dòng)時(shí)，人看到彈簧測力計(jì)的示數(shù)為 40 N,如圖3所示，g取10 m/s 2,求此時(shí)人對(duì)地板的壓 力.（g 取 10 m/s 2） 圖3 答案 400 N 豎直向下 解析 以A為研究對(duì)象，受力分析如圖所示: 由牛頓第二定律得 mAg-F= ma 所

14、以a= mg —F 5X10—40 nA m/s 2 = 2 m/s 2 人的受力如圖所示. 由牛頓第二定律得 Mg- N= Ma所以N= Mg- Ma= 400 N 由牛頓第三定律可得，人對(duì)地板的壓力為 400 N,方向豎直向下. 40分鐘課時(shí)作業(yè) 題組一 超重和失重的判斷 1.下列關(guān)于超重與失重的說法正確的是 （ ） A.人造衛(wèi)星向上發(fā)射時(shí)處于失重狀態(tài) B.在超重現(xiàn)象中，物體的重力是增大的 C.處于完全失重狀態(tài)的物體，其重力一定為零 D.如果物體處于失重狀態(tài)，它必然有豎直向下的加速度 答案 D 解析 失重是指彈力小于

15、重力，合力豎直向下的情形，即加速度方向向下，故D正確；A項(xiàng)人 造衛(wèi)星向上發(fā)射時(shí)加速度方向向上 ，屬于超重狀態(tài). 2.如圖1所示，若P、Q疊放在一起，豎直向上拋出，則在它們在空中運(yùn)動(dòng)的過程中 （不計(jì)空氣 阻力）（ ） A.上升過程中處于超重狀態(tài) ，P對(duì)Q的壓力大于P的重力 B.下降過程中處于失重狀態(tài) ，P對(duì)Q的壓力小于P的重力 C.上升過程中處于完全失重狀態(tài) ,P對(duì)Q無壓力 D.下降過程中處于完全失重狀態(tài) ,P、Q間無相互作用力 答案 CD 解析 根據(jù)牛頓第二定律（mP+ m） g = （m>+ m） a,無論上升過程還是下降過程中 ，P、Q的加速 度a都等于g,即處于完全失

16、重狀態(tài)，P、Q間無相互作用力. 3.如圖2所示為一物體隨升降機(jī)由一樓運(yùn)動(dòng)到某高層的過程中的 v—t圖像，則（ ） A.物體在0?2 s處于失重狀態(tài) B.物體在2 s?8 s處于超重狀態(tài) C.物體在8 s?10 s處于失重狀態(tài) D.由于物體的質(zhì)量未知，所以無法判斷超重、失重狀態(tài) 答案 C 解析 從加速度的角度判斷，由題意知0?2 s物體的加速度豎直向上，則物體處于超重狀 態(tài)；2 s?8 s物體的加速度為零，物體處于平衡狀態(tài)；8 s?10 s物體的加速度豎直向下， 則物體處于失重狀態(tài)，故C選項(xiàng)正確. 4.某實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)在電梯的天花板上固定一個(gè)彈簧秤 ，使其測量掛鉤向下，并

17、在鉤上懸掛 一個(gè)重為10N的鉤碼.彈簧秤彈力隨時(shí)間變化的規(guī)律可通過一傳感器直接得出 ，如圖3所 示.則下列分析正確的是 （ ） A.從t 1到12,鉤碼處于失重狀態(tài) B.從t3到t 4,鉤碼處于超重狀態(tài) C.電梯可能開始在1樓，先加速向上，接著勻速向上，再減速向上，最后停在3樓 D.電梯可能開始在 3樓，先加速向下，接著勻速向下，再減速向下，最后停在1樓 答案 ABD 解析 從tl到t2,由圖像可知鉤碼對(duì)傳感器的拉力小于鉤碼的重力 ，鉤碼處于失重狀態(tài)，加 速度向下，電梯向下加速運(yùn)動(dòng)或向上減速運(yùn)動(dòng) ，選項(xiàng)A正確；從t3到t4,由圖像可知鉤碼對(duì) 傳感器的拉力大于鉤碼的重力

18、，鉤碼處于超重狀態(tài)，加速度向上，電梯向下減速運(yùn)動(dòng)或向上加 速運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)B正確；綜合得出，選項(xiàng)C錯(cuò)誤，選項(xiàng)D正確. 5 .在完全失重的狀態(tài)下，下列物理儀器還能使用的是 （ ） A.天平 B.水銀氣壓計(jì) C.電流表 D.秒表 答案 CD 6 .下列幾種情況中，升降機(jī)繩索拉力最大的是（ ） A.以很大速度勻速上升 B.以很小速度勻速下降 C.上升時(shí)以很大的加速度減速 D.下降時(shí)以很大的加速度減速 答案 D 解析當(dāng)重物處于超重時(shí)，升降機(jī)繩索拉力最大，所以可能的情況有加速上升或減速下降. 7 .在空飲料瓶四周鉆幾個(gè)小孔 ，盛滿水后，讓盛滿水的飲料瓶自由下落 ，則下落過程中可能

19、出現(xiàn)的情景是下列選項(xiàng)中的 （ ） ABC D 答案 A 解析 裝滿水的飲料瓶在下落過程中，只受重力作用，故向下落的加速度等于 g,發(fā)生完全失 重現(xiàn)象，在完全失重的狀態(tài)下，水不產(chǎn)生壓力，因此水不會(huì)漏出. 題組二關(guān)于超重和失重的計(jì)算 8 .在以加速度a=3g加速上升的電梯里，有一質(zhì)量為 m的人，下列說法中正確的是（ ） A.人的重力仍為mg ，一 ..2 B.人的重力為3mg ..2 C.人對(duì)電梯的壓力為3mg 4 D.人對(duì)電梯的壓力為3mg 答案 AD 解析 當(dāng)人隨電梯加速上升時(shí)，人處于超重狀態(tài)，但重力不變，設(shè)人受電梯支持力為 N則N- mg= ma得N=

20、 4mg由牛頓第三定律知人對(duì)電梯的壓力為 gmg 3 3 9.某消防隊(duì)員從一平臺(tái)跳下 ，下落2 m后雙腳著地，接著他用雙腿彎曲的方法緩沖 ，使自身 重心又下降了 0.5 m .在著地過程中地面對(duì)他雙腳的平均作用力估計(jì)為 （ ） A.自身所受重力的2倍B .自身所受重力的5倍 C.自身所受重力的8倍D .自身所受重力的10倍 答案 B 解析用運(yùn)動(dòng)學(xué)公式和牛頓第二定律求解 ， 著地前自由下落過程：vt 2=2gsi① 屈腿下降過程：S2=0.5 m,人做勻減速直線運(yùn)動(dòng) 2 vt = 2as2 ② a= S1 + S2 由①②③得N= mg= 5mg 10.在升降電梯內(nèi)的

21、地面上放一體重計(jì) ，電梯靜止時(shí)，曉敏同學(xué)站在體重計(jì)上，體重計(jì)示數(shù)為 50 kg,電梯運(yùn)動(dòng)過程中，某一段時(shí)間內(nèi)曉敏同學(xué)發(fā)現(xiàn)體重計(jì)示數(shù)如圖 4所示，則在這段時(shí)間 內(nèi)（ 圖4 A.曉敏同學(xué)所受的重力變小了 B.曉敏對(duì)體重計(jì)的壓力小于體重計(jì)對(duì)曉敏的支持力 C.電梯一定在豎直向下運(yùn)動(dòng) D.電梯的加速度大小為 g/5,方向一定豎直向下 答案 D 解析 曉敏在這段時(shí)間內(nèi)處于失重狀態(tài) ，曉敏對(duì)體重計(jì)的壓力變小了 ，而曉敏的重力沒有改 變,A選項(xiàng)錯(cuò)；曉敏對(duì)體重計(jì)的壓力與體重計(jì)對(duì)曉敏的支持力是一對(duì)作用力與反作用力 小一定相等，B選項(xiàng)錯(cuò)，以豎直向下為正方向 g/5,方向豎直向下，但速

22、度方向可能是豎直向上 題組三綜合應(yīng)用 ，有：mg- F=ma 即 50g —40g = 50a,解得 a = ,也可能是豎直向下,C選項(xiàng)錯(cuò)，D選項(xiàng)正確. 11.某人在地面上用彈簧測力計(jì)稱得其體重為 490 N .他將彈簧測力計(jì)移至電梯內(nèi)稱其體 重，t0至t3時(shí)間段內(nèi)彈簧測力計(jì)的示數(shù)如圖 5所示，則電梯運(yùn)行的v —t圖像可能是（取電梯 向上運(yùn)動(dòng)的方向?yàn)檎?） 13 /11 答案 A 解析t0?t1時(shí)間段內(nèi)，人失重，應(yīng)向上減速或向下加速，B、C錯(cuò)；t1?t2時(shí)間段內(nèi)，人勻速 或靜止；t2?t3時(shí)間段內(nèi)，人超重，應(yīng)向上加速或向下減速,AK^,D錯(cuò).

23、 12 .如圖6所示，質(zhì)量為M的斜面體始終處于靜止?fàn)顟B(tài) ，當(dāng)質(zhì)量為m的物體以加速度 a沿斜面 加速下滑時(shí)有（ ） A. 地面對(duì)斜面體的支持力大于 B. 地面對(duì)斜面體的支持力等于 C. 地面對(duì)斜面體的支持力小于 (M+ m)g (M+ m)g (M+ m)g D. 由于不知a的具體數(shù)值，無法判斷地面對(duì)斜面體的支持力的大小 答案 C 解析 對(duì)M和m組成的系統(tǒng)，當(dāng)m具有向下的加速度而 M保持平衡時(shí)，可以認(rèn)為系統(tǒng)的重心 向下運(yùn)動(dòng)，故系統(tǒng)具有向下的加速度，處于失重狀態(tài)，所受到的地面的支持力小于系統(tǒng)的重 力. 13 .圖7甲是我國某運(yùn)動(dòng)員在蹦床比賽中的一個(gè)情

24、景.設(shè)這位蹦床運(yùn)動(dòng)員僅在豎直方向上 運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)員的腳在接觸蹦床過程中 器用計(jì)算機(jī)繪制出來，如圖乙所示. ，蹦床對(duì)運(yùn)動(dòng)員的彈力 F隨時(shí)間t的變化規(guī)律通過傳感 取 g= 10 m/s 2,根據(jù)F-t圖像求： (1)運(yùn)動(dòng)員的質(zhì)量; 圖7 (2)運(yùn)動(dòng)員在運(yùn)動(dòng)過程中的最大加速度. 2 答案 (1)50 kg (2)40 m/s 解析 (1)由圖像可知，剛站上去的時(shí)候彈力等于重力 一口， … G 貝質(zhì)重為 m貝Um=1=50 kg g ,故運(yùn)動(dòng)員所受重力為 500 N,設(shè)運(yùn)動(dòng) (2)由圖像可知蹦床對(duì)運(yùn)動(dòng)員的最大彈力為 Fm= 2 500 N,設(shè)運(yùn)動(dòng)員的最大加速度為 am,則 Fm- mg= ma Fm— mg 2 500 — 500 am= m 50 m/s 2= 40 m/s 2