《滬科版高中物理必修一第5章《超重與失重》學(xué)案》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《滬科版高中物理必修一第5章《超重與失重》學(xué)案（13頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

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)習目標定位］1.認識超重和失重現(xiàn)象，理解產(chǎn)生超重、失重現(xiàn)象的條件和實質(zhì) .2.能應(yīng) 用牛頓運動定律處理超重、失重問題 .3.會利用超重、失重知識解釋一些現(xiàn)象. 知識“畸備區(qū) 溫敢,本捌源推陳方可知新 一、超重 1 .定義：物體對懸掛物的拉力 （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)落實重點互動探究 學(xué)習?探究區(qū) 一、什么是超重和失重 ［問題設(shè)計］ 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 ，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 ，他總覺得自己有種 “腳踏實地”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臺秤如圖 1所示.設(shè)小星的質(zhì)量為 50 kg, g取10 m/s 2. 當小星感覺“飄飄然

3、”時 ，他發(fā)現(xiàn)臺秤的示數(shù)為 400 N ;當他感覺“腳踏實地”時 ，他發(fā)現(xiàn) 臺秤的示數(shù)為600 N;當電梯門打開時，他發(fā)現(xiàn)臺秤的示數(shù)為 500 N. 以上三種情況下小星的重力變化了嗎？超重、失重時臺秤的示數(shù)如何變化？  答案沒變；超重時臺秤的示數(shù)比小星的重力大 ，失重時臺秤的示數(shù)比小星的重力小. ［要點提煉］ 1.實重與視重 (1)實重：物體實際所受的重力.物體所受重力不會因物體運動狀態(tài)的改變而變化. (2)視重：當物體對彈簧測力計的拉力或?qū)ε_秤的壓力不等于物體的重力時 ，彈簧測力計或 臺秤的示數(shù)叫做物體的視重. 2.超重與失重時，視重與實重的關(guān)系 (1)超重時，視重大于

4、實重. (2)失重時,視重小于實重. 二、超重與失重的產(chǎn)生條件 ［問題設(shè)計］ 小星發(fā)現(xiàn)當他下樓時,臺稱的示數(shù)總是分別會按順序出現(xiàn) 400 N、600 N和500 N .而上樓 時臺稱的示數(shù)總會按順序出現(xiàn) 600 N、400 N和500 N,你能利用所學(xué)的知識分析電梯各階 500-400 a= 50 段所處的運動狀態(tài)嗎？ 答案 下樓的過程當臺秤的示數(shù)是 400 N時，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，因小星與電梯的運動狀態(tài)相同 ，所以電梯正以 2 m/s 2的加速度 豎直向下做加速運動.同理可得當臺秤示數(shù)是 600 N時，電梯以2 m/s

5、 2的加速度豎直向下 做減速運動，當示數(shù)為500 N時，電梯停止運動. 上樓的過程，當臺秤的示數(shù)是 600 N時，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動.同理當示 數(shù)是400 N時，電梯以2 m/s 2的加速度向上做減速運動 ，當示數(shù)為 500 N時，電梯停止運 動. ［要點提煉］ 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”是一項非常刺激的體育運動 ，某人身系彈性繩自高空 P點自由下落，圖2中 a點是彈性繩的原長位置 9點是人能到達的最低點，b點是人靜止懸吊著時的平衡位置 ，人 在從P點下落到最低點c的過程中（ ） 圖2 A.人在Pa段做自由落體運動，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，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錯誤；人到c點時，拉力最大，合力最大，加速度最 大,D錯誤. 答案 AB 針對訓(xùn)練1下列說法中正確的是（ ） A.體操運動員雙手握住單杠吊在空中不動時處于失重狀態(tài) B.蹦床運動員在空中上升和下落過程中都處于失重狀態(tài) C.舉重運動員在舉起杠鈴后不動的那段時間內(nèi)處于超重狀態(tài) D.游泳運動員仰臥在水面靜止不動時處于失重狀態(tài)

8、 答案 B 解析 當加速度方向豎直向下時，物體處于失重狀態(tài)；當加速度方向豎直向上時 ，物體處于 超重狀態(tài)，蹦床運動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中運動員均為平衡狀態(tài)，F(xiàn)= mg既不超重也不失重. 二、關(guān)于超重與失重的計算 【例2】 有一根鋼絲能承受的最大拉力為 100 N,在一個運動的電梯中，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動？ （取g = 10 m/s 2） 解析 鋼絲的拉力恰為100 N時，物體一定處于失重狀態(tài)，所以電梯具有向下的加速度. 對物體由牛頓第二定律得： F

9、 合=mg- F= ma 2 解得：a= 1.67 m/s 電梯的運動情況有兩種可能：一是以 1.67 m/s 2的加速度向下勻加速運動；二是以 1.67 m/s2的加速度向上勻減速運動. 答案 電梯以1.67 m/s 2的加速度向下勻加速運動，或者電梯以1.67 m/s 2的加速度向上勻 減速運動 針對訓(xùn)練2在升降機中，一個人站在磅秤上，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.升降機以0.8 g的加速度加速上升 B.升降機以0.2 g的加速度加速下降 C.升降機以0.2 g的加速度減速上升 D.升降機以0.8 g的加速度減速下降

10、答案 BC 解析 A D項的加速度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，即人此時處于超重狀態(tài)，A、D錯誤.B C項的加速度 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人的視重比實際重力小 mg- F - - mg X100* 20%B C正確. ⑥課堂要點小結(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 運動情況 受力圖 平衡 a= 0 F=mg 靜止或勻速 直線運動 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）跳水運動員從10 m跳臺騰空躍起，先向上運動一段距離達到最高點 后，再自由下落進入水池，不計空氣阻力，關(guān)于運動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 解析跳水運動員在空中時無論上升還是下落 ，加速度方向均向下，由于不計空氣阻力，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，某體重為G的同學(xué)站在一壓力傳感器上 完成一次下

13、蹲和起立的動作.傳感器和計算機相連 ，經(jīng)計算機處理后得到壓力隨時間 t變化 的圖像，則下列圖像中可能正確的是 （ ） 答案 D 4 .（關(guān)于超重和失重的計算）一個質(zhì)量為50 kg的人站在升降機的地板上，升降機的頂部懸 掛了一只彈簧測力計，彈簧測力計下面掛著一個質(zhì)量為 mA=5 kg的物體A當升降機向上運 動時，人看到彈簧測力計的示數(shù)為 40 N,如圖3所示，g取10 m/s 2,求此時人對地板的壓 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，人對地板的壓力為 400 N,方向豎直向下. 40分鐘課時作業(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項人 造衛(wèi)星向上發(fā)射時加速度方向向上 ，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，則在它們在空中運動的過程中 （不計空氣 阻力）（ ） A.上升過程中處于超重狀態(tài) ，P對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由一樓運動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選項正確. 4.某實驗小組的同學(xué)在電梯的天花板上固定一個彈簧秤 ，使其測量掛鉤向下，并

17、在鉤上懸掛 一個重為10N的鉤碼.彈簧秤彈力隨時間變化的規(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，電梯向下加速運動或向上減速運動 ，選項A正確；從t3到t4,由圖像可知鉤碼對 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，電梯向下減速運動或向上加 速運動，選項B正確；綜合得出，選項C錯誤，選項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 C.電流表 D.秒表 答案 CD 6 .下列幾種情況中，升降機繩索拉力最大的是（ ） A.以很大速度勻速上升 B.以很小速度勻速下降 C.上升時以很大的加速度減速 D.下降時以很大的加速度減速 答案 D 解析當重物處于超重時，升降機繩索拉力最大，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，因此水不會漏出. 題組二關(guān)于超重和失重的計算 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.人對電梯的壓力為3mg 4 D.人對電梯的壓力為3mg 答案 AD 解析 當人隨電梯加速上升時，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電梯的壓力為 gmg 3 3 9.某消防隊員從一平臺跳下 ，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他雙腳的平均作用力估計為 （ ） 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 解析用運動學(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,人做勻減速直線運動 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 ，電梯靜止時，曉敏同學(xué)站在體重計上，體重計示數(shù)為 50 kg,電梯運動過程中，某一段時間內(nèi)曉敏同學(xué)發(fā)現(xiàn)體重計示數(shù)如圖 4所示，則在這段時間 內(nèi)（ 圖4 A.曉敏同學(xué)所受的重力變小了 B.曉敏對體重計的壓力小于體重計對曉敏的支持力 C.電梯一定在豎直向下運動 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 曉敏在這段時間內(nèi)處于失重狀態(tài) ，曉敏對體重計的壓力變小了 ，而曉敏的重力沒有改 變,A選項錯；曉敏對體重計的壓力與體重計對曉敏的支持力是一對作用力與反作用力 小一定相等，B選項錯，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選項錯，D選項正確. 11.某人在地面上用彈簧測力計稱得其體重為 490 N .他將彈簧測力計移至電梯內(nèi)稱其體 重，t0至t3時間段內(nèi)彈簧測力計的示數(shù)如圖 5所示，則電梯運行的v —t圖像可能是（取電梯 向上運動的方向為正）（ ） 13 /11 答案 A 解析t0?t1時間段內(nèi)，人失重，應(yīng)向上減速或向下加速，B、C錯；t1?t2時間段內(nèi)，人勻速 或靜止；t2?t3時間段內(nèi)，人超重，應(yīng)向上加速或向下減速,AK^,D錯.

23、 12 .如圖6所示，質(zhì)量為M的斜面體始終處于靜止狀態(tài) ，當質(zhì)量為m的物體以加速度 a沿斜面 加速下滑時有（ ） A. 地面對斜面體的支持力大于 B. 地面對斜面體的支持力等于 C. 地面對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，無法判斷地面對斜面體的支持力的大小 答案 C 解析 對M和m組成的系統(tǒng)，當m具有向下的加速度而 M保持平衡時，可以認為系統(tǒng)的重心 向下運動，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甲是我國某運動員在蹦床比賽中的一個情

24、景.設(shè)這位蹦床運動員僅在豎直方向上 運動，運動員的腳在接觸蹦床過程中 器用計算機繪制出來，如圖乙所示. ，蹦床對運動員的彈力 F隨時間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)運動員的質(zhì)量; 圖7 (2)運動員在運動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，剛站上去的時候彈力等于重力 一口， … G 貝質(zhì)重為 m貝Um=1=50 kg g ,故運動員所受重力為 500 N,設(shè)運動 (2)由圖像可知蹦床對運動員的最大彈力為 Fm= 2 500 N,設(shè)運動員的最大加速度為 am,則 Fm- mg= ma Fm— mg 2 500 — 500 am= m 50 m/s 2= 40 m/s 2