2018-2019高中物理 第5章 研究力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系 5.5 超重與失重學(xué)案 滬科版必修1.doc
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5．5 超重與失重 [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(wèn)題.3.會(huì)利用超重、失重知識(shí)解釋一些現(xiàn)象． 一、什么是超重和失重 [問(wèn)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)，在電梯里，開(kāi)始他總覺(jué)得有種“飄飄然”的感覺(jué)，背的書(shū)包也感覺(jué)變“輕”了．快到樓底時(shí)，他總覺(jué)得自己有種“腳踏實(shí)地”的感覺(jué)，背的書(shū)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/s2. 圖1 當(dāng)小星感覺(jué)“飄飄然”時(shí)，他發(fā)現(xiàn)臺(tái)秤的示數(shù)為400 N；當(dāng)他感覺(jué)“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(mén)打開(kāi)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(méi)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?。? [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(cè)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(cè)力計(jì)或臺(tái)秤的示數(shù)叫做物體的視重． 2．超重與失重 (1)超重：物體對(duì)懸掛物的拉力(或?qū)χС治锏膲毫?大于物體重力的現(xiàn)象． (2)失重：物體對(duì)懸掛物的拉力(或?qū)χС治锏膲毫?小于物體重力的現(xiàn)象． (3)完全失重：物體對(duì)懸掛物的拉力(或?qū)χС治锏膲毫?等于零的狀態(tài)． 二、超重與失重的產(chǎn)生條件 [問(wèn)題設(shè)計(jì)] 為了進(jìn)一步進(jìn)行超重、失重的研究，小星繼續(xù)做實(shí)驗(yàn)．求下列情況中臺(tái)秤的示數(shù)(如圖1，已知小星的質(zhì)量為50 kg) (1)當(dāng)電梯以a＝2 m/s2的加速度勻加速上升； (2)當(dāng)電梯以a＝2 m/s2的加速度勻減速上升； (3)當(dāng)電梯以a＝2 m/s2的加速度勻加速下降； (4)當(dāng)電梯以a＝2 m/s2的加速度勻減速下降； 從以上例子中歸納總結(jié)：什么情況下會(huì)發(fā)生超重現(xiàn)象，什么情況下會(huì)發(fā)生失重現(xiàn)象？ 答案 (1)勻加速上升時(shí)，以人為研究對(duì)象，受力情況、加速度方向、速度方向如圖甲所示．選向上為正方向．根據(jù)牛頓第二定律有 甲 N1－mg＝ma 得：N1＝mg＋ma＝50(10＋2) N＝600 N (2)勻減速上升時(shí)，以人為研究對(duì)象，人的受力情況、加速度方向、速度方向如圖乙所示．選向下為正方向 乙 根據(jù)牛頓第二定律有mg－N2＝ma 得：N2＝mg－ma＝50(10－2) N＝400 N (3)勻加速下降時(shí)，以人為研究對(duì)象，人的受力情況、加速度方向、速度方向如圖丙所示，選向下為正方向，根據(jù)牛頓第二定律 丙 有mg－N3＝ma 得：N3＝mg－ma＝50(10－2) N＝400 N (4) 勻減速下降時(shí)，以人為研究對(duì)象，人的受力情況、加速度方向、速度方向如圖丁所示，選向上為正方向，根據(jù)牛頓第二定律有N4－mg＝ma 丁 得：N4＝mg＋ma＝50(10＋2) N＝600 N 歸納總結(jié)：(1)、(4)中，物體具有向上的加速度時(shí)，會(huì)發(fā)生超重現(xiàn)象；(2)、(3)中，物體具有向下的加速度時(shí)，會(huì)發(fā)生失重現(xiàn)象． [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. 3．注意 (1)物體處于超重還是失重狀態(tài)，只取決于加速度的方向，與物體的運(yùn)動(dòng)方向無(wú)關(guān)． (2)發(fā)生超重、失重或完全失重時(shí)，物體所受的重力并沒(méi)有變化． (3)發(fā)生完全失重現(xiàn)象時(shí)，與重力有關(guān)的一切現(xiàn)象都將消失．比如物體對(duì)支持物無(wú)壓力、擺鐘將停止擺動(dòng)……，靠重力使用的儀器也不再能使用(如天平)． (4)只受重力作用的一切拋體運(yùn)動(dòng)，如我們學(xué)過(guò)的自由落體運(yùn)動(dòng)和豎直上拋運(yùn)動(dòng)等，物體在空中只受重力的運(yùn)動(dòng)，其加速度等于g，物體都處于完全失重現(xiàn)象． [延伸思考] 有人說(shuō)：“物體超重時(shí)重力變大了，失重時(shí)重力變小了，完全失重時(shí)重力消失了．”對(duì)嗎？為什么？ 答案 不對(duì)．超重是物體對(duì)懸掛物的拉力(或支持物的壓力)大于物體所受重力的現(xiàn)象，物體本身的重力并沒(méi)有變化．同理，失重和完全失重時(shí)重力也沒(méi)有變化． 一、超重與失重的判斷 例1 下列說(shuō)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(guò)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) 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(guò)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． 答案 B 二、關(guān)于超重與失重的計(jì)算 例2 (多選)在一電梯的地板上有一壓力傳感器，其上放一物塊，如圖2甲所示，當(dāng)電梯運(yùn)行時(shí)，傳感器示數(shù)大小隨時(shí)間變化的關(guān)系圖像如圖乙所示，根據(jù)圖像分析得出的結(jié)論中正確的是( ) 圖2 A．從t1時(shí)刻到t2時(shí)刻，物塊處于失重狀態(tài) B．從t3時(shí)刻到t4時(shí)刻，物塊處于失重狀態(tài) C．電梯可能開(kāi)始停在低樓層，先加速向上，接著勻速向上，再減速向上，最后停在高樓層 D．電梯可能開(kāi)始停在高樓層，先加速向下，接著勻速向下，再減速向下，最后停在低樓層 解析 從F－t圖像可以看出，0～t1時(shí)間內(nèi)，F(xiàn)＝mg，電梯處于靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；t1～t2時(shí)間內(nèi)，F(xiàn)>mg，電梯具有向上的加速度，物塊處于超重狀態(tài)，可能加速向上運(yùn)動(dòng)或減速向下運(yùn)動(dòng)；t2～t3時(shí)間內(nèi)，F(xiàn)＝mg，電梯處于靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；t3～t4時(shí)間內(nèi)，F(xiàn)下載提示(請(qǐng)認(rèn)真閱讀)
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