物理必修 第一册第四章 运动和力的关系6 超重和失重精品课件ppt

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一、重力测量1.先测量物体做自由落体运动的加速度g,再用天平测量物体的质量,利用牛顿第二定律可得G= mg 。 2.利用力的平衡条件对重力进行测量。 
二、超重和失重1.超重(1)定义:物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力) 大于物体所受重力的现象。 (2)产生条件:物体具有向上的加速度。 2.失重(1)定义:物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力) 小于物体所受重力的现象。 (2)产生条件:物体具有向下的加速度。 3.完全失重(1)定义:物体对支持物(或悬挂物) 完全没有作用力。 (2)产生条件:物体加速度方向向下,大小等于g 。 
正误辨析1.处于平衡状态的物体加速度一定等于零,而速度不一定等于零。(　　)2.速度为零时,物体一定处于平衡状态。(　　)3.物体处于完全失重状态时就是不受重力了。(　　)
答案:√　解析:物体处于静止或匀速直线运动的状态称为平衡状态,加速度一定等于零。
答案:×　解析:速度为零时,加速度不一定为零,即物体所受合力可能不为零,物体不一定处于平衡状态。
答案:×　解析:无论是物体处于失重还是超重状态,物体的重力都没有变化。
4.物体处于失重状态的原因是物体的重力减小了。(　　)5.小球沿光滑斜面下滑的过程中处于失重状态。(　　)
答案:×　解析:物体处于失重状态的原因是有向下的加速度,对竖直悬挂物的拉力或者对水平支持物的压力减小。
答案:√　解析:小球沿光滑斜面下滑过程中在竖直方向上有向下的加速度,处于失重状态。
对超重和失重现象的理解情景探究用手提住弹簧测力计,(1)用弹簧测力计测物体重力时,突然向上加速,观察弹簧测力计的示数如何变化?(2)用弹簧测力计测物体重力时,突然向下加速,观察弹簧测力计的示数如何变化?(3)若将弹簧测力计和物体一起释放,观察弹簧测力计的示数如何变化?
要点提示(1)弹簧测力计示数变大了。(2)弹簧测力计示数变小了。(3)弹簧测力计示数变为零。
知识点拨1.视重当将物体挂在弹簧测力计下或放在水平台秤上时,弹簧测力计或台秤的示数称为“视重”,大小等于弹簧测力计所受的拉力或台秤所受的压力。
2.超重、失重的分析
实例引导例1(2019安徽蚌埠市高一上期末)某实验小组利用DIS系统观察超重和失重现象。他们在学校电梯房内做实验,在电梯天花板上固定一个力传感器,测量挂钩向下,并在挂钩上悬挂一个重为10 N的钩码,
在电梯运动过程中,计算机显示屏上显示出如图所示图像,以下根据图像分析所得结论错误的是(　　)A.该图像显示出了力传感器对钩码的拉力大小随时间的变化情况B.从时刻t1到t2,钩码处于失重状态,从时刻t3到t4,钩码处于超重状态C.电梯可能先加速向下,接着匀速向下,再减速向下,最后静止D.这个过程中,物体的重力发生了变化
答案:D　解析:题图中图像显示了力传感器对钩码的拉力大小随时间的变化情况。0~t1时间内,钩码受力平衡;t1~t2时间内,拉力小于10 N,钩码处于失重状态;t2~t3时间内,钩码受力平衡;t3~t4时间内,拉力大于10 N,钩码处于超重状态。由以上分析可知,D项错误。
规律方法 判断超重、失重状态的方法物体究竟处于超重状态还是失重状态,可用三个方法判断:1.从受力的角度判断,当物体所受向上的拉力(或支持力)大于重力时,物体处于超重状态;拉力(或支持力)小于重力时处于失重状态,等于零时处于完全失重状态。2.从加速度的角度判断,当物体具有向上的加速度(包括斜向上)时处于超重状态;具有向下的加速度(包括斜向下)时处于失重状态,向下的加速度为g时处于完全失重状态。3.从运动的角度判断,当物体加速上升或减速下降时,物体处于超重状态;当物体加速下降或减速上升时,物体处于失重状态。
变式训练1某同学利用体重计研究超重与失重现象。在一次实验中,她先蹲在体重计上,如图所示,在她由稳定的蹲姿变化到稳定站姿的过程中,下列说法正确的是 (　　)A.该同学处于超重状态B.该同学处于失重状态C.体重计示数先减小后增大D.体重计示数先增大后减小
答案:D　解析:人从下蹲状态站起来的过程中,先向上做加速运动,后向上做减速运动,最后回到静止状态,人先处于超重状态后处于失重状态,故体重计示数先增大后减小,故D正确,A、B、C错误。
用牛顿第二定律分析超重、失重现象情景探究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?
要点提示人在下蹲的过程中,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。
知识点拨求解超重与失重问题的基本思路超重和失重问题实质上就是牛顿第二定律应用的延续,解题时应抓住加速度这个关键量。具体方法是:(1)分析物体运动的加速度方向;(2)判断物体处于超重(或失重)状态;(3)分析其受力,利用牛顿第二定律分析和求解。
实例引导例2(2019广东惠州高一上期末)某人在以a=0.5 m/s2的加速度匀加速下降的升降机中最多可举起m1=90 kg的物体,则此人在地面上最多可举起多少千克的物体?若此人在匀加速上升的升降机中最多能举起m2=40 kg的物体,则此升降机上升的加速度为多大?(g取10 m/s2) 
解析:以物体为研究对象,对物体进行受力分析及运动状态分析,如图甲所示,设人的最大“举力”为F,由牛顿第二定律得m1g-F=m1a1所以F=m1(g-a1)=855 N当他在地面上举物体时,设最多可举起质量为m0的物体,则有m0g-F=0 所以m0=85.5 kg此人在匀加速上升的升降机中最多能举起m2=40 kg的物体,由于m0=85.5 kg>m2=40 kg,显然此时升降机一定处于超重状态,对物体进行受力分析和运动情况分析,如图乙所示。由牛顿第二定律得F-m2g=m2a2所以a2= =11.375 m/s2即升降机加速上升的加速度为11.375 m/s2。答案:85.5 kg　11.375 m/s2
规律方法 在不同环境中这个最大“举力”是恒定不变的,即他在以不同的加速度运动的升降机中最大的“举力”恒定。若以物体为研究对象对其进行受力分析,根据人举起的不同质量的物体,可推知物体所处的运动状态;反过来根据物体的运动状态,在最大“举力”相同时也可以推知举起物体的质量。
物理图像在动力学中的应用情景探究如图甲所示,光滑水平面上放置一个物体,质量m=1 kg,对物体施加如图乙所示的水平外力作用,试说明水平外力的特点以及物体的运动情况。
知识点拨1.常见的图像有:v-t图像,a-t图像,F-t图像,F-x图像,a-F图像等。2.图像间的联系:加速度是联系v-t图像与F-t图像的桥梁。3.图像的应用(1)已知物体在一过程中所受的某个力随时间变化的图像,要求分析物体的运动情况。(2)已知物体在一运动过程中速度、加速度随时间变化的图像,要求分析物体的受力情况。(3)通过图像对物体的受力与运动情况进行分析。
4.解题策略(1)弄清图像斜率、截距、交点、拐点、面积的物理意义。(2)应用物理规律列出与图像对应的函数方程式,进而明确“图像与公式”“图像与物体运动”间的关系,以便对有关物理问题作出准确判断。
实例引导例3一个物块置于粗糙的水平地面上,受到的水平拉力F随时间t变化的关系如图(a)所示,速度v随时间t变化的关系如图(b)所示。g取10 m/s2,求:(1)1 s末物块所受摩擦力的大小Ff1;(2)物块在前6 s内的位移大小x;(3)物块与水平地面间的动摩擦因数μ。
解析:(1)从题图(a)中可以读出,当t=1 s时,Ff1=F1=4 N。(2)由题图(b)知物块在前6 s内的位移大小答案:(1)4 N　(2)12 m　(3)0.4
规律方法 求解图像问题的思路
变式训练2(多选)如图甲,一物块在t=0时刻滑上一固定斜面,其运动的v-t图像如图乙所示。若重力加速度及图中的v0、v1、t1均为已知量,则可求出(　　)A.斜面的倾角B.物块的质量C.物块与斜面间的动摩擦因数D.物块沿斜面向上滑行的最大高度
1.某志愿者站在力传感器上分别完成下蹲和站起动作,计算机同时采集相应的数据。如图所示,这是做其中一个动作时,力传感器的示数随时间变化的情况。下面判断正确的是(　　)A.这是站起过程,先失重后超重B.这是站起过程,先超重后失重C.这是蹲下过程,先失重后超重D.这是蹲下过程,先超重后失重
答案:C　解析:根据图像可知,加速度先向下后向上,而蹲下过程,先向下加速度运动,再向下减速到停止,加速度先向下再向上,先失重后超重,故C正确,ABD错误。
2.如图所示,一人站在电梯中的体重计上,随电梯一起运动。下列各种情况中,体重计的示数最大的是(　　)A.电梯匀减速上升,加速度的大小为1.0 m/s2B.电梯匀加速上升,加速度的大小为1.0 m/s2C.电梯匀减速下降,加速度的大小为0.5 m/s2D.电梯匀加速下降,加速度的大小为0.5 m/s2
答案:B　解析:当电梯匀减速上升或匀加速下降时,电梯处于失重状态,设人受到体重计的支持力为FN,体重计示数大小即为人对体重计的压力FN'。由牛顿运动定律可得mg-FN=ma,FN=FN'=m(g-a);当电梯匀加速上升或匀减速下降时,电梯处于超重状态,设人受到体重计的支持力为FN1,人对体重计的压力FN1'。由牛顿运动定律可得FN1-mg=ma,FN1=FN1'=m(g+a)。代入具体数据可得B正确。