2023年新教材高中物理第4章牛顿运动定律第6节失重和超重课件粤教版必修第一册

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第四章　牛顿运动定律第六节　失重和超重课前·自主预习1．一种方法是先测量物体做自由落体运动的加速度g，再用________测量物体的质量，利用牛顿第二定律可得G＝________.2．另一种方法是利用力的____________对重力进行测量．重力的测量天平　mg　平衡条件　1．超重．(1)定义：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)________物体所受重力的现象．(2)产生条件：物体具有____________的加速度．超重和失重大于　竖直向上　2．失重．(1)定义：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)________物体所受重力的现象．(2)产生条件：物体具有______________的加速度．(3)完全失重．①定义：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)____________的状态．②产生条件：a＝g，方向____________．小于　竖直向下　等于零　竖直向下　 关于超重和失重，下列说法正确的是 (　　)A．物体向上运动时处于超重状态，物体向下运动时处于失重状态B．处于完全失重状态的物体一定是向下运动C．超重就是物体所受的重力增大了，失重就是物体所受的重力减小了D．物体做自由落体运动时处于完全失重状态【答案】D　【解析】根据牛顿第二定律，物体具有向上的加速度时，物体处于超重状态；物体具有向下的加速度时，物体处于失重状态．物体向上运动或向下运动，加速度可能向上也可能向下，不能够判断它是处于超重还是失重状态，故A、B错误；超重并非物体所受的重力增大了，而是弹力(视重)比重力大；失重也并非物体所受的重力减小了，而是弹力(视重)比重力小，故C错误；物体做自由落体运动时，加速度等于重力加速度，方向竖直向下，物体处于完全失重状态，故D正确．课堂·重难探究1．实重与视重．实重：物体实际所受的重力．物体所受重力不会因物体运动状态的改变而变化．视重：当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．超重与失重不是重力本身变了，而是物体对悬挂物的拉力或对水平支持物的压力发生了变化，即“视重”变化了．若弹力大于重力是超重，反之则是失重．超重和失重问题2．超重、失重的比较.例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，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，D正确，A、B、C错误．变式1　超重与失重是宇航员生活和工作中的两大难题．实际上，在我们的生活中也充满了超重和失重．假如某同学家住10楼，那么，他从一楼开始坐电梯回家的过程中，体验到的将是 (　　)A．先超重，后等重，再失重B．先失重，后等重，再超重C．一直超重D．一直失重【答案】A　【解析】上楼时，先向上加速，加速度方向向上，处于超重状态，再匀速，最后向上减速，加速度方向向下，处于失重状态，故A正确，B、C、D错误．例2　(多选)小明站在电梯内的体重计上，电梯静止时体重计示数为50 kg，若电梯在竖直方向运动过程中，他看到体重计的示数为45 kg时，重力加速度g取10 m/s2.下面说法正确的是 (　　)A．电梯可能在加速上升，加速度大小为9 m/s2B．电梯可能在加速下降，加速度大小为1 m/s2C．电梯可能在减速上升，加速度大小为1 m/s2D．电梯可能在减速下降，加速度大小为9 m/s2【答案】BC　变式2　如图所示为游乐场中的一种大型游乐设施，它可以使人体验超重和失重．参加游戏的游客被安全带固定在座椅上，由升降机从静止开始经历加速、匀速、减速过程，将座椅提升到一定高度，然后由静止释放，落到一定位置时，制动系统启动，座椅做减速运动，到达某一高度时停下．在上述过程中，关于座椅中的人所处的状态，下列判断正确的是 (　　)A．座椅在整个上升的过程中人都处于超重状态B．座椅在减速上升的过程中人处于超重状态C．座椅在整个下降的过程中人都处于失重状态D．座椅在减速下降的过程中人处于超重状态【答案】D　【解析】座椅在加速上升的过程中人都处于超重状态，在减速上升的过程中人的加速度的方向向下，处于失重状态，故A、B错误；在减速下降的过程中人所受重力小于座位对人向上的支持力，所以加速度向上，人处于超重状态，故C错误，D正确．例3　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t1到t2，钩码处于失重状态，从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．电梯可能先加速向上，接着匀速向上，再减速向上，最后静止【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～t1，钩码受力平衡；t1～t2，拉力小于10 N，钩码处于失重状态；t2～t3，钩码受力平衡；t3～t4，拉力大于10 N，钩码处于超重状态．由以上分析可知D错误．变式3　质量为60 kg的人在电梯里站在体重计上与电梯一起匀加速上升，电梯的加速度为5 m/s2，则体重计的示数应为(g取10 m/s2) (　　)A．60 kg　 B．90 kgC．65 kg　 D．30 kg【答案】B　例4　某同学找了一个用过的“易拉罐”在靠近底部的侧面打了一个洞，用手指按住洞，向罐中装满水，然后将易拉罐竖直向上抛出(不打转)，空气阻力不计，则下列说法正确的是 (　　)A．易拉罐上升的过程中，洞中射出的水的速度越来越快B．易拉罐下降的过程中，洞中射出的水的速度越来越快C．易拉罐上升、下降的过程中，洞中射出的水的速度都不变D．易拉罐上升、下降的过程中，水不会从洞中射出【答案】D　【解析】将易拉罐竖直向上抛出后，由于空气阻力不计，易拉罐及水的加速度等于重力加速度，处于完全失重状态，易拉罐中各层水之间没有压力，在整体过程中，水都不会从洞中射出．变式4　一质量m＝40 kg的小孩站在电梯内的体重计上．电梯从t＝0时刻由静止开始上升，在0～6 s内体重计的示数F的变化如图所示．重力加速度g取10 m/s2，求在这段时间内电梯上升的高度是多少？【答案】49 m 判断超重、失重状态的方法核心素养应用宇航员在太空中如何进食吃饭、喝水对于生活在地球上的人来说，是一件再平常不过的事了，但在失重环境下的太空生活，宇航员的饮食就变得十分复杂而且特别奇妙．航天食品从本质上讲与地面普通食品是一样的，但为了节省空间和发射时的有效载荷，航天食品尽可能选择质量轻、体积小的．宇航员进食时，将复合塑料膜袋剪开一个小口，把叉子或筷子伸进袋里叉着往嘴里送．为了防止食品碎屑到处飘飞，影响宇航员和设备的正常工作，往往把食品做成小包装，制成与口大小相近的方块或小球状的“一口吃”食品．如果宇航员要喝水、喝汤或吃果酱等，直接从塑料口袋或牙膏状的软铝管里一点点地往嘴里挤．例5　(多选)在太空空间站中，一切物体均处于完全失重状态，下列测量中，仪器能正常使用的是 (　　)A．用弹簧测力计测物体的重力B．用弹簧测力计测拉力C．用天平测物体的质量D．用温度计测物体的温度【答案】BD　【解析】在太空空间站中 ，一切物体均处于完全失重状态，所以地球上一切由于重力产生的现象都会消失．当物体挂在弹簧测力计下端时，物体对弹簧测力计的拉力为零，所以不能用它来测物体的重力．将物体和砝码分别放在天平左右两盘时，对盘的压力均为零，所以不能用它来测量物体的质量，A、C错误；弹簧测力计的工作原理是弹簧的拉力与弹簧伸长的长度成正比，温度计是根据物体的热胀冷缩的原理工作的，这些与物体的重力都无关，所以B、D正确．小练·随堂巩固1．下列说法正确的是 (　　)A．体操运动员双手握住单杠吊在空中不动时处于失重状态B．蹦床运动员在空中上升和下落过程中都处于失重状态C．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D．游泳运动员仰卧在水面静止不动时处于失重状态【答案】B　【解析】从受力上看，失重物体所受合力向下，超重物体所受合力向上；从加速度上看，失重物体的加速度向下，而超重物体的加速度向上．A、C、D中的各运动员所受合力为零，加速度为零，只有B中的运动员处于失重状态．2．下列关于超重和失重的说法正确的是 (　　)A．物体处于超重状态时，其重力增加了B．物体处于完全失重状态时，其重力为零C．物体处于超重或失重状态时，其惯性比处于静止时增加或减小了D．物体处于超重或失重状态时，其重力都没有变化【答案】D　【解析】超重是物体对水平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，故A错误；物体处于完全失重时，重力全部用来提供加速度，对支持它的支持面压力为零，重力并没有消失，故B错误；惯性的大小与物体的运动状态无关，物体处于超重或失重状态时，其惯性与处于静止时相等，故C错误；物体处于超重或失重状态时，其重力都没有变化，故D正确．3．中国在西昌卫星发射中心用“长征三号乙”运载火箭成功发射“嫦娥四号”探测器，开启了月球探测的新旅程．若运载火箭在发射升空过程中，探测器先做加速运动，后做减速运动．下列说法正确的是 (　　)A．探测器在加速过程中惯性变大B．探测器先处于超重状态，后处于失重状态C．探测器先处于失重状态，后处于超重状态D．在加速过程中，火箭对探测器的作用力大于探测器对火箭的作用力【答案】B　【解析】惯性的大小只与质量有关，与运动状态无关，所以不论加速还是减速惯性大小一样，故A错误；发射升空过程中，先做加速运动后做减速运动，向上加速过程加速度向上，则为超重，向上减速过程加速度向下，为失重，故B正确，C错误；根据牛顿第三定律知火箭对探测器的作用力等于探测器对火箭的作用力，故D错误．4．(多选)在升降机中，一个人站在磅秤上，发现自己的体重减轻了20%，于是他作出下列判断，其中正确的是 (　　)A．升降机可能以0.8g的加速度加速上升B．升降机可能以0.2g的加速度加速下降C．升降机可能以0.2g的加速度减速上升D．升降机可能以0.8g的加速度减速下降【答案】BC　【解析】由题意可知mg－N＝mg×20%＝ma，a＝0.2g，方向向下．所以升降机的加速度为0.2g，方向向下，故B、C正确，A、D错误．