46超重和失重（導(dǎo)學(xué)案）高一物理

第6節(jié)超重和失重導(dǎo)學(xué)案【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1.結(jié)合生活體驗(yàn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)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.進(jìn)一步熟練掌握應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解決問(wèn)題的方法和步驟?！緦W(xué)習(xí)重難點(diǎn)】 1．產(chǎn)生超重和失重的條件。（重點(diǎn)）2．會(huì)分析解決超重和失重的實(shí)際問(wèn)題。（重點(diǎn)難點(diǎn)）【知識(shí)回顧】動(dòng)力學(xué)兩類(lèi)基本問(wèn)題1.兩個(gè)分析：(1)過(guò)程分析：逐一分析不同過(guò)程運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，找出相鄰過(guò)程的聯(lián)系點(diǎn)。(2)受力分析：逐過(guò)程分析物體受力，注意摩擦力、彈力可能變化。2.一個(gè)橋梁：3.兩類(lèi)問(wèn)題的解題步驟：【自主預(yù)習(xí)】1.重力的測(cè)量方法一：先測(cè)量物體做自由落體運(yùn)動(dòng)的加速度g，再用天平測(cè)量物體的質(zhì)量，利用牛頓第二定律可得G＝mg。方法二：利用力的平衡條件對(duì)重力進(jìn)行測(cè)量。2.超重和失重(1)超重現(xiàn)象：物體對(duì)支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?大于物體所受重力的現(xiàn)象。(2)失重現(xiàn)象：物體對(duì)支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?小于物體所受重力的現(xiàn)象。(3)完全失重現(xiàn)象：物體對(duì)支持物(或懸掛物)完全沒(méi)有作用力的現(xiàn)象。物體的重力始終存在，大小沒(méi)有變化?！菊n堂探究】思考與討論：站在體重計(jì)上向下蹲，你會(huì)發(fā)現(xiàn)，在下蹲的過(guò)程中，體重計(jì)的示數(shù)先變小，后變大，再變小。當(dāng)人靜止后，保持某一數(shù)值不變。這是為什么呢？（觀(guān)看視頻）一、重力的測(cè)量1.重力測(cè)量的方法一操作方法：(1)先測(cè)量物體做自由落體運(yùn)動(dòng)的加速度g；(2)再用天平測(cè)量物體的質(zhì)量；(3)利用牛頓第二定律可得：G＝mg2.重力測(cè)量的方法二操作方法：利用力的平衡條件對(duì)重力進(jìn)行測(cè)量。將待測(cè)物體懸掛或放置在測(cè)力計(jì)上，使它處于靜止?fàn)顟B(tài)。這時(shí)物體所受的重力和測(cè)力計(jì)對(duì)物體的拉力或支持力的大小相等，測(cè)力計(jì)的示數(shù)反映了物體所受的重力大小。二、超重和失重思考與討論：(1)人在體重計(jì)上受到幾個(gè)力的作用？(2)如果人靜止在體重計(jì)上，這幾個(gè)力的大小關(guān)系是怎樣的？(3)人所受的支持力和人給體重計(jì)的壓力大小什么關(guān)系？你的依據(jù)什么？（一）視重1.視重：體重計(jì)的示數(shù)，反映的是人對(duì)體重計(jì)的壓力大小。依據(jù)：牛頓第三定律。2.實(shí)重：物體實(shí)際的重力大小。3.視重與實(shí)重相等的條件：靜止或勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。思考與討論：(1)人站在體重計(jì)上向下蹲的過(guò)程中，你認(rèn)為人經(jīng)歷了幾個(gè)過(guò)程或狀態(tài)？(2)人站在體重計(jì)上向下蹲的過(guò)程中，為什么體重計(jì)的示數(shù)會(huì)變化呢？（二）靜止體重計(jì)上的超重和失重1.人向下加速下蹲過(guò)程：(1)人加速下蹲過(guò)程中受到幾個(gè)力的作用，請(qǐng)做出受力分析？(2)請(qǐng)根據(jù)牛頓第二定律，列出方程，比較所受力的大小，你發(fā)現(xiàn)了什么？失重：物體對(duì)支持物的壓力（對(duì)懸掛物的拉力）小于物體所受重力的現(xiàn)象，叫作失重現(xiàn)象。思考：物體處于失重狀態(tài)時(shí)，物體的重力發(fā)生改變了嗎？2.人向下減速下蹲過(guò)程：(1)人減速下蹲過(guò)程中受到幾個(gè)力的作用，請(qǐng)做出受力分析？(2)請(qǐng)根據(jù)牛頓第二定律，列出方程，比較所受力的大小，你發(fā)現(xiàn)了什么？超重：物體對(duì)支持物的壓力（對(duì)懸掛物的拉力）大于物體所受重力的現(xiàn)象，叫作超重現(xiàn)象。思考：物體處于超重狀態(tài)時(shí)，物體的重力發(fā)生改變了嗎？思考與討論：人站在力傳感器上完成下蹲和站起動(dòng)作，請(qǐng)你分析力傳感器上的人“下蹲”和“站起”兩個(gè)過(guò)程中超重和失重的情況。思考與討論：人的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對(duì)體重計(jì)上顯示出的結(jié)果是有影響的。那么，如果站在體重計(jì)上的人既不蹲下，也不站起，體重計(jì)上的示數(shù)就不會(huì)變嗎？（三）電梯里的超重和失重情景一：質(zhì)量為m的人隨升降機(jī)一起以加速度a勻加速上升，(1)人對(duì)升降機(jī)的壓力為多大？(2)人是處于超重還是失重狀態(tài)？情景二：質(zhì)量為m的人隨升降機(jī)一起以加速度a勻減速上升，(1)人對(duì)升降機(jī)的壓力為多大？(2)人是處于超重還是失重狀態(tài)？情景三：質(zhì)量為m的人隨升降機(jī)一起以加速度a勻減速下降，(1)人對(duì)升降機(jī)的壓力為多大？(2)人是處于超重還是失重狀態(tài)？情景四：質(zhì)量為m的人隨升降機(jī)一起以加速度a勻加速下降，(1)人對(duì)升降機(jī)的壓力為多大？(2)人是處于超重還是失重狀態(tài)？小結(jié)：類(lèi)型v方向a方向現(xiàn)象加速上升向上向上超重減速上升向上向下失重加速下降向下向下失重減速下降向下向上超重(1)當(dāng)加速度方向向上時(shí)，物體發(fā)生超重現(xiàn)象，(2)當(dāng)加速度方向向下時(shí)，物體發(fā)生失重現(xiàn)象?！纠}】設(shè)某人的質(zhì)量為60kg，站在電梯內(nèi)的水平地板上，當(dāng)電梯以0.25m/s2的加速度勻加速上升時(shí)，求人對(duì)電梯的壓力。g取9.8m/s2。思考與討論:當(dāng)物體處于失重狀態(tài)，且a＝g時(shí)會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？物體對(duì)支持物的壓力（或?qū)覓煳锏睦Γ┑扔诹愕那闆r稱(chēng)為完全失重現(xiàn)象。課堂小結(jié)：【自我測(cè)評(píng)】1．若運(yùn)載火箭在發(fā)射升空過(guò)程中，探測(cè)器先做加速運(yùn)動(dòng)，后做減速運(yùn)動(dòng)。下列說(shuō)法正確的是（）A．探測(cè)器在加速過(guò)程中慣性變大B．探測(cè)器先處于超重狀態(tài)，后處于失重狀態(tài)C．探測(cè)器先處于失重狀態(tài)，后處于超重狀態(tài)D．在加速過(guò)程，火箭對(duì)探測(cè)器作用力大于探測(cè)器對(duì)火箭的作用力【答案】B【詳解】A．慣性的大小只與質(zhì)量有關(guān)，與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)，所以不論加速還是減速慣性大小一樣，A錯(cuò)誤；BC．發(fā)射升空過(guò)程中，先做加速運(yùn)動(dòng)后做減速運(yùn)動(dòng)：向上加速過(guò)程加速度向上，則為超重，向上減速加速度向下，為失重，故B正確，C錯(cuò)誤；D．根據(jù)牛頓第三定律火箭對(duì)探測(cè)器作用力等于探測(cè)器對(duì)火箭的作用力，故D錯(cuò)誤。故選B。2．關(guān)于超重和失重的下列說(shuō)法中，正確的是（）A．物體向上運(yùn)動(dòng)時(shí)處于超重狀態(tài)，物體向下運(yùn)動(dòng)時(shí)處于失重狀態(tài)B．處于完全失重狀態(tài)的物體一定是向下運(yùn)動(dòng)C．超重就是物體所受的重力增大了，失重就是物體所受的重力減小了D．物體做自由落體運(yùn)動(dòng)時(shí)處于完全失重狀態(tài)【答案】D【詳解】A．物體勻速向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，既不超重也不失重，A錯(cuò)誤；B．處于完全失重狀態(tài)的物體不一定是向下運(yùn)動(dòng)，例如豎直上拋運(yùn)動(dòng)的上升過(guò)程處于完全失重狀態(tài)，B錯(cuò)誤；C．超重并非物體所受的重力增大了，而是彈力（視重）比重力大；失重也并非物體所受的重力減小了，而是彈力（視重）比重力小，C錯(cuò)誤；D．物體做自由落體運(yùn)動(dòng)時(shí)，加速度等于重力加速度，方向向下，物體處于完全失重狀態(tài)，D正確。故選D。3．在阿塞拜疆巴庫(kù)舉行的2021年蹦床世錦賽中，中國(guó)選手嚴(yán)浪宇斬獲男子網(wǎng)上個(gè)人金牌，曹云珠摘得女子網(wǎng)上個(gè)人銀牌。蹦床模型如圖所示，下列關(guān)于運(yùn)動(dòng)員的描述正確的是（）A．離網(wǎng)下降的過(guò)程中一直處于失重 B．離網(wǎng)上升的過(guò)程中一直處于超重C．觸網(wǎng)下降的過(guò)程中一直處于失重 D．觸網(wǎng)上升的過(guò)程中一直處于超重【答案】A【詳解】AB．離網(wǎng)運(yùn)動(dòng)階段，運(yùn)動(dòng)員只受重力作用，具有豎直向下的加速度，處于失重狀態(tài)。故A正確；B錯(cuò)誤；CD．觸網(wǎng)運(yùn)動(dòng)階段，運(yùn)動(dòng)員受重力和彈力共同作用，由牛頓第二定律可知，其加速度方向與合力方向一致，即重力大于彈力階段加速度豎直向下，重力小于彈力階段加速度豎直向上。故CD錯(cuò)誤。故選A。4．蹦極是一項(xiàng)戶(hù)外極限活動(dòng)。某游客站在足夠高的位置，用原長(zhǎng)為20米的彈性繩（滿(mǎn)足胡克定律）固定住后自由落下。彈性繩長(zhǎng)24米時(shí)，重力與彈力大小相等，彈性繩長(zhǎng)為30米到達(dá)最低點(diǎn)時(shí)向上彈起。忽略空氣阻力的影響。在該游客的第一次下落過(guò)程中，以下說(shuō)法正確的是（）A．第一次下落過(guò)程中，游客能體驗(yàn)失重感的位移為20米B．第一次下落過(guò)程中，游客能體驗(yàn)超重感的位移為8米C．第一次下落24m時(shí)，游客的速度最大D．第一次到達(dá)最低點(diǎn)時(shí)，游客的速度為0，加速度也為0【答案】C【詳解】A．當(dāng)游客有向下的加速度時(shí)，就處于失重狀態(tài)，人先自由下落20米，加速度為向下的重力加速度，完全失重，下落20米至24米之間，彈性繩雖繃緊，但向上的彈力小于重力，游客合力向下，仍有向下的加速度，所以仍處于失重狀態(tài)，即第一次下落過(guò)程中，游客能體驗(yàn)失重感的位移為24米，故A錯(cuò)誤；B．當(dāng)游客有向上的加速度時(shí)，處于超重狀態(tài)。人在下落24米至30米這6米的距離上，彈力大于重力，人有向上的加速度，故處于超重狀態(tài)，所以第一次下落過(guò)程中，游客能體驗(yàn)超重感的位移為6米，故B錯(cuò)誤；C．第一次下落24米時(shí)，重力與彈力大小相等，加速度為零，在此刻之前加速，此刻之后合力向上而減速，所以此刻游客的速度最大，故C正確；D．第一次到達(dá)最低點(diǎn)時(shí)，游客的速度為0，但加速度不為0，因?yàn)榇藭r(shí)彈力向上達(dá)到最大值，加速度也達(dá)到最大值，故D錯(cuò)誤。故選C。5．質(zhì)量為m的人站在電梯內(nèi)，電梯從1樓上升到40樓，此過(guò)程中電梯速度v隨時(shí)間t變化的圖像如圖所示，重力加速度為g，下列說(shuō)法正確的是（）

A．時(shí)間內(nèi)電梯對(duì)人的支持力小于mgB．時(shí)間內(nèi)人處于超重狀態(tài)C．時(shí)間內(nèi)人處于超重狀態(tài)D．時(shí)間內(nèi)電梯對(duì)人的支持力不斷增大【答案】D【詳解】A．由圖可知，時(shí)間內(nèi)電梯向上加速運(yùn)動(dòng)，具有向上的加速度，電梯里的人處于超重狀態(tài)，電梯對(duì)人的支持力大于mg，A錯(cuò)誤；B．由圖可知，時(shí)間內(nèi)電梯做勻速運(yùn)動(dòng)，電梯里的人處于平衡狀態(tài)，B錯(cuò)誤；C．由圖可知，時(shí)間內(nèi)電梯向上做減速運(yùn)動(dòng)，具有向下的加速度，電梯里的人處于失重狀態(tài)，C錯(cuò)誤；D．圖像的斜率絕對(duì)值表示加速度大小，由圖可知，時(shí)間內(nèi)加速度逐漸減小，根據(jù)牛頓第二定律有解得所以電梯對(duì)人的支持力不斷增大，D正確。故選D。6．如圖，某同學(xué)站在壓力傳感器上做下蹲——起立的動(dòng)作時(shí)傳感器記錄的壓力隨時(shí)間變化的圖線(xiàn)，縱坐標(biāo)為壓力，橫坐標(biāo)為時(shí)間。由圖線(xiàn)可知，該同學(xué)的體重約為660N，除此以外，還可以得到以下信息（

）A．2s時(shí)人處于下蹲靜止?fàn)顟B(tài) B．下蹲過(guò)程中人始終處于失重狀態(tài)C．內(nèi)該同學(xué)做了2次下蹲——起立的動(dòng)作 D．1s時(shí)人處在下蹲的最低點(diǎn)【答案】A【詳解】AB．人在下蹲的過(guò)程中，先加速向下運(yùn)動(dòng)，此時(shí)加速度方向向下，故人處于失重狀態(tài)，然后減速下降，加速度向上，人處于超重狀態(tài)，最后人靜止，2s時(shí)人完成下蹲過(guò)程，處于靜止，則下蹲過(guò)程中人先失重后超重，故A正確，B錯(cuò)誤；C．內(nèi)該同學(xué)做了1次下蹲——起立的動(dòng)作，故C錯(cuò)誤；D．在1s時(shí)人向下的加速度最大，故此時(shí)人正加速向下，并沒(méi)有靜止，它不是下蹲的最低點(diǎn)，故D錯(cuò)誤。故選A。7．如圖所示，用手拿著一個(gè)水杯，水杯壁上有一個(gè)小孔，水面上浮有一木塊，水杯靜止時(shí)，有水流從小孔中流出，現(xiàn)在將手松開(kāi)，讓水杯自由下落（不計(jì)空氣阻力），則在落地前（）A．小孔斷流，木塊相對(duì)水面位置不變B．小孔斷流，木塊剛好整個(gè)浮到水面上C．小孔斷流，木塊剛好整個(gè)沉到水面下D．小孔中繼續(xù)有水噴出，木塊相對(duì)水面位置不變【答案】A【詳解】水杯自由下落，處于完全失重狀態(tài)，水對(duì)側(cè)壁不產(chǎn)生擠壓，故斷流。同時(shí)木塊受到的浮力變?yōu)?，故木塊的加速度也為g，與水的加速度一樣，木塊相對(duì)水面位置不變。故選A。8．如圖所示，左圖為大型游樂(lè)設(shè)施跳樓機(jī)，右圖為其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。跳樓機(jī)由靜止從a自由下落到b，再?gòu)腷開(kāi)始以恒力制動(dòng)豎直下落到c停下。已知跳樓機(jī)和游客的總質(zhì)量為m，ab高度差為2h，bc高度差為h，重力加速度為g。則（）A．從b到c，跳樓機(jī)和游客處于失重狀態(tài)B．從a到b，跳樓機(jī)座椅對(duì)游客的作用力與游客的重力大小相等C．從a到b與從b到c的運(yùn)動(dòng)時(shí)間之比為2∶1D．從b到c，跳樓機(jī)受到制動(dòng)力的大小等于2mg【答案】C【詳解】