资源简介 (共60张PPT)7.超重与失重 第四章 牛顿运动定律1.通过电梯的实例分析,认识超重和失重现象。2.理解超重、失重现象的条件和实质。3.结合牛顿运动定律解释实际生活中的超重和失重问题。知道超重和失重的概念。素养目标知识点一 超重与失重现象自主学习情境导入 如图所示,某人乘坐电梯正在向上运动。(1)电梯启动瞬间加速度沿什么方向?提示:电梯启动瞬间加速度方向向上。(2)人受到的支持力是大于重力,还是小于重力?提示:人受到的合力方向向上,所以支持力大于重力。教材梳理 (阅读教材P135—P136完成下列填空)1.对电梯实验的模拟与分析电梯的运动情况 电梯中弹簧测力计的示数 电梯加速度的方向静止 mg a=0由静止加速向上运动 大于mg 向上向上匀速运动 ____ ______由向上运动到静止 ________ ______由静止到向下运动 ________ ______向下匀速运动 ____ ______由向下运动到静止 ________ ______mga=0小于mg向下小于mg向下mga=0大于mg向上2.超重与失重现象(1)超重①定义:物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)______物体所受重力的现象。②产生条件:物体具有__________的加速度。(2)失重①定义:物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)______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a.定义:物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)________的现象。b.产生条件:a=g,方向__________。大于竖直向上小于竖直向下等于零竖直向下课堂探究师生互动 在情境导学的情境中电梯将要到达目的地时做减速运动。任务1.电梯的加速度沿什么方向?提示:电梯的加速度方向向下。任务2.此时人处于超重还是失重状态?提示:失重状态。任务3.在此状态下人的重力会发生变化吗?提示:重力不会发生变化,变化的是人对电梯的压力或电梯对人的支持力。任务4.若人的质量为60 kg,电梯的加速度为2 m/s2,电梯对人的支持力为多少?提示:以人为研究对象,由牛顿第二定律得mg-N=ma,解得N=480 N。一人站在体重计上。当他静止时台秤指针指在45 kg刻度处。则在他快速蹲下不动的整个过程中,台秤指针A.一直指在大于45 kg刻度处B.一直指在小于45 kg刻度处C.先指在大于45 kg刻度处,后指在小于45 kg刻度处,最后指在等于45 kg刻度处D.先指在小于45 kg刻度处,后指在大于45 kg刻度处,最后指在等于45 kg刻度处例1√人先加速下降,有向下的加速度,此时人对体重计的压力小于重力,然后减速下降,有向上的加速度,此时人对体重计的压力大于重力,蹲下不动时人对体重计的压力等于重力,故视重先变小后变大最后不变,则读出的重量先小于45 kg,后大于45 kg,最后等于45 kg,A、B、C错误,D正确。(2024·广东省韶关市期末)如图是某同学站在压力传感器上做下蹲—起立的动作时传感器记录的压力随时间变化的图线。纵坐标为压力,横坐标为时间,由图线可知,该同学的体重约为650 N,除此以外,还可以得到以下信息A.1 s时人处在下蹲的最低点B.下蹲过程中人一直处于失重状态例2√C.4 s内该同学做了1次下蹲—起立的动作D.起立过程中传感器给人的作用力大于人给传感器的作用力人在下蹲的过程中,先加速向下运动,此时加速度方向向下,故人处于失重状态,后半段是人减速向下的过程,此时加速度方向向上,人处于超重状态,故下蹲过程中人先失重后超重,选项B错误;在1 s时人向下的加速度最大,故此时人并没有静止,它不是下蹲的最低点,选项A错误;该同学在前2 s时是下蹲过程,后2 s是起立的过程,所以共做了1次下蹲—起立的动作,选项C正确;传感器给人的作用力与人给传感器的作用力是一对相互作用力,大小相等,方向相反,选项D错误。1.平衡、超重、失重和完全失重的比较状态 加速度 运动情况 受力示意图平衡 a=0 静止或匀速直线运动 超重 方向向上 向上加速或向下减速 状态 加速度 运动情况 受力示意图失重 方向向下 向下加速或向上减速 完全失重 方向向下a=g 自由落体、抛体、正常运行的卫星等 2.对超重、失重的三点理解(1)发生超重和失重时,物体所受的重力并没有变化。(2)物体具有向上的分加速度ay时,也属于超重;物体具有向下的分加速度ay时,也属于失重。例如,在光滑斜面上下滑的物块具有向下的分加速度,故处于失重状态。(3)发生完全失重现象时,与重力有关的一切现象都将消失。比如物体对支持物无压力、摆钟将停止摆动、靠重力使用的仪器也不能再使用(如天平)等现象。只受重力作用的一切抛体运动,都处于完全失重状态。针对练1.某同学做引体向上,他两手握紧单杠,双臂竖直,身体悬垂;接着用力上拉使下颌超过单杠(身体无摆动),稍做停顿。下列说法正确的是A.在上升过程中一直处于失重状态B.在上升过程中单杠对人的作用力始终等于人的重力C.初始悬垂时若增大两手间的距离,单臂的拉力变大D.初始悬垂时若增大两手间的距离,两臂拉力的合力变大√在上升过程中,人先加速后减速,先超重后失重,则单杠对人的作用力先大于重力后小于重力,选项A、B错误;初始悬垂时若增大两手间的距离,则两单臂的拉力夹角变大,因合力一定,总等于人的重力,则单臂的拉力会变大,选项C正确,D错误。针对练2.“蹦极”是一项体育运动。某人(视为质点)身系弹性绳自高空P点自由下落,如图所示。图中a点是弹性绳的原长位置,c是人所到达的最低点,b是人静止悬吊着时的平衡位置,人在从P点落下到最低点c的过程中A.在ab段,人处于失重状态B.在a点,人的速度最大C.在bc段,人处于失重状态D.在c点,人的速度为零,加速度也为零√返回在ab段,弹性绳的拉力小于人的重力,人受到的合力向下,有向下的加速度,人向下做加速运动,处于失重状态,随着弹性绳的拉力的增大,向下的合外力减小,所以向下的加速度逐渐减小;在bc段,弹性绳的拉力大于人的重力,人受到的合力向上,有向上的加速度,人向下做减速运动,处于超重状态,而且加速度随弹性绳拉力的增大而增大,所以在ac段人的速度先增加后减小,加速度先减小后增加,在b点人的速度最大,在c点,弹性绳的形变量最大,即弹性绳的拉力最大,向上的加速度最大,人的速度为零,故选项A正确,B、C、D错误。知识点二 超重、失重的定量计算1.物体超重与运动状态的关系2.物体失重与运动状态的关系角度1 超重、失重的定量计算(多选)随着城市化的不断发展,城里的楼房也越建越高。小周同学家住在某栋高31层的居民楼里,该楼内部装有电梯。小周同学和他的学习小组为了探究超、失重现象,将一台悬挂式测力计放在电梯中,并在测力计上挂上一物体,如图所示。当电梯平稳运行时,测力计的示数为1 N,从某时刻起,发现测力计的示数稳定在1.2 N,取g=10 m/s2,则A.物体的质量变为0.12 kgB.电梯可能正在以2 m/s2的加速度加速上升C.电梯可能正在以2 m/s2的加速度减速下降D.该时刻,电梯已经停在顶楼例3√√质量是物体的固有属性,不会改变,即mg=1 N,故m=0.1 kg,选项A错误;根据牛顿第二定律得F-mg=ma,解得a=2 m/s2,可知电梯可能正在以2 m/s2的加速度加速上升,或者电梯正在以2 m/s2的加速度减速下降,选项B、C正确;电梯有向上的加速度,不可能停止在顶楼,选项D错误。如图所示,质量为M的斜面体始终处于静止状态,当质量为m的物体以加速度a沿斜面加速下滑时有A.地面对斜面体的支持力大于(M+m)gB.地面对斜面体的支持力等于(M+m)gC.地面对斜面体的支持力小于(M+m)gD.由于不知a的具体数值,无法判断地面对斜面体的支持力的大小与(M+m)g的关系例4√对M和m组成的系统,当m具有向下的加速度而M保持平衡时,可以认为系统的重心向下运动,故系统具有向下的加速度,处于失重状态,所受到的地面的支持力小于系统的重力,故选C。角度2 超重、失重现象中的图像问题(多选)小明同学用台秤研究人在竖直升降电梯中的超重与失重现象。他在地面上用台秤称得自己的体重为500 N,再将台秤移至电梯内称其体重,电梯从t=0时由静止开始运动到t=11 s时停止,得到台秤的示数F随时间t变化的图像如图所示,g取10 m/s2。下列说法正确的是A.在0~2 s内,小明处于超重状态B.在0~2 s内,小明加速度大小为1 m/s2C.在10~11 s内,台秤示数为F3=600 ND.在0~11 s内,电梯通过的距离为18 m例5√√由题图可知,在0~2 s内,台秤对小明的支持力为F1=450 N,由牛顿第二定律得mg-F1=ma,解得a1=1 m/s2,加速度方向竖直向下,小明处于失重状态,故A错误,B正确;设在10~11 s内小明的加速度为a3,时间为t3=1 s,0~2 s的时间t1=2 s,则a1t1=a3t3,解得a3=2 m/s2,由牛顿第二定律得F3-mg=ma3,解得F3 =600 N,故C正确;0~2 s内的位移x1= a1t12=2 m,2~10 s内的位移x2=v均t2=a1t1t2=16 m,10~11 s内的位移x3= a3t32=1 m,小明运动的总位移x=x1+x2+x3=19 m,故D错误。针对练1.一质量为60 kg的人站在观光电梯底板上,如图所示的v-t图像是计算机显示的观光电梯在某一段时间内速度变化的情况(竖直向上为正方向)。根据图像提供的信息,可以判断下列说法中正确的是(g取10 m/s2)A.在5~10 s内,该人对电梯底板的压力等于500 NB.在0~5 s内,观光电梯在加速上升,该人所受的支持力为624 N,处于超重状态C.在10~20 s内,该人所受的支持力为490 N,处于失重状态D.在20~25 s内,该人所受的支持力为490 N,处于超重状态√在5~10 s内,由题图知电梯匀速运动,该人对电梯底板的压力等于他所受的重力,为600 N,A错误;在0~5 s内,由题图知,此时加速度为 m/s2=0.4 m/s2 ,据牛顿第二定律得F-mg=ma,解得F=624 N,电梯的加速度方向向上,人处于超重状态,B正确;在10~20 s内,该人匀减速上升,加速度方向向下,该人处于失重状态,由题图知,此时加速度大小为a2= m/s2=0.2 m/s2,据牛顿第二定律得mg-F=ma,解得F=588 N,C错误;在20~25 s内,观光电梯在加速下降,电梯的加速度方向向下,此时人处于失重状态,D错误。针对练2.质量是60 kg的人站在升降机中的体重计上,如图所示。重力加速度g取10 m/s2,当升降机做下列各种运动时,求体重计的示数。(1)匀速上升;答案:600 N匀速上升时,由平衡条件得N1=mg=600 N由牛顿第三定律得,人对体重计的压力为600 N,即体重计示数为600 N。(2)以4 m/s2的加速度加速上升;答案:840 N加速上升时,由牛顿第二定律得N2-mg=ma1,解得N2=mg+ma1=840 N由牛顿第三定律得,人对体重计的压力为840 N,即体重计示数为840 N。(3)以5 m/s2的加速度加速下降。答案:300 N加速下降时,由牛顿第二定律得mg-N3=ma3解得N3=mg-ma3=300 N由牛顿第三定律得,人对体重计的压力为300 N,即体重计示数为300 N。返回随堂演练1.(鲁科必修第一册P147T1)某同学手提一袋水果站在电梯内。在下列四种情形中,手受到的拉力最大的是A.电梯匀速上升 B.电梯匀速下降C.电梯加速上升 D.电梯加速下降√电梯匀速运动时,由平衡条件可得拉力等于水果的重力,电梯加速上升时,合外力向上,则拉力大于水果的重力,电梯加速下降时,合外力向下,则拉力小于水果的重力,则手受到的拉力最大的是处于加速上升的电梯中,所以C正确,A、B、D错误。2.(人教必修第一册P111做一做改编)升降机地板上放一台秤,秤盘中有一物体,当台秤的示数是G时,升降机处于静止状态,当台秤的示数为0.8G时A.物体处于超重状态 B.物体处于失重状态C.升降机可能匀速上升 D.升降机可能匀速下降√当台秤的示数是G时,升降机处于静止状态,由此可知物体的重力为G,当台秤的示数为0.8G时,小于物体的重力G,此时物体处于失重状态,故升降机可能加速下降或减速上升,不可能匀速,B正确。3.(人教必修第一册P112练习与应用1改编)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,空气阻力不计,则A.易拉罐上升的过程中,洞中射出的水速度越来越快B.易拉罐下降的过程中,洞中射出的水速度越来越快C.易拉罐上升、下降的过程中,洞中射出的水速度都不变D.易拉罐上升、下降的过程中,水不会从洞中射出√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都等于重力加速度,处于完全失重状态,易拉罐中各层水之间没有压力,在整个过程中,水都不会从洞中射出,D正确。4.(鲁科必修第一册P147T2)为了观察超重和失重现象,质量为50 kg的小红站在电梯内的体重计上,如图所示。求电梯处于下列运动状态时体重计的示数。(取重力加速度g=10 m/s2)(1)电梯以0.8 m/s2的加速度匀加速上升;答案:540 N电梯以0.8 m/s2的加速度匀加速上升,由牛顿第二定律可得F-mg=ma1代入数据解得F=540 N。由牛顿第三定律得,人对体重计的压力为540 N,即体重计示数为540 N(2)电梯以0.8 m/s2的加速度匀减速上升。答案:460 N电梯以0.8 m/s2的加速度匀减速上升,由牛顿第二定律可得mg-F′=ma2代入数据解得F′=460 N。由牛顿第三定律得,人对体重计的压力为460 N,即体重计示数为460 N返回课 时 测 评1.下列关于超重和失重的说法中,正确的是A.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B.物体做自由落体运动时处于完全失重状态,所以做自由落体运动的物体不受重力作用C.物体具有向上的速度时处于超重状态,物体具有向下的速度时处于失重状态D.物体处于超重或失重状态时,物体的重力始终存在且不发生变化√物体具有向上的加速度时处于超重状态,具有向下的加速度时处于失重状态,超重和失重并非物体的重力发生变化,而是物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力发生了变化,综上所述,A、B、C错误,D正确。2.在某中学的田径运动会上,小刚同学成功地跳过了1.60 m的高度。若忽略空气阻力,则下列说法正确的是A.小刚下降过程中处于超重状态B.小刚起跳以后在上升过程中处于失重状态C.小刚起跳时处于失重状态D.小刚下降过程中与起跳时相比重力变小了√在小刚下降过程,只受重力的作用,有向下的重力加速度,处于完全失重状态,故A错误;小刚起跳以后在上升过程,也是只受重力的作用,有向下的重力加速度,处于完全失重状态,故B正确;在小刚起跳过程中,地面要给他一个向上的支持力,支持力的大小大于重力的大小,才能够有向上的加速度,向上起跳时处于超重状态,故C错误;小刚下降过程中与起跳时相比重力不变,故D错误。3.某海洋馆中的“海豚顶球”节目因其互动性强而深受小朋友们的喜爱。如图为一海豚把球顶向空中,并等其落下。下列说法正确的是A.球在最高点时受到重力和海豚对它的顶力作用B.球在最高点时速度和加速度都为零C.球在上升过程中处于超重状态D.球在下落过程中处于失重状态√海豚把球顶向空中后,球只在重力作用下运动,球在最高处只受到重力,故A错误;球上升到最高点时受到重力的作用,速度为零,加速度为g,球在上升过程中有向下的加速度,处于失重状态,故B、C错误;球在下落过程中只受到重力的作用,加速度为g,加速度的方向向下,处于失重状态,故D正确。4.如图所示,A、B两人用安全带连接在一起,从飞机上跳下进行双人跳伞运动,降落伞未打开时不计空气阻力。下列说法正确的是A.在降落伞未打开的下降过程中,安全带的作用力一定为零B.在降落伞未打开的下降过程中,安全带的作用力大于B的重力C.在降落伞未打开的下降过程中,安全带的作用力等于B的重力D.在降落伞打开后减速下降过程中,安全带的作用力小于B的重力√据题意,降落伞未打开时,A、B两人一起做自由落体运动,处于完全失重状态,则A、B之间安全带的作用力为零,选项A正确,B、C错误;降落伞打开后,A、B减速下降,加速度向上,则A、B处于超重状态,对B有T-mg=ma,即T=mg+ma>mg,选项D错误。5.(2024·福建省莆田市期中)如图所示,在电梯内地板上放一体重计,某同学站在体重计上,电梯静止时体重计示数为50 kg;电梯运动过程中,某一段时间内该同学发现体重计示数为40 kg, g=10 m/s2,则在这段时间内A.电梯可能以2 m/s2 的加速度加速上升B.电梯可能以2 m/s2 的加速度减速上升C.电梯可能以2.5 m/s2 的加速度加速上升D.电梯可能以2.5 m/s2 的加速度减速下降√由题意可知,该同学的实重为G实=m实g=500 N,当电梯运动过程中该同学的视重为G视=m视g=400 N ,所以该同学处于失重状态,电梯的加速度方向向下,且大小为 m/s2=2 m/s2 ,电梯可能以2m/s2 的加速度加速下降或减速上升,故A、C、D错误,B正确。6.(多选)(2024·北京海淀区期中)某同学用如图所示的实验来认识超重和失重现象,先保持手指和钩码静止,然后拉动钩码上下运动,感受套在手指上的橡皮筋对手指压力的变化。下列说法中正确的是A.钩码下降过程,处于失重状态B.钩码上升过程,处于失重状态C.钩码下降和上升过程,都能出现失重现象D.钩码由最低点上升到最高点的过程,先出现超重现象,后出现失重现象√√钩码向下运动的过程中,先是加速下降,后是减速下降,其加速度的方向先是向下的,后是向上的,所以是先失重后超重;钩码向上运动的过程中,先是加速上升,后是减速上升,其加速度的方向先是向上的,后是向下的,所以是先超重后失重;可见钩码上升和下降的过程都可能出现失重现象,也都可能出现超重现象,C、D正确,A、B错误。7.(多选)在一电梯的地板上有一压力传感器,其上放一物块,如图甲所示,当电梯运行时,传感器示数大小随时间变化的关系图像如图乙所示,根据图像分析得出的结论中正确的是√A.从时刻t1到t2,物块处于失重状态B.从时刻t3到t4,物块处于失重状态C.电梯可能开始停在低楼层,先加速向上,接着匀速向上,再减速向上,最后停在高楼层D.电梯可能开始停在高楼层,先加速向下,接着匀速向下,再减速向下,最后停在低楼层√由题图可以看出0~t1时间内,F=mg,物块可能处于静止状态或匀速运动状态;t1~t2时间内,F>mg,电梯具有向上的加速度,物块处于超重状态,可能加速向上运动或减速向下运动;t2~t3时间内,F=mg,物块可能静止或匀速运动;t3~t4时间内,F8.(多选)如图甲所示,某同学站在电梯上随电梯斜向上运动,倾角θ=37°,电梯运动的v-t图像如图乙所示,人的质量为60 kg,重力加速度g=10 m/s2,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8。则下列说法正确的是A.0~1 s内,人受到的摩擦力大小为120 NB.0~1 s内,人对电梯的压力大小为600 NC.3~4 s内,人处于失重状态D.3~4 s内,人受到的摩擦力方向水平向左√√0~1 s内,根据v-t图像得出加速度a= m/s2 =2 m/s2,方向沿电梯斜向上,0~1 s内,沿水平方向,根据牛顿第二定律得出人受到的摩擦力f=macos θ=60×2×0.8 N=96 N,故A错误;0~1 s内,沿竖直方向,根据牛顿第二定律有N-mg=ma sin θ,解得N=672 N,根据牛顿第三定律可知,人对电梯的压力大小为672 N,故B错误;3~4 s内,根据v-t图像得出加速度a′= m/s2=-2 m/s2,方向沿电梯斜向下,在竖直方向加速度有向下的分量,则人处于失重状态,故C正确;3~4 s内,在水平方向加速度有向左的分量,而摩擦力为水平方向的合力,根据牛顿第二定律可知,摩擦力方向水平向左,故D正确。9.(2024·上海嘉定区一中测试)很多智能手机都有加速度传感器,可以测量手机自身的加速度。如图甲所示,某同学打开加速度传感器,用手水平托着手机,手迅速向下运动,让手机脱离手掌而自由下落一会儿,然后接住手机,手机屏幕上记录一段加速度随时间变化的图像,取竖直向上为正方向,将其图像简化为如图乙所示,下列说法正确的是A.t1时刻,手机加速度大小可能大于gB.t1到t2时间内,手机一直处于完全失重状态C.t1时刻,手机处于完全失重状态D.t2时刻,手机的运动方向为竖直向上√t1时刻,加速度向下,其值稳定一段时间,对应物体自由下落,其加速度为g,处于完全失重状态,故A错误,C正确;t1到t2时间内,有一段时间加速度向上,表明手机处于超重状态,故B错误;t2时刻,手机向上的加速度最大,表明手对手机的支持力最大,即手机对手的压力最大,此时手机运动到最低位置,速度为零,即将向上运动,故D错误。10.(8分)某人在以加速度a=2 m/s2匀加速下降的升降机中最多能举起质量为75 kg的物体,则此人在地面上最多可举起多大质量的物体?若此人在一匀加速上升的升降机中最多能举起 50 kg的物体,则此升降机上升的加速度是多大?(g取10 m/s2)答案:60 kg 2 m/s2设此人在地面上的最大举力为F,那么他在以不同加速度运动的升降机中最大的举力仍然是F。以人举起的物体为研究对象进行受力分析,物体的受力示意图如图所示,且物体的加速度与升降机相同当升降机以加速度a=2 m/s2匀加速下降时,以竖直向下为正方向,对物体有m1g-F=m1a解得F=m1(g-a)=75×(10-2) N=600 N设人在地面上最多可举起质量为m的物体,F=mg解得m= =60 kg当升降机以加速度a′匀加速上升时,以竖直向上为正方向,对物体有F-m2g=m2a′。11.(8分)一质量为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内体重计示数F的变化情况如图所示。试问:在这段时间内小孩超、失重情况及电梯上升的高度是多少?(取重力加速度g=10 m/s2)答案:见解析小孩体重G=400 N,由题图知,在0~2 s内,F1=440 N,F1>G,电梯匀加速上升,小孩处于超重状态,此时有a1= =1 m/s2,v=a1t1=2 m/s,h1= a1t12=2 m在2~5 s内,F2=400 N,F2=G,电梯匀速上升,小孩处于平衡状态,此时有h2=vt2=6 m在5~6 s内,F3=320 N,F3<G,电梯匀减速上升,小孩处于失重状态,此时有a3= =2 m/s2又v-a3t3=0,说明电梯在6 s末停止故h3= t3=1 m所以电梯上升的高度为h=h1+h2+h3=9 m。12.(8分)某同学用一手机传感器软件探究电梯上升过程中的超、失重现象(如图甲所示),该软件可以实时测量手机运动时的加速度。现该同学携带该手机进入电梯,先运行手机加速度传感器软件采集数据,之后按下按钮电梯上升,传感器上显示电梯上升过程中,加速度a随时间t变化的情况如图乙所示,重力加速度g取10 m/s2。(1)若该同学的体重为50 kg,则上升阶段他对电梯的最大压力为多少?答案:515 N由题图乙可知10~12 s时间内该同学处于超重状态,对电梯的压力最大,对其进行受力分析,由牛顿第二定律有N-mg=ma,由题图乙可知a=0.3 m/s2,代入数据解得N=515 N,根据牛顿第三定律可知,上升阶段该同学对电梯的最大压力为 515 N。(2)根据图乙中数据,试估算电梯一共上升的距离为多少?答案:10.8 m返回 展开更多...... 收起↑ 资源预览