高中物理-超重与失重学案(1)

高中物理-超重与失重学案

1.认识超重与失重现象,知道产生超重、失重的条件．(重点)

2.会用牛顿运动定律分析超重、失重问题．(重点、难点)

3．能够联系实际,探究与日常生活有关的物理问题．

什么是超重和失重

1．超重：物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)大于物体重力的现象叫做超重．

2．失重：物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)小于物体重力的现象叫做失重．

3．完全失重：物体以大小等于g的加速度竖直下落时,对悬挂物或支持物完全没有作用力的现象叫完全失重．

我们常听说宇航员在太空中处于完全失重状态,是说宇航员在太空中不受重力的作用吗？

提示：宇航员在太空中处于完全失重状态,是指他不会对与他接触的物体产生正压力的作用,但是他仍然受重力的作用,并且重力就是他受到的合外力．

对超重现象的理解[学生用书P80]

1．对超重的理解

(1)物体处于超重时地球对物体的引力并没有变化,即重力并没有发生变化,变化的只是物体受到的支持力或拉力,也就是我们所说的视重比原来大了．

(2)物体超重与运动状态的关系

2．超重现象的说明

(1)当物体加速向上运动时,设物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)为F(即视重),竖直方向上由牛顿第二定律得F－mg＝ma,所以F＝mg＋ma.

(2)物体不在竖直方向上运动,只要其加速度在竖直方向上有分量,即a y≠0时,则当a y方向竖直向上时,物体处于超重状态．

一质量为m的人站在电梯中,电梯减速下降,加速度大小为1

3

g,g为重力加速度,则人

对电梯底部的压力为多少？

[思路点拨] 解此题按以下思维流程

以人为研究对象→分析受力并确定加速度方向→由牛顿第二定律列式求解→由牛顿第三定律得到压力

[解析] 电梯减速下降,说明速度向下,但加速度向上,以人作为研究对象,分析受力如图,则由牛顿第二定律得：

N－mg＝ma,所以N＝mg＋ma.

由牛顿第三定律得人对电梯底部的压力N′为

N′＝N＝mg＋ma＝4

3 mg.

[答案] 4

3 mg

在超重现象中,物体所受的重力始终不变,只是测力计的示数(又称视重)发生了变化,好像物体的重力有所增大．物体具有向上的加速度时,处于超重状态．超重与物体的运动方向无关,所以在分析超重现象时,对加速度方向的分析是关键．

1.一个站在升降机上的人,用弹簧测力计提着一条质量为1 kg的鱼,弹簧测力计的读数为12 N,该人的体重为750 N,则他对升降机底板的压力为(g取10 m/s2)( ) A．750 N B．762 N

C．900 N D．912 N

解析：选D.1 kg的鱼的重力应为10 N,而弹簧测力计的拉力为12 N,可知鱼所受的合力F ＝(12－10) N＝2 N,由牛顿第二定律F＝ma,可知鱼此时的加速度为2 m/s2,方向向上,也表明升降机及升降机中的人正做加速度向上的运动．将人和鱼看做一个整体可得N－(M＋m)g＝(M ＋m)a,N为地板对人向上的作用力,而人对地板的反作用力与N相等,方向向下,计算可得N＝912 N,故选D.

对失重现象的理解[学生用书P80]

1．对失重与完全失重的理解

(1)物体处于失重和完全失重状态时,物体的重力并没有改变,改变的只是物体对水平支持面的压力或者对竖直悬绳的拉力．

(2)完全失重状态不限于自由落体运动,物体只要具有竖直向下的大小等于重力加速度g的加速度,就处于完全失重状态．

(3)在完全失重状态下,由重力产生的一切现象都不存在了．如物体对水平支持面没有压力,对竖直悬绳没有拉力；不能用天平测物体的质量；液柱不产生压强；浸没在液体中的物体不受浮力等．

(4)物体失重与运动状态的关系

2．失重分析

当物体有向下的加速度时,由牛顿第二定律得：

mg－F＝ma, 所以F＝mg－ma

可见：视重F比mg少ma,失去的部分可理解为使物体产生了向下的加速度,同时可看出,物体所受的重力也没变．

一个质量为50 kg的人站在升降机的地板上,升降机的顶部悬挂了一只弹簧测力计,弹簧测力计下面挂着一个质量为m A＝5 kg的物体A,当升降机向上运动时,人看到弹簧测力计的

示数为40 N,如图所示,g取10 m/s2,求此时人对地板的压力．

[思路点拨] 解此题注意两点：

(1)人、物体A、升降机三者具有相同的加速度．

(2)弹簧测力计示数与A的重力的关系．

[解析] 依题意可知,弹簧测力计的读数为40 N,而物体A的重力G＝m A g＝50 N,显然弹簧测力计的读数小于物体的重力,即视重小于实重,物体A处于失重状态．由于人和A以及升降机三者具有相同的加速度,因此人也处于失重状态．

甲

以A为研究对象,受力分析如图甲所示．

由牛顿第二定律得：m A g－T＝m A a

所以a＝m

A

g－T

m

A

＝

5×10－40

5

m/s2＝2 m/s2

人的受力如图乙所示,

由牛顿第二定律得

Mg－N＝Ma,所以N＝Mg－Ma＝400 N

由牛顿第三定律可得,人对地板的压力为400 N,方向向下．

[答案] 400 N 向下

在失重现象中,物体所受的重力始终不变．物体具有向下的加速度时,处于失重状态,失重

与物体的运动方向无关．

上题中,人看到测力计的示数为零,则

(1)此时人对地板的压力为多少？

(2)升降机的运动情况可能是什么？

解析：(1)测力计示数为零,表明物体A对悬挂物的拉力为零,此时应处于完全失重状态,a ＝g,方向向下,故人对地板的压力也为零．

(2)人和升降机有相同加速度g,方向向下,升降机可能加速下降,也可能减速上升．

答案：(1)0 (2)加速下降或减速上升

超重与失重的综合应用[学生用书P81] 超重和失重问题实质上就是牛顿第二定律应用的延续,解题时仍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．利用牛顿第二定律分析和求解．

(多选)一人乘电梯上楼,在竖直上升过程中加速度a随时间t变化的图线如图所示,以竖直向上为a的正方向,则人对地板的压力( )

A．t＝2 s时最大

B．t＝2 s时最小

C．t＝8.5 s时最大

D．t＝8.5 s时最小

[思路点拨] (1)0～4 s内物体处于超重状态,7～10 s内物体处于失重状态．

(2)竖直向上的加速度最大时,压力最大,竖直向下的加速度最大时,压力最小．

[解析] 人受重力mg和支持力F N的作用,由牛顿第二定律得F N－mg＝ma.由牛顿第三定律得人对地板的压力大小为F′N＝F N＝mg＋ma,当t＝2 s时a有最大值,F′N最大．当t＝8.5 s 时,a有最小值,F′N最小,选项A、D正确．