人教版 (2019)6 超重和失重導學案及答案-學案下載-教習網(wǎng)

第6節(jié) 超重和失重物理觀念通過生活實際，體驗超重和失重現(xiàn)象。科學思維(1)通過實驗，認識什么是超重和失重現(xiàn)象，知道產(chǎn)生超重和失重的條件。(2)能用牛頓運動定律解釋生活中的超重和失重現(xiàn)象。知識點一　重力的測量[情境導學]我們站在體重計上測量體重時，要保持什么狀態(tài)？提示：保持靜止狀態(tài)。[知識梳理]　重力測量的兩種常用方法(1)方法一：先測量物體做自由落體運動的加速度g，再用天平測量物體的質(zhì)量，利用牛頓第二定律可得G＝mg。(2)方法二：將待測物體懸掛或放置在測力計上，使它處于靜止狀態(tài)，根據(jù)力的平衡條件可得重力等于測力計的示數(shù)，即G＝F。[初試小題]1．判斷正誤。(1)用彈簧測力計測量重力時，彈簧測力計的示數(shù)一定等于物體的重力大小(×)(2)人站在電梯中的體重計上，當電梯勻速上升時，其視重等于重力(√)(3)物體重力大小G＝mg是根據(jù)牛頓第二定律確定的(√)2．思考題。將鉤碼掛在豎直彈簧測力計上，觀察下面幾種情況下彈簧測力計的示數(shù)：(1)彈簧測力計處于靜止狀態(tài)；(2)彈簧測力計勻速向上或勻速向下運動；(3)彈簧測力計加速向上或加速向下運動。提示：彈簧測力計處于靜止狀態(tài)和勻速向上、向下運動時示數(shù)不變且相等，加速向上時示數(shù)變大，加速向下時示數(shù)變小。知識點二　超重和失重[情境導學]在乘豎直升降電梯上下樓時，你是否有這樣的感覺：在電梯里上樓時，開始時覺得自己有“向下墜”的感覺，好像自己變重了，快到樓頂時又覺得自己有“向上飄”的感覺，好像自己變輕了。在電梯里，下樓時，開始覺得有種“向上飄”的感覺，背的書包也感覺變“輕”了，快到樓底時，覺得自己有種“向下墜”的感覺，背的書包也似乎變“重”了。(1)電梯向上啟動瞬間加速度方向如何？人處于超重還是失重狀態(tài)？(2)電梯向上將要到達目的地減速運動時加速度方向如何？人處于超重還是失重狀態(tài)？(3)若電梯下降啟動的瞬間或到達樓梯底前減速運動時，人處于超重還是失重狀態(tài)？提示：(1)豎直向上，超重。(2)豎直向下，失重。(3)向下啟動瞬間，加速度向下，失重；向下減速運動時加速度向上，超重。[知識梳理]1．超重(1)定義：物體對支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?大于物體所受重力的現(xiàn)象。(2)產(chǎn)生條件：物體具有向上的加速度。2．失重(1)定義：物體對支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?小于物體所受重力的現(xiàn)象。(2)產(chǎn)生條件：物體具有向下的加速度。3．完全失重(1)定義：物體對支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?等于零的狀態(tài)。(2)產(chǎn)生條件：a＝g，且方向豎直向下。[初試小題]1．判斷正誤。(1)人站在體重計上靜止不動時視重等于重力。(√) (2)物體處于超重狀態(tài)時重力增大了。(×)(3)做自由落體運動的物體處于完全失重狀態(tài)。(√)2．如圖，跳高運動員起跳后向上運動，越過橫桿后開始向下運動，則運動員越過橫桿前、后在空中所處的狀態(tài)分別為(　　)A．失重、失重　　　　　　 B．超重、超重C．失重、超重 D．超重、失重解析：選A　運動員在空中運動的過程中，加速度總是豎直向下且大小為g，則運動員越過橫桿前、后在空中所處的狀態(tài)都是完全失重狀態(tài)，故選A。超重和失重的理解[要點歸納]1．重力與視重(1)重力：物體所受重力不會因物體運動狀態(tài)的改變而改變。(2)視重：當物體豎直懸掛在彈簧測力計下或放在水平臺秤上時，彈簧測力計或臺秤的示數(shù)稱為“視重”，大小等于彈簧測力計所受的拉力或臺秤所受的壓力。2．超重和失重的理解與判斷(1)當視重與物體的重力不同時，即發(fā)生了超重或失重現(xiàn)象。(2)判斷物體超重與失重的方法①從受力的角度判斷：超重：物體所受向上的拉力(或支持力)大于重力。失重：物體所受向上的拉力(或支持力)小于重力。②從加速度的角度判斷：當物體的加速度方向向上(或豎直分量向上)時，處于超重狀態(tài)。當物體的加速度方向向下(或豎直分量向下)時，處于失重狀態(tài)。[特別提醒]　在完全失重狀態(tài)下，平常由重力產(chǎn)生的一切物理現(xiàn)象都會消失，比如單擺停止擺動、液體對器壁沒有壓強、浸在液體中的物體不受浮力等。工作原理與重力有關(guān)的儀器也不能再使用，如天平、液體氣壓計等。[例題1]　“蹦極”是一項體育運動。某人(視為質(zhì)點)身系彈性繩自高空P點自由下落，如圖所示。圖中a點是彈性繩的原長位置，c是人所到達的最低點，b是人靜止懸吊著時的平衡位置，人在從P點落下到最低點c的過程中(　　)A．在ab段，人處于失重狀態(tài)B．在a點，人的速度最大C．在bc段，人處于失重狀態(tài)D．在c點，人的速度為零，加速度也為零[解析]　在ab段，彈性繩的拉力小于人的重力，人受到的合力向下，有向下的加速度，人向下做加速運動，處于失重狀態(tài)，隨彈性繩的拉力的增大，向下的合力減小，所以向下的加速度逐漸減小，在bc段，彈性繩的拉力大于人的重力，人受到的合力向上，有向上的加速度，人向下做減速運動，處于超重狀態(tài)，而且加速度隨彈性繩的拉力的增大而增大，所以在ac段人的速度先增加后減小，加速度先減小后增加，在b點人的速度最大，在c點，彈性繩的形變量最大，即彈性繩的拉力最大，向上的加速度最大，人的速度為零，故選項A正確，B、C、D錯誤。[答案]　A判斷超重、失重狀態(tài)的方法(1)從受力的角度判斷：當物體所受向上的拉力(或支持力)大于重力時，物體處于超重狀態(tài)，小于重力時處于失重狀態(tài)，等于零時處于完全失重狀態(tài)。(2)從加速度的角度判斷：當物體具有向上的加速度時處于超重狀態(tài)，具有向下的加速度時處于失重狀態(tài)，向下的加速度為g時處于完全失重狀態(tài)。(3)注意：超重、失重與物體的運動方向即速度方向無關(guān)。[針對訓練]1．[多選]有一種大型娛樂器械可以讓人體驗超重和失重，其環(huán)形座艙套在豎直柱子上(如圖所示)，由升降機送上幾十米的高處，然后讓座艙自由下落。落到一定位置時，制動系統(tǒng)啟動，座艙做減速運動，到地面時剛好停下。下列說法正確的是(　　)A．座艙自由下落的過程中人處于超重狀態(tài)B．座艙自由下落的過程中人處于失重狀態(tài)C．座艙減速下落的過程中人處于超重狀態(tài)D．座艙下落的整個過程中人處于失重狀態(tài)解析：選BC　在自由下落的過程中人只受重力作用，做自由落體運動，處于失重狀態(tài)，故選項A錯誤，選項B正確；在減速運動的過程中人受重力和座位對人向上的支持力，做減速運動，所以加速度向上，人處于超重狀態(tài)，故選項C正確，選項D錯誤。2．如圖所示，一個盛水的容器底部有一小孔，靜止時用手指堵住小孔不讓它漏水，假設(shè)容器在下述幾種運動過程中始終保持平動，且忽略空氣阻力，則(　　)A．容器自由下落時，小孔向下漏水B．將容器豎直向上拋出，容器向上運動時，小孔向下漏水；容器向下運動時，小孔不向下漏水C．將容器水平拋出，容器在運動中小孔向下漏水D．將容器斜向上拋出，容器在運動中小孔不向下漏水解析：選D　題中幾種運動，對整體分析，都只受重力作用，運動加速度為g，方向向下，容器中的水處于完全失重狀態(tài)，對容器底部無壓力，故在底部的小孔處水不會漏出。用牛頓第二定律分析超重、失重現(xiàn)象[問題探究]人站在體重計上靜止時，體重計的示數(shù)就顯示了人的體重。人從站立狀態(tài)到完全蹲下，體重計的示數(shù)如何變化？為什么會發(fā)生這樣的變化？提示：人在下蹲的過程中，向下做先加速后減速的運動，加速度的方向先向下后向上，所以人先處于失重狀態(tài)再處于超重狀態(tài)，最后處于平衡狀態(tài)，體重計的示數(shù)先減小后增大，最后等于重力G。[要點歸納]求解超重與失重問題的基本思路超重和失重問題實質(zhì)上就是牛頓第二定律的應(yīng)用，解題的一般思路：(1)分析物體運動的加速度方向；(2)判斷物體處于超重狀態(tài)還是失重狀態(tài)；(3)利用牛頓第二定律分析和求解。[例題2]　質(zhì)量為60 kg的人站在升降機中的體重計上，當升降機做下列各種運動時，體重計的讀數(shù)是多少？處于什么狀態(tài)？(g取10 m/s2)(1)升降機勻速上升；(2)升降機以3 m/s2的加速度加速上升；(3)升降機以4 m/s2的加速度加速下降。 [解析]　人站在升降機中的體重計上，受力情況如圖所示。(1)當升降機勻速上升時，由牛頓第二定律得FN－G＝0，所以人受到的支持力FN＝600 N。根據(jù)牛頓第三定律得，人對體重計的壓力大小等于體重計的示數(shù)，即600 N，處于平衡狀態(tài)。(2)當升降機以3 m/s2的加速度加速上升時，由牛頓第二定律得FN－G＝ma，計算得FN＝780 N。由牛頓第三定律得，人對體重計的壓力大小為780 N，故此時體重計的示數(shù)為780 N，大于人的重力，人處于超重狀態(tài)。(3)當升降機以4 m/s2的加速度加速下降時，由牛頓第二定律得G－FN＝ma，計算得出FN＝360 N。由牛頓第三定律得，人對體重計的壓力大小為360 N，故此時體重計的示數(shù)為360 N，小于人的重力600 N，人處于失重狀態(tài)。[答案]　(1)600 N　平衡狀態(tài)　(2)780 N　超重狀態(tài)(3)360 N　失重狀態(tài)解決超重、失重問題的基本方法(1)明確研究對象，進行受力分析。(2)判斷加速度的方向，并建立合理的坐標軸。(3)應(yīng)用牛頓第二定律列出方程。(4)代入數(shù)據(jù)求解，必要時進行討論。 [針對訓練]1．“蹦極”就是跳躍者把一端固定的長彈性繩綁在踝關(guān)節(jié)等處，從幾十米高處跳下的一種極限運動。某人做蹦極運動，所受繩子拉力F的大小隨時間t變化的情況如圖所示。將蹦極過程近似為在豎直方向的運動，重力加速度為g。據(jù)圖可知，此人在蹦極過程中最大的加速度約為(　　)A．g　　　　　　　　 B．2gC．3g D．4g解析：選B　人落下后，振動幅度越來越小，最后靜止不動，結(jié)合拉力與時間關(guān)系圖像可以知道，人的重力等于0．6F0，而最大拉力為1．8F0，即0．6F0＝mg①Fm＝1．8F0②結(jié)合牛頓第二定律，有F－mg＝ma③當拉力最大時，加速度最大，因而有1．8F0－mg＝mam④由①④兩式解得am＝2g，故B正確。2．[多選]電梯的頂部掛一個彈簧測力計，測力計下端掛了一個質(zhì)量為1 kg的重物，電梯勻速直線運動時，彈簧測力計的示數(shù)為10 N，在某時刻電梯中的人觀察到彈簧測力計的示數(shù)變?yōu)?2 N。關(guān)于電梯的運動(如圖所示)，以下說法正確的是(g取10 m/s2)(　　)A．電梯可能向上加速運動，加速度大小為2 m/s2B．電梯可能向下加速運動，加速度大小為4 m/s2C．電梯可能向上減速運動，加速度大小為4 m/s2D．電梯可能向下減速運動，加速度大小為2 m/s2解析：選AD　電梯勻速直線運動時，彈簧測力計的示數(shù)為10 N，知重物的重力等于10 N，在某時刻電梯中的人觀察到彈簧測力計的示數(shù)變?yōu)?2 N，對重物有F－mg＝ma，解得a＝2 m/s2，方向豎直向上，則電梯的加速度大小為2 m/s2，方向豎直向上，電梯可能向上做加速運動，也可能向下做減速運動，故A、D正確，B、C錯誤。1．某同學做引體向上，他兩手握緊單杠，雙臂豎直，身體懸垂；接著用力上拉使下頜超過單杠(身體無擺動)，稍作停頓。下列說法正確的是(　　)A．在上升過程中單杠對人的作用力始終大于人的重力B．在上升過程中單杠對人的作用力始終等于人的重力C．初始懸垂時，若增大兩手間的距離，單臂的拉力變大D．初始懸垂時，若增大兩手間的距離，兩臂拉力的合力變大解析：選C　在上升過程中，人先加速后減速，先超重后失重，則單杠對人的作用力先大于重力后小于重力，選項A、B錯誤；初始懸垂時若增大兩手間的距離，則兩單臂的拉力夾角變大，因合力一定，大小總等于人的重力的大小，則單臂的拉力會變大，選項C正確，D錯誤。2．[多選]某海洋館中的“海豚頂球”節(jié)目因其互動性強而深受小朋友們的喜愛。如圖所示，一海豚把球頂向空中，并等其落下。下列說法正確的是(　　)A．球在最高點時受到重力和海豚對它的頂力作用B．球在最高點時速度為零，但加速度不為零C．球在上升過程中處于超重狀態(tài)D．球在下落過程中處于失重狀態(tài)解析：選BD　豎直上拋運動是初速度向上，只在重力作用下的運動，球在最高處只受到重力，故A錯誤；球上升到最高點時受到重力的作用，速度為零，加速度為g，故B正確；豎直上拋運動上升和下落過程都是只受到重力的作用，加速度大小為g，方向豎直向下，處于失重狀態(tài)，故C錯誤，D正確。3．[多選]我國長征火箭把衛(wèi)星送上太空的情境如圖所示，宇航員在火箭發(fā)射與飛船回收的過程中均要經(jīng)受超重與失重的考驗，下列說法正確的是(　　)A．火箭加速上升時，宇航員處于失重狀態(tài)B．飛船加速下落時，宇航員處于失重狀態(tài)C．飛船落地前減速，宇航員對座椅的壓力大于其重力D．火箭上升的加速度逐漸減小時，宇航員對座椅的壓力小于其重力解析：選BC　火箭加速上升時，加速度向上，對宇航員有FN－mg＝ma，則FN＝mg＋ma＞mg，所以宇航員處于超重狀態(tài)，即使上升的加速度逐漸減小時，宇航員對座椅的壓力也大于重力，選項A、D錯誤；飛船加速下落時，加速度向下，對宇航員有mg－FN＝ma，則FN＝mg－ma＜mg，所以宇航員處于失重狀態(tài)，落地前減速，加速度方向向上，宇航員對座椅的壓力大于其重力，選項B、C正確。4．大型商場(超市)為了方便顧客上下樓，都會安裝自動扶梯。自動扶梯一般分為兩類：一類有臺階，另一類無臺階，兩類自動扶梯分別如圖所示，為了節(jié)約能源，在沒有顧客乘行時，這兩類自動扶梯都以較小的速度勻速運行，當有顧客乘行時自動扶梯經(jīng)過先加速再勻速兩個階段運行。則電梯在運送顧客上樓的整個過程中(　　)A．圖乙所示的無臺階自動扶梯中，乘客始終受三個力作用B．圖甲所示的有臺階自動扶梯中，乘客始終受三個力作用C．圖乙所示的無臺階自動扶梯中，乘客始終處于超重狀態(tài)D．圖甲所示的有臺階自動扶梯中，扶梯對乘客始終有摩擦力作用解析：選A　乘客在無臺階的扶梯上運動時，在加速和勻速階段，都受到重力、支持力和靜摩擦力三個力的作用，故A正確；由牛頓第二定律知，在加速階段乘客有沿著扶梯方向斜向上的加速度，加速度有豎直向上的分量，乘客處于超重狀態(tài)，勻速運動階段乘客受到的合力為零，即加速度為零，乘客處于平衡狀態(tài)，故C錯誤；乘客在有臺階的扶梯上運動時，加速階段受到重力、支持力和水平方向的靜摩擦力三個力作用，勻速階段乘客只受到重力與支持力的作用且二力平衡，故B、D錯誤。

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