4.6 失重和超重課件 2023-2024學(xué)年高一物理粵教版必修第一冊-課件下載-教習(xí)網(wǎng)

第四章牛頓運動定律第六節(jié) 失重和超重當(dāng)一個人靜止站在水平地面上時，其重力的大小與地面對他豎直向上的支持力的大小是相等的，體重計就是根據(jù)這一原理測量體重的。乘坐電梯時，我們都有這樣的體驗：當(dāng)電梯開始上升時有“下墜”的感覺：當(dāng)電梯開始下降時，有“上飄”的感覺難道人的體重會在電梯開始上升或下降時發(fā)生變化嗎? 生活中的體重計測得的結(jié)果是物體所受的重力，但為了與人們的習(xí)慣相適應(yīng)，單位符號通常用 kg表示。失重和超重現(xiàn)象將重物豎直掛在彈簧測力計上，觀察下列情況下彈簧測力計的示數(shù)變化：（1）掛在重物的彈簧測力計靜止不動；（2）將掛著重物的彈簧測力計快速上提；（3）將掛著重物的彈簧測力計快速下移?，F(xiàn)象：（1）靜止時，彈簧測力計示數(shù)不變；（2）快速上提時，彈簧測力計示數(shù)先增大后減?。唬?）快速下移時，彈簧測力計示數(shù)先減小后增大。先超重后失重先失重后超重觀察與思考如圖所示，讓一學(xué)生站立在體重計上，觀察下列情況下體重計的示數(shù)變化：①在體重計上靜止不動；②在體重計上迅速蹲下；③在體重計上迅速站起。由上述實驗可見，人在體重計上迅速蹲下的過程中，體重計的示數(shù)是先減小后增大；人在體重計上迅速站起的過程中，體重計的示數(shù)是先增大后減小。我們知道，人站在體重計上靜止時的示數(shù)是人對體重計的壓力，等于人的重力。由上面的實驗可知，在體重計上，人快速下蹲或站起，體重計示數(shù)出現(xiàn)了減小或增大。這個示數(shù)的變化，不是人質(zhì)量的變化，也不是人重力的變化，而是人對體重計的壓力的變化。我們把物體對支持物的壓力 (或?qū)覓煳锏睦? 小于物體所受的重力的現(xiàn)象稱為失重，把物體對支持物的壓力 (或?qū)覓煳锏睦?大于物體所受的重力的現(xiàn)象稱為超重。在失重和超重現(xiàn)象中，物體對支持物壓力 (或?qū)覓煳锢? 的大小與物體的重力大小不相等，但物體所受的重力并沒有發(fā)生變化，那么，什么情況下會出現(xiàn)超重 (失重) 現(xiàn)象？是否向上的運動就一定產(chǎn)生超重現(xiàn)象，向下的運動就一定產(chǎn)生失重現(xiàn)象呢？失重和超重現(xiàn)象產(chǎn)生的條件在下圖所示的實驗中，人在體重計上迅速蹲下的過程中，體重計的示數(shù)先減小后增大，說明人在體重計上下蹲時，先出現(xiàn)失重現(xiàn)象，后出現(xiàn)超重現(xiàn)象；人在體重計上迅速站起的過程中，體重計的示數(shù)先增大后減小，說明人在體重計上由蹲向上站起時，先出現(xiàn)超重現(xiàn)象，后出現(xiàn)失重現(xiàn)象。由此可見，無論是超重現(xiàn)象還是失重現(xiàn)象，都不是取決于速度的方向。那么，出現(xiàn)失重現(xiàn)象還是超重現(xiàn)象，究竟取決于什么因素呢?我們以上述實驗為例做一具體分析。我們可以把人站在體重計上迅速下蹲的過程即下降過程分成兩個階段，一是加速下降，二是減速下降。失重和超重的情況如圖(a)所示。同樣，我們把人在體重計上由蹲迅速站起的過程即上升過程分成兩個階段，一是加速上升，二是減速上升。超重和失重的情況如圖(b)所示。通過上述分析可知，當(dāng)物體加速上升或減速下降時，即有向上的加速度時，物體出現(xiàn)超重現(xiàn)象；當(dāng)物體加速下降或減速上升時，即有向下的加速度時，物體出現(xiàn)失重現(xiàn)象。觀察與思考如下圖 (a) 所示，用力傳感器掛重物，利用計算機(jī)作出F-t 圖像，記錄傳感器的力隨時間變化的曲線。觀察下列情況下 F-t 的曲線變化: ①快速向上運動；②快速向下運動。如下圖 (b) 所示是力傳感器向上運動和向下運動時，重物對力傳感器的拉力隨時間變化的曲線。通過上述觀察，我們對超重和失重現(xiàn)象有什么新的發(fā)現(xiàn)?由此可見，向上或向下運動，并不一定會出現(xiàn)失重或超重現(xiàn)象，只有豎直方向的速度發(fā)生變化時，即有加速度時，才會出現(xiàn)失重和超重現(xiàn)象。失重和超重現(xiàn)象的解釋如圖所示，以重物為研究對象，掛在彈簧測力計上的重物受到重力 G 和拉力 T 的作用。假設(shè)整個裝置向下做勻加速運動，加速度大小為 a，方向向下，重物的質(zhì)量為 m。選定豎直向下為正方向，根據(jù)牛頓第二定律，得G－T=ma即T=G－ma此時彈簧測力計對重物的拉力小于重物所受的重力。根據(jù)牛頓第三定律可知，重物對彈簧測力計的拉力 T’ 小于重物所受的重力，即T’ < G，也即發(fā)生失重現(xiàn)象。同理，可以解釋超重現(xiàn)象。假設(shè)整個裝置向上做勻加速運動，加速度大小為a，方向向上。選定豎直向上為正方向，根據(jù)牛頓第二定律，得T－G=ma即T=G＋ma 此時彈簧測力計對重物的拉力大于重物所受的重力。根據(jù)牛頓第三定律可知，重物對彈簧測力計的拉力大于重物所受的重力，即T’ > G，也即發(fā)生超重現(xiàn)象。因此，加速下降或減速上升時，會發(fā)生失重現(xiàn)象；減速下降或加速上升時，會發(fā)生超重現(xiàn)象。完全失重現(xiàn)象如果一個物體對支持物的壓力 (或?qū)覓煳锏睦? 為零，這種情況是失重現(xiàn)象中的極限，稱為完全失重現(xiàn)象。例如，自由下落過程中的物體就處于一種完全失重的狀態(tài)?？紤]到一般情況下會有空氣的阻力，因此物體并不是嚴(yán)格意義的自由下落，通常也把這種接近完全失重的狀態(tài)稱為微重力狀態(tài)。失重和超重現(xiàn)象不僅發(fā)生在日常生活中，在宇宙飛船中更是非常常見的現(xiàn)象。當(dāng)人造地球衛(wèi)星、宇宙飛船、航天飛機(jī)等航天器在加速上升階段，其中的人和物體處于超重狀態(tài)，他們對其下方物體的壓力是其自身重力的幾倍；而當(dāng)航天器進(jìn)入太空后，其中的人和物體則處于完全失重狀態(tài)，此時他們對其下方物體將沒有一點壓力。物體在宇宙飛船中完全處于飄浮狀態(tài)，而這在地球上是很難想象的事情！完成課后相關(guān)練習(xí)謝謝觀看謝謝觀看