高中物理人教版（2019）必修1：4.6 超重和失重 學(xué)案

1、 PAGE 10【標(biāo)題】第六節(jié)超重和失重解讀課程學(xué)科素養(yǎng)課標(biāo)要點(diǎn)核心素養(yǎng)1通過實(shí)驗(yàn)認(rèn)識超重和失重現(xiàn)象2理解產(chǎn)生超重、失重現(xiàn)象的條件和實(shí)質(zhì)3認(rèn)識完全失重現(xiàn)象1理解超重、失重的實(shí)質(zhì)（科學(xué)思維）2通過實(shí)驗(yàn)探究超重、失重的條件（科學(xué)探究）3結(jié)合牛頓運(yùn)動定律分析生活的現(xiàn)象，體驗(yàn)超重和失重（科學(xué)態(tài)度與責(zé)任）預(yù)習(xí)新知自主學(xué)習(xí)一、重力的測量在地球表面附近，物體由于地球的吸引而受到重力測量重力常用兩種方法1方法一：先測量物體做自由落體運(yùn)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Gmg；2方法二：利用力的平衡條件對重力進(jìn)行測量，將待測物體懸掛或放置在測力計(jì)上，使它處于靜止?fàn)顟B(tài)，這時(shí)物體所受的重力和

2、測力計(jì)對物體的拉力或支持力的大小相等，測力計(jì)的示數(shù)反映了物體所受的重力大小二、超重和失重1超重：物體對支持物的壓力（或?qū)覓煳锏睦Γ┐笥谖矬w所受重力的現(xiàn)象2失重：物體對支持物的壓力（或?qū)覓煳锏睦Γ┬∮谖矬w所受重力的現(xiàn)象3完全失重：物體對支持物的壓力（或?qū)覓煳锏睦Γ┑扔诹愕臓顟B(tài)不管是超重還是失重狀態(tài)，物體本身的重力都沒有變化，只是物體對支持物的壓力（或?qū)覓煳锏睦Γ┌l(fā)生了變化探究知識提升素養(yǎng)知識點(diǎn)1超重和失重興趣探究如圖所示，某人乘坐電梯正在向上運(yùn)動（1）電梯啟動瞬間加速度方向向哪？人受到的支持力比其重力大還是小？電梯勻速向上運(yùn)動時(shí)，人受到的支持力比其重力大還是小？（2）電梯將要到達(dá)

3、目的地減速運(yùn)動時(shí)加速度方向向哪？人受到的支持力比其重力大還是??？【答案】（1）電梯啟動瞬間加速度方向向上，人受到的合力方向向上，所以支持力大于重力；電梯勻速向上運(yùn)動時(shí)，人受到的合力為零，所以支持力等于重力（2）減速運(yùn)動時(shí)，因速度方向向上，故加速度方向向下，即人受到的合力方向向下，支持力小于重力知識歸納1視重：當(dāng)物體掛在彈簧測力計(jì)下或放在水平臺秤上相對靜止時(shí)，彈簧測力計(jì)或臺秤的示數(shù)稱為“視重”，大小等于彈簧測力計(jì)所受的拉力或臺秤所受的壓力當(dāng)物體處于超重或失重狀態(tài)時(shí)，物體的重力并未變化，只是視重變了2超重、失重的比較特征狀態(tài)加速度視重（F）與重力關(guān)系運(yùn)動情況受力示意圖平衡a0Fmg靜止或勻速直線運(yùn)

4、動超重向上由Fmgma得Fm（ga）mg向上加速或向下減速失重向下由mgFma得Fm（ga）mg向下加速或向上減速完全失重向下且ag由mgFma得F0自由落體運(yùn)動，拋體運(yùn)動3對超重、失重的理解（1）物體處于超重還是失重狀態(tài)，只取決于加速度的方向，與物體的運(yùn)動方向無關(guān)（2）發(fā)生超重和失重時(shí)，物體所受的重力并沒有變化（3）發(fā)生完全失重現(xiàn)象時(shí)，與重力有關(guān)的一切現(xiàn)象都將消失比如物體對支持物無壓力，靠重力使用的儀器也不能再使用（如天平）只受重力作用的一切拋體運(yùn)動，都處于完全失重狀態(tài)考向例題考向一對超重和失重的理解【例1】近日我國空間技術(shù)研究院的載人航天總部迎來了十周年紀(jì)念日，借助此契機(jī)該部門發(fā)布了一部紀(jì)

5、念視頻，里面不僅有著我國神舟載人飛船、天宮空間站等的研發(fā)場景，最為振奮人心的是向全世界展示了我國正在打造的新一代載人飛船如圖是“神舟十一號”載人飛船的發(fā)射場景宇航員在火箭發(fā)射與飛船回收的過程中均要經(jīng)受超重與失重的考驗(yàn)，下列說法正確的是（）A火箭加速上升時(shí)，宇航員處于超重狀態(tài)B飛船落地前減速下落時(shí)，宇航員處于失重狀態(tài)C火箭加速上升時(shí)，宇航員對座椅的壓力小于自身重力D火箭加速上升過程中加速度逐漸減小時(shí)，宇航員處于失重狀態(tài)【解析】火箭加速上升時(shí)，加速度方向向上，根據(jù)牛頓第二定律可知宇航員受到的支持力大于自身的重力，宇航員處于超重狀態(tài)，對座椅的壓力大于自身重力，選項(xiàng)A正確，C錯誤；飛船落地前減速下落時(shí)

6、，加速度方向向上，根據(jù)牛頓第二定律可知宇航員受到的支持力大于自身的重力，宇航員處于超重狀態(tài)，選項(xiàng)B錯誤；火箭加速上升過程中加速度逐漸減小時(shí)，加速度方向向上，宇航員處于超重狀態(tài)，選項(xiàng)D錯誤【答案】A方法技巧：判斷超重、失重狀態(tài)的方法（1）從受力的角度判斷，當(dāng)物體所受向上的拉力（或支持力）大于重力時(shí)，物體處于超重狀態(tài)，小于重力時(shí)處于失重狀態(tài)，等于零時(shí)處于完全失重狀態(tài)（2）從加速度的角度判斷，當(dāng)物體具有向上的加速度（包括斜向上）時(shí)處于超重狀態(tài)，具有向下的加速度（包括斜向下）時(shí)處于失重狀態(tài)，向下的加速度為g時(shí)處于完全失重狀態(tài)即時(shí)鞏固1下列關(guān)于超重和失重的說法正確的是（）A體操運(yùn)動員雙手握住單杠吊在空中

7、不動時(shí)處于失重狀態(tài)B蹦床運(yùn)動員在空中上升和下落過程中都處于失重狀態(tài)C舉重運(yùn)動員在舉起杠鈴后不動的那段時(shí)間內(nèi)處于超重狀態(tài)D游泳運(yùn)動員仰臥在水面靜止不動時(shí)處于失重狀態(tài)【解析】從受力上看，失重物體所受合外力向下，超重物體所受合外力向上；從加速度上看，失重物體的加速度向下，而超重物體的加速度向上A、C、D中的各運(yùn)動員所受合外力為零，加速度為零，只有B中的運(yùn)動員處于失重狀態(tài)【答案】B考向二利用超重、失重判斷物體的運(yùn)動狀態(tài)【例2】在電梯中，把一重物置于臺秤上，臺秤與力的傳感器相連，當(dāng)電梯從靜止起加速上升，然后又勻速運(yùn)動一段時(shí)間，最后停止運(yùn)動時(shí)，傳感器的熒屏上顯示出其受的壓力與時(shí)間的關(guān)系圖像如圖所示試由此圖

8、回答問題：（g取10 m/s2）（1）該物體的重力是多少？電梯在超重和失重時(shí)物體的重力是否變化？（2）算出電梯在超重和失重時(shí)的最大加速度分別是多大？【解析】（1）根據(jù)題意4s到18s物體隨電梯一起勻速運(yùn)動，有共點(diǎn)力平衡的條件知：壓力和重力相等，即G30N；根據(jù)超重和失重的本質(zhì)得：物體的重力不變（2）超重時(shí)：支持力最大為50N，由牛頓第二定律得a1F合m50-303m/s2667m/s2，方向向上；失重時(shí)：支持力最小為10N，由牛頓第二定律得a2F合m30-103m/s2667m/s2，方向向下【答案】（1）30 N不變（2）667 m/s2667 m/s2易錯警示：圖中4 s到18 s的過程中

9、力不變，且做勻速直線運(yùn)動，即此過程不超重也不失重，當(dāng)壓力大于重力時(shí)處于超重狀態(tài)，當(dāng)壓力小于重力時(shí)處于失重狀態(tài)，把握好概念并結(jié)合圖像中所給的信息是正確解本題的關(guān)鍵即時(shí)鞏固2如圖所示為某同學(xué)站在電子體重計(jì)上做下蹲、起立動作時(shí)，與體重計(jì)相連的顯示器上顯示的壓力F隨時(shí)間t變化的圖像則該同學(xué)在這段時(shí)間內(nèi)做的動作，可能是（）A起立B下蹲C先下蹲后起立D先起立后下蹲【解析】從圖像上可以看出，該同學(xué)先處于失重后處于超重狀態(tài)，所以加速度先向下后向上，在下蹲過程中先向下加速，然后再向下減速，初、末速度都為零，故只有B對【答案】B知識點(diǎn)2從動力學(xué)看豎直上拋運(yùn)動興趣探究如圖是世界第一大噴泉，16秒可噴7噸水，最高可達(dá)

10、140米請思考：（1）水噴出后受什么力？加速度變化嗎？（不考慮空氣阻力）（2）水在上升和下降過程中分別做什么運(yùn)動？處于什么狀態(tài)？【答案】（1）只受到重力作用，加速度ag，是恒量（2）水在上升過程中做勻減速直線運(yùn)動，下降過程為自由落體運(yùn)動，整個過程中加速度不變，為勻變速直線運(yùn)動都處于完全失重狀態(tài)知識歸納1豎直上拋運(yùn)動的基本規(guī)律（1）速度公式：vv0gt（2）位移公式：xv0t12gt2（3）位移和速度的關(guān)系式：v2v022gx（4）上升到最高點(diǎn)（即v0時(shí)）所需的時(shí)間tv0g，上升的最大高度xmaxv022g2研究方法（1）分段法：上升過程是加速度ag，末速度v0的勻減速直線運(yùn)動，下降過程是自由落

11、體運(yùn)動，且上升階段和下降階段具有對稱性（2）整體法：將全過程看成是初速度為v0、加速度為g的勻變速直線運(yùn)動，把勻變速直線運(yùn)動的基本規(guī)律直接應(yīng)用于全過程，但必須注意相關(guān)量的矢量性習(xí)慣上取拋出點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，v0的方向?yàn)檎较虼朔椒ㄖ形锢砹空?fù)號的意義：v0時(shí)，物體正在上升，v0時(shí)，物體正在下降；h0時(shí)，物體在拋出點(diǎn)的上方，h0時(shí)，物體在拋出點(diǎn)的下方【例3】記者利用數(shù)碼相機(jī)連拍功能記錄跳水比賽中運(yùn)動員在10 m跳臺跳水的全過程所拍攝的第一張照片恰為她們起跳的瞬間，第四張如圖甲，記者認(rèn)為這時(shí)她們處在最高點(diǎn)，第十九張如圖乙，她們正好身體豎直、雙手剛剛觸及水面甲乙查閱資料得知相機(jī)每秒連拍10張?jiān)O(shè)起跳時(shí)重心

12、離臺面及觸水時(shí)重心離水面的距離相等（不計(jì)空氣阻力）由以上材料：（1）估算運(yùn)動員的起跳速度大小；（2）分析第四張照片是在最高點(diǎn)嗎？如果不是，此時(shí)重心是處于上升階段還是下降階段？（3）運(yùn)動員雙手剛剛觸及水面時(shí)的速度約為多少？【解析】（1）由題意可知，相機(jī)連拍周期T110s01s運(yùn)動員從起跳到雙手觸水的總時(shí)間t18T18s設(shè)起跳速度大小為v0，取豎直向上為正方向，則10v0t12gt2，解得v034m/s（2）上升時(shí)間t10-v0-g034s而拍第四張照片是在03s時(shí)所以此時(shí)運(yùn)動員還處于上升階段（3）由速度公式vv0at得v34m/s10m/s218s146m/s“”號表示速度方向豎直向下【答案】（

13、1）34 m/s（2）不是，重心處于上升階段（3）146 m/s，方向向下易錯警示：利用整體法做題時(shí)，勻變速直線運(yùn)動的規(guī)律完全適用，但要注意各矢量的正、負(fù)，并弄清其物理含義基礎(chǔ)性達(dá)標(biāo)作業(yè)1關(guān)于超重和失重的說法正確的是（）A物體處于超重時(shí)，其重力增大了B物體處于失重狀態(tài)時(shí)，其重力減小了C物體處于完全失重時(shí)，其重力為零D不論物體超重、失重，還是完全失重，物體所受的重力都是不變的【解析】不論超重或失重甚至完全失重，物體所受重力是不變的A、B、C錯誤，D正確【答案】D2升降機(jī)做以下運(yùn)動時(shí)，處于失重狀態(tài)的是（）A以很大速度勻速上升B以很小速度勻速下降C上升時(shí)以很大的加速度減速D下降時(shí)以很大的加速度減速【

14、解析】當(dāng)物體以很大速度勻速上升，或者以很小速度勻速下降時(shí)，加速度均為零，則物體不處于失重狀態(tài)，選項(xiàng)AB錯誤；上升時(shí)以很大的加速度減速，加速度向下，物體處于失重狀態(tài)，選項(xiàng)C正確；下降時(shí)以很大的加速度減速，加速度向上，則物體處于超重狀態(tài)，選項(xiàng)D錯誤；故選C【答案】C3一質(zhì)量為m的人站在電梯中，電梯減速上升，加速度大小為13g，g為重力加速度人對電梯底部的壓力為（）A23mgB2mgCmgD43mg【解析】由于電梯減速上升，故加速度向下，對人受力分析，受到重力mg、地板支持力FN，由牛頓第二定律：mgFNma，即：mgFN13mg，解得：FN23mg，根據(jù)牛頓第三定律，則人對電梯底部的壓力為23mg，A正確【答案】A4（多選）放在電梯地板上的一個木箱，被一根處于伸長狀態(tài)的彈簧拉著而處于靜止?fàn)顟B(tài)，如圖所示，后發(fā)現(xiàn)木箱突然被彈簧拉動，據(jù)此可判斷出電梯的運(yùn)動情況是（）A勻速上升B加速上升C減速上升D加速下降【解析】木箱靜止時(shí)的受力情況如圖所示則支持力FNmg，靜摩擦力FfF若木箱突然被彈簧拉動，說明最大靜摩擦力減小，則壓力減小，即木