高中物理 4.7.2超重和失重 从动力学看自由落体运动课件 新人教版必修1.ppt

第2课时超重和失重从动力学看自由落体运动 同步导学方案 课后强化演练 要点一超重和失重1 视重当物体挂在弹簧测力计下或放在水平台秤上时 弹簧测力计或台秤的示数称为 视重 大小等于秤所受的拉力或压力 2 超重现象 1 概念 物体对悬挂物的拉力 或对支持物的压力 大于物体所受重力的现象 2 产生条件 物体具有竖直向上的加速度 与物体的速度的大小和方向无关 3 产生原因 当物体具有向上的加速度a 物体做向上加速或向下减速运动 时 支持物对物体的支持力 或悬挂物对物体的拉力 为FT 由牛顿第二定律可得 FT mg ma 所以FT m g a mg由牛顿第三定律知 物体对支持物的压力 或对悬绳的拉力 FT mg 3 失重现象 1 概念 物体对悬挂物的拉力 或对支持物的压力 小于重力的现象 2 产生条件 物体具有竖直向下的加速度 与物体速度的大小和方向无关 3 产生原因 当物体具有竖直向下的加速度 物体可加速向下运动 也可以减速向上运动 时 悬绳对物体的拉力 或支持物对物体的支持力 为FT 由牛顿第二定律得mg FT ma 所以FT mg ma mg 由牛顿第三定律可知 物体对悬绳的拉力 或对支持物的压力 FT mg ma mg 4 完全失重现象物体对悬线的拉力 或对支持物的压力 等于零的现象 此时物体的加速度竖直向下且大小等于g 比如 自由落体运动 1 物体处于超重状态时 不一定向上加速运动 也可能向下减速运动 同理 物体处于失重状态时 不一定向下加速运动 也可能向上减速运动 2 在完全失重状态下 平常由重力产生的一切物理现象都会消失 比如物体对桌面无压力 浸在水中的物体不受浮力 液体对容器壁没有压强等 靠重力才能使用的仪器也不能再使用 如天平 液体气压计等 有的同学误认为超重就是物体的重力增加了 失重就是物体的重力减少了 辨析 1 物体超重和失重并不是物体的实际重力变大或变小 物体所受重力G mg始终存在 且大小方向不随运动状态变化 只是因为由于物体在竖直方向有加速度 从而使物体的视重变大或变小 2 物体由于处于地球上不同地理位置而使重力G值略有不同的现象不属于超重和失重现象 要点二从动力学看自由落体运动1 自由落体运动物体只在重力作用下从静止开始下落的运动 2 力学特征只受重力的作用 F合 G mg 是一个理想化的运动模型 做自由落体运动的物体处于完全失重状态 5 竖直上抛运动的处理方法 分段法 上升过程是加速度a g 末速度v 0的匀减速直线运动 下落过程是自由落体运动 整体法 将全过程看做是初速度为v0 加速度为 g的匀变速直线运动 其运动过程符合匀变速直线运动规律 即匀变速直线运动的几个关系式可以直接应用 做竖直上抛运动的物体也处于完全失重状态 蹦极 是一项非常刺激的体育运动 某人身系弹性绳自高空P点自由下落 右图中a点是弹性绳的原长位置 c点是人能到达的最低点 b点是人静止悬吊着时的平衡位置 人在从P点下落到最低点c的过程中 例1 A 人在Pa段做自由落体运动 处于完全失重状态B 在ab段绳的拉力小于人的重力 人处于失重状态C 在bc段绳的拉力小于人的重力 人处于失重状态D 在c点 人的速度为零 其加速度为零 解析 可通过以下表格对各选项逐一进行分析 答案 AB 方法总结 判断物体超重与失重的方法 1 物体处于超重还是失重状态 只取决于加速度的方向 与物体的运动方向无关 2 当物体的加速度方向向上时 处于超重状态 3 当物体的加速度方向向下时 处于失重状态 4 当物体的加速度向下 且a g时 处于完全失重状态 某实验小组 利用DIS系统观察超重和失重现象 他们在电梯内做实验 在电梯的地板上放置一个压力传感器 在传感器上放一个重为20N的物块 如图甲所示 实验中计算机显示出传感器所受物块的压力大小随时间变化的关系图象 如图乙 根据图象分析得出的结论中正确的是 变式训练1 1 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 解析 从F t图象可以看出 0 t1 F mg 电梯可能处于静止状态或匀速运动状态 t1 t2 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 F mg 可能静止或匀速运动 t3 t4 F mg 电梯具有向下的加速度 物块处于失重状态 可能做加速向下或减速向上运动 综上分析可知 B C正确 答案 BC 气球下挂一重物 以v0 10m s匀速上升 当达到离地面高175m处时 悬挂重物的绳子突然断裂 那么重物经多长时间落到地面 落地速度多大 空气阻力不计 g取10m s2 分析 解答本题应注意以下两点 1 绳断时 物体速度方向向上 继续向上运动 2 物体运动过程可分段来处理 也可用全程法 例2 答案 7s60m s 方法总结 当物体在竖直方向只受重力作用时 加速度为重力加速度g 物体在竖直方向做匀变速直线运动 可用匀变速运动公式解题 以v0 20m s的速度竖直上抛一小球 经2s以相同的初速度在同一点竖直上抛另一小球 g取10m s2 则两球相碰处离出发点的高度是 A 10mB 15mC 20mD 不会相碰 变式训练2 1 解法二 根据速度对称性 上升阶段与下降阶段经过同一位置的速度大小相等 方向相反 即 v0 g t 2 v0 gt 解得t 1s 代入位移公式得h 15m 答案 B 质量是60kg的人站在升降机中的体重计上 如图所示 重力加速度g取10m s2 当升降机做下列各种运动时 体重计的示数是多少 1 匀速上升 2 以4m s2的加速度加速上升 3 以5m s2的加速度加速下降 4 以重力加速度g加速下降 例3 解析 1 匀速上升时 由平衡条件得 FN1 mg 600N由牛顿第三定律得 人对体重计压力为600N 即体重计示数为600N 2 加速上升时 由牛顿第二定律得 FN2 mg ma1FN2 mg ma1 840N由牛顿第三定律得 人对体重计压力为840N 即体重计示数为840N 3 加速下降时 由牛顿第二定律得 mg FN3 ma3FN3 mg ma3 300N由牛顿第三定律得 人对体重计压力为300N 即体重计示数为300N 4 当a g加速下降时 人完全失重 体重计示数为零 答案 1 600N 2 840N 3 300N 4 零 方法总结 实质上当物体有竖直向下的加速度分量ay时 物体即处于失重状态 且实际重力与视重差为may 当物体有竖直向上的加速度分量ay时 物体即处于超重状态 且视重与实际重力差为may 一质量为m 40kg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到6s内体重计示数F的变化如图所示 试问 在这段时间内电梯上升的高度是多少 取重力加速度g 10m s2 变式训练3 1 答案 9m 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 则下列说法正确的是 A 易拉罐上升的过程中 洞中射出的水的速度越来越快B 易拉罐下降的过程中 洞中射出的水的速度越来越快 例4 C 易拉罐上升 下降的过程中 洞中射出的水的速度都不变D 易拉罐上升 下降的过程中 水不会从洞中射出 解析 易拉罐被竖直向上抛出后 在不计空气阻力的情况下 无论是上升还是下降过程中都只受重力的作用 都处于完全失重状态 水对易拉罐各个方向都没有压力作用 而且由于水和易拉罐的运动情况相同 因此水不会从小洞中漏出 选项D正确 答案 D 方法总结 当物体处于完全失重状态时 与重力有关的现象完全消失 液体不再产生压强 物体间不再产生压力 如图所示 A B两物体叠放在一起 以相同的初速度上抛 不计空气阻力 下列说法正确的是 变式训练4 1 A 在上升和下降过程中A对B的压力一定为零B 上升过程中A对B的压力大于A物体受到的重力C 下降过程中A对B的压力大于A物体受到的重力D 在上升和下降过程中A对B的压力等于A物体受到的重力解析 上升和下降过程中 两物体均处于完全失重状态 A对B的压力为零 答案 A 1 关于超重和失重 下列说法中正确的是 A 超重就是物体受的重力增加了B 失重就是物体受的重力减小了C 完全失重就是物体一点重力都不受了D 不论超重或失重 物体所受重力是不变的 解析 超重 并不是说重力增加了 失重 并不是说重力减少了 完全失重 也不是说重力完全消失了 发生超重 失重 完全失重现象时 物体所受重力并没有发生变化 变化的只是物体受到的拉力或支持力 即视重 答案 D 2 一个同学站在体重计上称体重 当该同学静止时体重计示数为600N 现在该同学突然下蹲 则从开始下蹲到静止全过程中体重计的示数 A 一直大于600NB 一直小于600NC 先是大于600N后小于600N 最后等于600ND 先是小于600N后大于600N 最后等于600N 解析 把人看做一个整体 受到重力和磅秤支持力的作用 若重心加速下降 处于失重状态 则支持力小于重力 若重心减速下降 处于超重状态 则支持力大于重力 人下蹲的过程较复杂 首先必定加速 但最后人又静止 所以必定还有减速过程 即人的重心先加速 后减速下降 最后静止 因此 体重计示数先小于体重 后大于体重 最后等于体重 答案 D 3 在升降机中 一人站在磅秤上 发现自己的体重减轻了20 则他自己的下列判断可能正确的是 g取10m s2 A 升降机以8m s2的加速度加速上升B 升降机以2m s2的加速度加速下降C 升降机以2m s2的加速度减速上升D 升降机以8m s2的加速度减速下降 解析 由牛顿第二定律可得mg 0 8mg ma a 2m s2因此升降机可能以2m s2的加速度加速下降或减速上升 BC正确 答案 BC 4 将物体竖直向上抛出后 能正确表示其速率v随时间t的变化关系的图象是图中的 解析 物体受重力作用 先减速为零后反向加速 速率增大 答案 D 5 质量为60kg的人站在电梯内的台秤上 电梯从静止开始运动 台秤上的人注意到开始3s内台秤的示数为528N 接着8s内台秤的示数为588N 最后台秤示数增大到678N 直到静止时台秤示数又恢复到588N 试问电梯是上升还是下降 升降的总高度是多少 答案 一直下降31 5m