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1、第二课时 超重和失重、 从动力学看自由落体运动,知识与技能 知道超重与失重现象 过程与方法 知道超重与失重的本质，从动力学的角度分析自由落体运动 情感、态度与价值观 了解宇宙飞行中的超重、失重问题，关注空间技术的发展,位于世界自然遗产张家界武陵源风景区的百龙观光电梯，以“世界上最高的全暴露观光电梯，世界上最快的双层观光电梯，世界上载重量最大、速度最快的观光电梯”三项桂冠独步世界,该电梯的开通将许多人迹罕至的地方变为万众瞩目的旅游胜地，让有张家界“后花园”之称的神奇美景由幕后走至台前 如果你曾经乘电梯观光，请仔细回忆一下电梯运行过程中超重和失重的感觉,1定义 物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力大
2、于物体所受重力的现象，叫超重 2产生条件 物体具有竖直向上的加速度，与物体速度的大小和方向无关,3产生原因 当物体具有竖直向上的加速度(或者具有竖直向上的加速度分量)时，支持物对物体的支持力(或悬挂物对物体的拉力)为F.根据牛顿第二定律Fmgma，Fm(ga)mg.故根据牛顿第三定律，物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)FFmg. 4物体超重与运动状态的关系,5实重与视重 (1)实重：指物体实际所受重力物体所受重力不会因为物体运动状态的改变而变化 (2)视重：用弹簧秤或台秤来测量物体重力时，弹簧秤或台秤的示数叫做物体的视重当物体与弹簧秤保持静止或者匀速运动时，视重等于实重；当存在竖直方向的加
3、速度时，视重不再等于实重,1定义 物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力小于物体所受重力的现象，叫失重 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(或者具有竖直向下的加速度分量)时，支持物对物体的支持力(或悬挂物对物体的拉力)为F.根据牛顿第二定律mgFma，Fm(ga)mg.故根据牛顿第三定律，物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)FFmg.,4物体失重与运动状态的关系,5完全失重现象 物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力等于零的现象产生条件是物体具有竖直向下的等于重力加速度的加速度,辨析比较： 视重、失重和超重的关系,特别提醒： (1
4、)超重与失重不是重力本身变了，而是物体对竖直悬绳的拉力或对水平支持物的压力发生了变化，若弹力大于重力是超重，反之是失重 (2)从牛顿第二定律可以知道，加速度方向是超失重判断的关键，若加速度方向向上(包括斜向上)，物体处于超重状态；若加速度方向向下(包括斜向下)，物体处于失重状态 (3)利用超失重现象可以依据加速度方向定性的分析弹力的情况，以避免直接列式计算的繁琐,1物体处于超重与失重状态下的动力学方程 物体悬挂在测力计下(或放在支持面上)，测力计对物体向上的拉力FT(或支持面对物体向上的支持力为FN)，超重与失重状态下物体的运动学特征列表如下：,2.处理超重与失重问题的基本思路 超重和失重问题
5、实质上就是牛顿第二定律应用的延续，解题时仍应抓住联系力和运动的桥梁加速度 (1)确定研究对象； (2)把研究对象从物体系中隔离出来，对其进行受力分析，并画出受力图； (3)选取正方向，分析物体的运动情况，明确加速度的方向； (4)根据牛顿运动定律和运动学公式列方程； (5)解方程，找出所需要的结果,3超重和失重的具体应用： (1)由运动情况可以判断物体运动的加速度方向，再由加速度方向可以判断物体处于超重或失重状态，进而可判断物体的视重与实重的大小关系 (2)由物体视重和实重的大小关系可以判断物体处于超重或失重状态，由超重和失重判断物体的加速度方向，由加速度方向结合运动情况可以具体地判断物体的运
6、动情况,1自由落体运动的运动学特征 在第二章已经学习了自由落体运动是物体只在重力作用下从静止开始下落的运动，即物体的初速度为零 2自由落体运动的动力学特征 由于物体在做自由落体运动时所受重力是一个恒力，由牛顿第二定律可知，物体下落的加速度也是恒定加速度，从这个角度看，自由落体运动是匀变速直线运动 3自由落体运动的加速度 从牛顿第二定律Fma可知，物体所受重力产生下落的加速度mgma，所以ag即为重力加速度,例1悬挂在电梯天花板上的弹簧测力计的钩子挂着质量为m的物体，电梯静止时弹簧测力计的示数为Gmg，下列说法中，正确的是 ( ) A当电梯匀速上升时，弹簧测力计的示数增大，电梯匀速下降时，弹簧测
7、力计的示数减小 B只有电梯加速上升时，弹簧测力计的示数才会增大，只有电梯加速下降时，弹簧测力计的示数才会减小,C不管电梯向上或向下运动，只要加速度的方向竖直向上，弹簧测力计的示数一定增大 D不管电梯向上或向下运动，只要加速度的方向竖直向下，弹簧测力计的示数一定减小 答案：CD,解析：超重是加速度方向向上，示数大于重力；失重是加速度方向向下，示数小于重力，与运动方向无关，因此选项A、B错误，C、D正确,规律总结：(1)判断超重现象和失重现象，其关键是看加速度的方向，而不是运动的方向 (2)如知道物体处于超重状态，只能知道物体的加速度方向向上，物体是向上加速、还是向下减速却无法判断 (3)如求物体
8、的视重，则可选加速度方向为正方向，分析物体受力，利用牛顿第二定律求得,变式训练1 一个人站在磅秤上，在他蹲下的过程中，磅秤的示数将 ( ) A先小于体重，后大于体重，最后等于体重 B先大于体重，后小于体重，最后等于体重 C先小于体重，后等于体重 D先大于体重，后等于体重 答案：A,解析：人蹲下的过程经历了加速向下，减速向下和静止这三个过程 在加速向下时，人获得向下的加速度a，由牛顿第二定律得： mgFNma. FNm(ga)mg. 由此可知弹力FN将小于重力mg.,在向下减速时，人获得向上的加速度a，由牛顿第二定律得： FNmgma. FNm(ga)mg. 弹力FN将大于mg. 当人静止时，F
9、Nmg.,例2如图所示，台秤上放有盛水的杯，杯底用细线系一木质小球，若细线突然断裂，则在小木球上浮到水面的过程中，台秤的示数将 ( ),A变小 B变大 C不变 D无法判断 答案：A,解析：像这种台秤示数变化类问题，由于某物体所处状态的变化而引起系统是否再平衡的判断，若用“隔离法”进行受力分析，然后通过对运动过程进行分析、定量推理再比较判断，则是比较繁琐、费时的如果能从整体思维出发，再用系统质心和超、失重的结论进行判断、分析，将会使问题化繁为简，求解起来将变得轻车熟路,将容器和木球看做整体，整体受台秤竖直向上的支持力和竖直向下的重力，当细线被剪断后，其实际效果是：在木球向上加速运动的同时，木球上
10、方与该木球等体积的水球，将以同样大小的加速度向下加速流动，从而填补了木球占据的空间，由于水木，水球的质量大于木球的质量，因此木球和水组成的系统其质心有向下的加速度，整个系统将处于失重状态，故台秤的示数将变小故选A.,规律总结：系统质心是指相互作用物体全体的质心，一般系统的重心和质心是重合的超重(或失重)是指物体具有向上(或向下)加速度时，物体对水平面的压力或对悬线的拉力将大于(或小于)物体重力的现象容易得出结论：当物体具有竖直向上的加速度时，物体就处于超重状态，超出部分大小为ma；当物体具有向下的加速度时，物体就处于失重状态，失去部分大小为ma.,由本题的推理可知，利用系统质心和超、失重结论不
11、仅能够巧妙地求解一些较为麻烦、复杂的动力学问题，而且还能够很好地培养整体思维意识，从而提高思维的全面性、深刻性和灵活性,变式训练2 如下图(1)所示，在台秤的托盘上放一底面粗糙、倾角为的斜面体，质量为M，斜面上放一个质量为m的物体，如果斜面光滑，求物体从斜面上下滑的过程中，台秤的读数,答案：(Mmcos2)g. 解析：物体沿光滑斜面下滑的加速度agsin，如上图(2)所示，将加速度沿水平方向和竖直方向分解，因ay竖直向下，故物体失重，失重在数值上等于may，又M无加速度，所以M和m组成的系统处于失重状态，总的失重等于m的失重，M对台秤的压力即台秤的读数对M、m的整体在竖直方向上由牛顿第二定律知
12、：(Mm)gFmay，ayasingsin2，故台秤的读数即为F(Mm)gmgsin2(Mmcos2)g.,规律总结：抓住小物体斜向下滑，加速度的竖直分量ayasin，判断失重状态明确“may”就是“失重”了的数值，但m必须是做加速运动的质量，而不可写为(Mm)ay.,例3一跳水运动员从离水面10m高的跳台上跃起，举双臂直体离开跳台此时其重心位于从手到脚全长的中点跃起后重心升高0.45m达到最高点落水时身体竖直，手先入水(在此过程中运动员水平方向的运动忽略不计)从离开跳台到手触水面，他可用于完成空中动作的时间是_(计算时，可以把运动员看做是全部质量集中在重心的一个质点g取10m/s2，结果保留
13、两位数字) 答案：1.7s,解析：画出如右图所示的示意图由图可知，运动员做竖直上抛运动，上升高度h，即题中的0.45m；从最高点下降到手触到水面，下降的高度为H，由图中H、h、10m三者的关系可知H10.45m.由于初速度未知，所以应分段处理该运动上升过程可用逆过程分析是自由落体运动，运动员跃起上升的时间为t1：,规律总结：运动员的跳水过程是一个很复杂的过程，主要是竖直方向的上下运动，但也有水平方向的运动，更有运动员做的各种动作构建运动模型，应抓主要因素，现在要讨论的是运动员在空中的运动时间，这个时间从根本上讲与运动员所做的各种动作以及水平运动无关，应由竖直运动决定，因此忽略运动员的动作，把运
14、动员当成一个集中于重心的质点，同时忽略他的水平运动再就是重心位置的变化就是质点运动的位移,变式训练3 在15m高的塔上以4m/s的初速度竖直上抛一个石子，求经过2s后石子离地面的高度(g取10m/s2) 答案：3m,一、超重和失重 1物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)_物体所受_的现象，称为_ 2物体对支持物的_(或对悬挂物的拉力)小于物体所受_的情况称为_,3如果物体对支持物或悬挂物_，好像完全_重力作用，这种状态称为_状态 4超重的特点：物体_上升或_下降时，物体的加速度方向_，物体处于超重状态,5失重的特点：物体_下降或_上升时，物体的加速度方向_，物体处于失重状态；当物体向下的加速
15、度a_时，物体处于完全失重的状态,二、从动力学看自由落体运动 物体做自由落体运动有两个条件：第一，物体是从静止开始下落的，即_；第二，运动过程中它只受重力的作用,自主校对：一、1.大于 重力 超重现象 2.压力 重力 失重现象 3.完全没有作用力 没有了 完全失重 4.加速 减速 向上 5.加速 减速 向下 g 二、运动的初速度为零,1关于超重和失重，下列说法中正确的是 ( ) A超重就是物体受到的重力增加了 B失重就是物体受到的重力减小了 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，物体所受的重力是不变的 答案：D,2从竖直上升的气球上掉下的石块与同一高度自由下落的铁球相比，相等的量是 ( ) A落地的时间 B落地时的速度 C加速度 D落地过程中的位移 答案：CD,3某人在a2m/s2匀加速下降的升降机中最多能举起m175kg的物体，则此人在地面上最多可举起多大质量的物体？若此人在一匀加速上升的升降机中最多能举起m250kg的物体，则此升降机上升的加速度为多大？(g10m/s2) 答案：60kg
