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1、2022年高中物理第6章力与运动第4节超重与失重教学案鲁科版必修11.超重和失重时物体的重力都没有改变，只是对水平面的压力或对竖直悬线的拉力(视重)大于(超重)或小于(失重)物体所受的重力。2超重的动力学特征是有向上的加速度，从物体的运动形式上看表现为向上的加速运动和向下的减速运动。3失重的动力学特征是有向下的加速度，从物体的运动形式上看表现为向下的加速运动和向上的减速运动，向下的加速度为g时是完全失重状态。一、超重现象1超重现象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超重现象的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运动类型超重物体做向上的加
2、速运动或向下的减速运动。二、失重现象1定义物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)小于物体所受重力的现象。2产生条件物体具有竖直向下的加速度。3运动类型失重物体做向上的减速运动或向下的加速运动。4完全失重(1)定义：物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)等于零的状态。(2)产生条件：物体竖直向下的加速度等于重力加速度。(3)所有的抛体运动，在不计阻力的情况下，都处于完全失重状态。1自主思考判一判(1)物体处于超重时，物体的重力增加，处于失重时物体的重力减小。()(2)在加速上升的电梯中用弹簧测力计测一物体的重力，“视重”大于物体的重力。()(3)竖直向上抛的物体上升时一定超重。()(4)完全失重
3、就是物体重力完全消失，不再受重力作用。()(5)在水平面上做加速运动，也会引起失重现象。()(6)只要物体有向下的加速度，就会引起失重现象。()2合作探究议一议(1)“超重”是不是物体所受的重力增加了？提示：“超重”不是物体所受的重力增加了，“超重”现象是物体由于具有向上的加速度，对支持物的压力或对悬挂物的拉力大于物体所受重力，物体所受重力没有变化。(2)有人认为“向上运动就是超重状态”，你认为这种说法对吗？提示：不对，超重时加速度方向向上，但物体可能减速向下运动。(3)刘洋在“天宫一号”中工作时，有一个镜头令人难忘：由于没有抓好舱壁上的固定扣，她突然一个踉跄飘了起来。说明在运行的轨道舱中，人
4、们完全失重，请思考刘洋真的失去了重力吗？提示：在“天宫一号”工作的航天员处于完全失重状态，但航天员仍然受重力的作用，只是刘洋对舱壁没有压力。超重、失重现象的判断平衡状态、超重现象与失重现象的比较加速度视重(F)与重力的关系运动情况平衡a0Fmg静止，匀速直线运动超重向上Fm(ga) mg向上加速，向下减速失重向下Fm(ga) mg向下加速，向上减速完全失重agF0自由落体运动，抛体运动典例(多选)游乐园中，游客乘坐能加速或减速运动的升降机，可以体会超重与失重的感觉。下列描述正确的是()A当升降机加速上升时，游客是处在失重状态B当升降机减速下降时，游客是处在超重状态C当升降机减速上升时，游客是处
5、在失重状态D当升降机加速下降时，游客是处在超重状态思路点拨解答本题时，可按以下思路进行分析：解析当升降机加速上升或减速下降时，加速度方向向上，由牛顿第二定律可得Nmgma，Nmgmamg，乘客处于超重状态，选项A错误，B正确；当升降机加速下降或减速上升时，加速度方向向下，由牛顿第二定律可得mgNma，Nmgmamg，乘客处于失重状态，选项C正确，D错误。答案BC物体处于超重或失重状态，只取决于物体竖直方向的加速度，与物体的运动方向和水平方向的加速度无关。1下列说法正确的是()A游泳运动员仰卧在水面静止时处于失重状态B蹦床运动员在空中上升和下落过程中都处于失重状态C举重运动员在举起杠铃后不动的那
6、段时间内处于超重状态D体操运动员双手握住单杠吊在空中不动时处于失重状态解析：选B由超重、失重和完全失重的概念可知，加速度向下时处于失重状态，加速度向上时处于超重状态。故选项B正确。2应用物理知识分析生活中的常见现象，可以使物理学习更加有趣和深入。例如平伸手掌托起物体，由静止开始竖直向上运动，直至将物体抛出。对此现象分析正确的是()A手托物体向上运动的过程中，物体始终处于超重状态B手托物体向上运动的过程中，物体始终处于失重状态C在物体离开手的瞬间，物体的加速度大于重力加速度D在物体离开手的瞬间，手的加速度大于重力加速度解析：选D手托物体由静止开始向上运动，一定先做加速运动，物体处于超重状态；而后
7、可能匀速上升，也可能减速上升，选项A、B错误。在物体离开手的瞬间，二者分离，不计空气阻力，物体只受重力，物体的加速度一定等于重力加速度；要使手和物体分离，手向下的加速度一定大于物体向下的加速度，即手的加速度大于重力加速度，选项C错误，D正确。3在箱式电梯里的台秤秤盘上放着一物体，在电梯运动过程中，某人在不同时刻拍摄了甲、乙、丙三张照片，如图641所示，其中乙为电梯匀速运动时的照片。从这三张照片可判定()图641A拍摄甲照片时，电梯一定处于加速下降状态B拍摄丙照片时，电梯一定处于减速上升状态C拍摄丙照片时，电梯可能处于加速上升状态D拍摄甲照片时，电梯可能处于减速下降状态解析：选D电梯匀速运动时台
8、秤的示数可看做物体的实际重量，题图甲所示的示数大于题图乙所示的示数，说明拍摄甲照片时物体处于超重状态，此时电梯可能处于加速上升状态或减速下降状态，选项A错误，D正确；题图丙所示的示数小于题图乙所示的示数，说明拍摄丙照片时物体处于失重状态，此时电梯可能处于加速下降状态或减速上升状态，选项B、C错误。超重、失重的计算 典例质量为60 kg的人站在升降机中的体重计上，如图642所示，当升降机做下列各种运动时，体重计的读数分别为多少？(g取10 m/s2)(1)升降机匀速上升；(2)升降机以4 m/s2的加速度匀加速上升；(3)升降机以3 m/s2的加速度匀加速下降。图642思路点拨以人为研究对象进行
9、受力分析，根据牛顿第二定律列方程求解。由牛顿第三定律知，人受到的支持力与人对体重计的压力大小相等，所以体重计的读数等于人受到的支持力的大小。解析以人为研究对象进行受力分析，人受重力和支持力作用。(1)升降机匀速上升时，加速度a10，所以有N1mg0即N1mg600N由牛顿第三定律知，体重计的读数为600 N。(2)升降机匀加速上升时，加速度向上，人处于超重状态，取向上为正方向，则有N2mgma2所以N2m(ga2)60(104)N840 N由牛顿第三定律知，体重计的读数为840 N。(3)升降机匀加速下降时，加速度向下，人处于失重状态，取向下为正方向，则有mgN3ma3所以N3m(ga3)60
10、(103)N420 N由牛顿第三定律知，体重计的读数为420 N。答案(1)600 N(2)840 N(3)420N超重、失重问题的处理方法超重、失重现象的产生条件是具有竖直方向上的加速度，应用牛顿第二定律可以分析其本质。因此，对超重与失重问题的处理有以下两种方法：(1)用牛顿第二定律列方程分析。以加速度的方向为正方向列牛顿第二定律方程，求出结果后，注意运用牛顿第三定律变换成所求的结论，也要注意区分加速度的方向和速度方向。(2)处理连接体问题时，如测力计、台秤示数的变化问题，对于其中一个物体(或物体中的一部分)所处的运动状态的变化，而导致系统是否保持原来的平衡状态的判断问题，可以根据系统的重心
11、发生的超重、失重现象进行分析判断。1(多选)一人乘电梯上楼，在竖直上升过程中加速度a随时间t变化的图线如图643所示，以竖直向上为a的正方向，则人对地板的压力()图643At2 s时最大Bt2 s时最小Ct8.5 s时最大 Dt8.5 s时最小解析：选AD人受重力mg和支持力N的作用，由牛顿第二定律得Nmgma。由牛顿第三定律得人对地板的压力NNmgma。当t2 s时a有最大值，N最大；当t8.5 s时，a有最小值，N最小，选项A、D正确。2电梯的顶部挂一个弹簧测力计，测力计下端挂了一个物体，电梯匀速运动时，弹簧测力计的示数为10 N，在某时刻，电梯中的人观察到弹簧测力计的示数变为8 N，关于
12、电梯的运动(如图644所示)，以下说法正确的是(g取10 m/s2)()图644A电梯可能向上加速运动，加速度大小为4 m/s2B电梯可能向下加速运动，加速度大小为4 m/s2C电梯可能向上减速运动，加速度大小为2 m/s2D电梯可能向下减速运动，加速度大小为2 m/s2解析：选C电梯匀速运动时，弹簧测力计的示数等于物体的重力。当弹簧测力计的示数小于物体的重力时，物体处于失重状态，加速度方向向下，根据牛顿第二定律mgFma，解得a2 m/s2。电梯可能向下加速运动，也可能向上减速运动。故选项C正确。3某人在地面上最多能举起60 kg的重物，当此人站在以5 m/s2的加速度加速上升的升降机中，最
13、多能举起多重的物体。(g取10 m/s2)解析：当人在地面上举起重物时，对重物分析，由牛顿第二定律得Fmg0在升降机内举起重物时，由于升降机具有竖直向上的加速度，故重物也具有相同的竖直向上的加速度，而人对外提供的最大力是不变的，对重物由牛顿第二定律得Fmgma所以，在加速上升的升降机内，人能举起的重物的最大质量为40 kg。答案：40 kg4如图645所示，电梯与水平面夹角为30，当电梯加速向上运动时，人对梯面的压力是其重力的，人与梯面间的摩擦力是其重力的多少倍？图645解析：对人受力分析，人受到重力mg、支持力N、摩擦力f(摩擦力方向一定与接触面平行，由加速度的方向推知，f水平向右)的作用。
14、建立直角坐标系：取水平向右(即f的方向)为x轴正方向，竖直向上为y轴正方向。此时只需分解加速度，其中axacos 30，ayasin 30(如图)。根据牛顿第二定律有x方向：fmaxmacos 30，y方向：Nmgmaymasin 30。又有Nmg，联立式，解得：fmg。所以人与梯面间的摩擦力是其重力的倍。答案：1下列关于超重和失重的说法中，正确的是()A物体处于超重状态时，其重力增加了B物体处于完全失重状态时，其重力为零C物体处于超重或失重状态时，其质量发生了改变D物体处于超重或失重状态时，其质量及受到的重力都没有变化解析：选D重力只与物体的质量和当地重力加速度有关，与运动状态无关，则A、B错；质量是物体的固有属性，与运动状态也无关，则C错。2(多选)下列仪器在太空中的国际空间站上能正常使用的有()A天平B温度计C弹簧测力计 D水银气压计解析：选BC太空中的国际空间站处于完全失重状态下，在此环境下与重力有关的仪器将不能使用，故A、D错误，B、C正确。3如图1所示，A、B两物块叠放在一起，当把A、B两物块同时竖直向上抛出时(不计空气阻力)，则()图1A物块A的加
