【摘要】步入高中,相比初中更为紧张的学习随之而来。在此高一物理栏目的小编为您编辑了此文:高一物理教案:超重和失重教案希望能给您的学习和教学提供帮助。
本文题目:高一物理教案:超重和失重教案
1.力的合成和分解的两种重要方法是: _________________、____________________.
2.匀变速直线运动的规律:vt=______________,s=________________________,v2t-v20=2as v=________________= .
3.自由落体运动的规律:vt=______,s=________________,v2t=2gs
4.牛顿第二定律:F=ma,特点是:______性、矢量性、同向性.
5.(1)视重:重力是地球对物体的吸引作用,当物体挂在竖直方向放置的弹簧秤下或放在水平台秤上时,弹簧秤或台秤的示数称为______,大小等于测力计所受拉力或台秤所受的压力.视重实际上反映的是弹力,只有在平衡状态时,这个弹力即______与物体的______才有相等的关系.
(2)超重现象:当物体处于非平衡状态时,物体对________________(或对悬挂物的拉力)大于______________的情况,即______大于______时,称为超重现象.
(3)失重现象:当物体处于非平衡状态时,物体对__________________(或对悬挂物的拉力)小于______________的情况,即______小于______时,称为失重现象.
(4)完全失重:当物体处于非平衡状态时,物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)________的状态,即视重________时,称为完全失重状态.
6.产生超重或失重现象的条件
(1)物体具有________________时产生超重现象.
(2)物体具有________________时产生失重现象.
(3)物体具有__________________时,物体出现完全失重状态.
超重和失重
[问题情境]
小星家住十八楼,每天上学放学均要乘垂直升降电梯上下楼.上学时,在电梯里,开始他总觉得有种飘飘然的感觉,背的书包也感觉变轻了.快到底楼时,他总觉得自己有种脚踏实地的感觉,背的书包也似乎变重了.这是什么原因呢?
[要点提炼]
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,大小等于测力计所受的拉力或台秤所受的压力.
2.超重、失重的分析
特征
状态 加速
度a 视重(F)
与重力
(mg)关系 运动情况 受力示
意图
平衡 a=0 F=mg 静止或____________
超重 向上 F=m(g+
a)mg 向上________或向下______运动
失重 向下 F=m(g-
a)
完全
失重 a=g F=0 自由落体运动、抛体运动、正常运行的卫星
[问题延伸]
超重和失重是常见的现象,那么当物体发生超重或失重现象时,物体的重力真的增加或减少了吗?超重和失重现象的实质是什么?你是怎样理解的?
例1 弹簧上挂一个质量m=1 kg的物体,在下列各种情况下,弹簧秤的示数各为多少?(取g=10 m/s2)
(1)以v=5 m/s的速度匀速下降;
(2)以a=5 m/s2的加速度竖直加速上升;
(3)以a=5 m/s2的加速度竖直加速下降;
(4)以重力加速度g竖直减速上升.
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
例2 北京欢乐谷游乐场天地双雄是目前亚洲唯一的双塔太空梭.它是能体验强烈失重、超重感觉的娱乐设施,先把乘有十多人的座舱,送到76 m高的地方,让座舱自由落下,当落到离地面28 m时制动系统开始启动,座舱匀减速运动到地面时刚好停止.若某游客手中托着质量为1 kg的饮料瓶进行这个游戏,g取9.8 m/s2,问:
(1)当座舱落到离地面高度为40 m的位置时,饮料瓶对手的作用力多大?
(2)当座舱落到离地面高度为15 m的位置时,手要用多大的力才能托住饮料瓶?
图1
变式训练2 如图1所示,电梯的顶部挂有一个弹簧秤,秤下端挂了一个重物,电梯匀速直线运动时,弹簧秤的示数为10 N,在某时刻电梯中的人观察到弹簧秤的示数变为8 N,关于电梯的运动,以下说法正确的是()
A.电梯可能向上加速运动,加速度大小为2 m/s2
B.电梯可能向下加速运动,加速度大小为2 m/s2
C.电梯可能向上减速运动,加速度大小为2 m/s2
D.电梯可能向下减速运动,加速度大小为2 m/s2
【即学即练】
1.下列说法中正确的是()
A.体操运动员双手握住单杠吊在空中不动时处于失重状态
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段时间内处于超重状态
D.游泳运动员仰卧在水面静止不动时处于失重状态
图2
2.如图2所示,斜面体始终处于静止状态,当物体沿斜面下滑时有()
A.匀速下滑时,M对地面压力等于(M+m)g
B.加速下滑时,M对地面压力小于(M+m)g
C.减速下滑时,M对地面压力小于(M+m)g
D.无论如何下滑,M对地面压力始终等于(M+m)g
图3
3.直升机悬停在空中向地面投放装有救灾物资的箱子,如图3所示.设投放初速度为零,箱子所受的空气阻力与箱子下落速度的平方成正比,且运动过程中箱子始终保持图示姿态.在箱子下落过程中,下列说法正确的是()
A.箱内物体对箱子底部始终没有压力
B.箱子刚从飞机上投下时,箱内物体受到的支持力最大
C.箱子接近地面时,箱内物体受到的支持力比刚投下时大
D.若下落距离足够长,箱内物体有可能不受底部支持力而飘起来
图4
4.升降机地板上放一个弹簧式台秤,秤盘上的物体质量为20 kg.如图4所示.
(1)当升降机以4 m/s的速度匀速上升时,台秤的读数是多少?
(2)当升降机以1 m/s2的加速度匀加速竖直上升时,台秤的读数是多少?
(3)当升降机以1 m/s2的加速度匀减速上升时,台秤的读数是多少?
参考答案
课前自主学习
1.平行四边形定则(或三角形定则) 力的正交分解法
2.v0+at v0t+12at2 12(v0+vt)
3.gt 12gt2 4.瞬时
5.(1)视重 视重 重力 (2)支持物的压力 物体所受重力 视重 重力 (3)支持物的压力 物体所受重力
视重 重力 (4)等于零 等于零
6.(1)向上的加速度 (2)向下的加速度 (3)向下的加速度a=g
核心知识探究
[问题情境]
每个人在乘电梯时都会有这种感觉,这就是我们常说的超重、失重现象.只要你留心观察,在我们的日常生活中就会发现许多超重、失重现象.
[要点提炼]
2.匀速直线运动 加速 减速 加速 减速
[问题延伸] (1)物体处于超重或失重状态时,物体所受的重力始终不变,只是物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力发生了变化,看起来物重好像有所增大或减小,这是超重和失重的实质.
(2)发生超重或失重的现象与物体的速度方向无关,只取决于物体加速度的方向.
(3)物体具有向上的加速度,其运动状态可以是加速向上,也可以是减速下降,这时物体对支持物的压力将大于物体的重力,物体处于超重状态,超出的部分为ma;物体减速上升或加速下降时,具有向下的加速度,物体对支持物的压力将小于物体的重力,这时物体处于失重状态.
解题方法探究
例1 (1)10 N (2)15 N (3)5 N (4)0 N
解析 对物体受力分析,.
(1)匀速下降时,由平衡条件得F=mg=10 N.
(2)取向上为正方向,由牛顿第二定律,知F-mg=ma,F=m(g+a)=15 N.
(3)取向下方向为正方向,由牛顿第二定律,知mg-F=ma,F=m(g-a)=5 N.
(4)取向下方向为正方向,由牛顿第二定律,知mg-F=mg,F=0 N
处于完全失重状态.
变式训练1 A [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:
mg-FN=ma
FN=m(g-a)
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:
FN-mg=ma
FN=m(g+a)mg
弹力FN将大于mg.
当人静止时,FN=mg.]
例2 (1)0 (2)41.16 N
解析 (1)在离地面高于28 m时,座舱做自由落体运动,处于完全失重状态,因为40 m28 m所以饮料瓶对手没有作用力,由牛顿第三定律可知,手对饮料瓶也没有作用力.
(2)设手对饮料瓶的作用力为F,座舱自由下落高度为h1后的速度为v,制动时的加速度为a,制动高度为h2,由v2t-v20=2as得,v2t=2gh1,v2t=2ah2
联立解得,a=h1h2g
对饮料瓶根据牛顿运动定律F-mg=ma得,F=mg(h1h2+1)=mgh1+h2h2
代入数据得,F=41.16 N.
变式训练2 BC [由电梯做匀速直线运动时,可知重物的重力为10 N,质量为1 kg;当弹簧秤的示数变为8 N时,则重物受到的合力为2 N,方向竖直向下,由牛顿第二定律得物体产生向下的加速度,大小为2 m/s2,因没有明确电梯的运动方向,故电梯可能向下加速,也可能向上减速.]
即学即练
1.B [当加速度方向竖直向下时,物体处于失重状态;当加速度方向竖直向上时,物体处于超重状态,蹦床运动员在空中上升和下降的过程中加速度方向均竖直向下,且a=g,为完全失重状态,所以B正确.而A、C、D中运动员均为平衡状态,F=mg,既不超重也不失重.]
2.AB [对M和m组成的系统,当m匀速下滑时,系统在竖直方向上没有加速度,所以不失重也不超重,对地面的压力等于系统的重力;当m加速下滑时,整个系统在竖直方向上有向下的加速度,处于失重状态,对地面的压力小于系统的重力.当m减速下滑时,系统在竖直方向上具有向上的加速度,处于超重状态,对地面的压力大于系统的重力.]
3.C [对于箱子和箱内物体组成的整体,a=M+mg-fM+m,随着下落速度的增大,空气阻力f增大,加速度a减小直至箱子做匀速运动时a=0.对箱内物体,mg-FN=ma,所以FN=m(g-a)将逐渐增大,故C正确,A、B、D错.]
4.(1)200 N (2)220 N (3)180 N
解析 选取物体为研究对象,它受两个力,重力mg和支持力FN,FN的大小即为台秤的读数.
(1)当升降机匀速上升时,a=0
所以FN-mg=0,FN=mg=200 N.
(2)当升降机匀加速上升时,a方向向上,由牛顿第二定律得FN-mg=ma,FN=m(g+a)=220 N.
(3)当升降机匀减速上升时,a方向向下,由牛顿第二定律得mg-FN=ma,FN=m(g-a)=180 N.
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