4.6 超重和失重 导学案-2022-2023学年高一上学期物理人教版（2019）必修第一册

超重和失重 学习目标： 1、通过实验认识超重和失重现象，理解产生超重、失重现象的条件和实质。 2、进一步熟练掌握应用牛顿运动定律解决问题的方法和步骤。 学习重点： 发生超重、失重现象的条件及本质。 学习难点： 超重、失重现象的实质；正确分析受力并恰当地运用正交分解法。 一、共点力的平衡条件 活动与探究1 1．高空侦察机从起飞到在高空匀速巡航，再到降落，最后停留在机场的停机坪上，在这全过程中的哪些阶段，飞机是处于平衡状态？ 2．讨论：（1）处于平衡状态的物体，其运动特点和受力特点各是什么？ （2）如何正确理解共点力作用下物体的平衡条件？ 3．如图所示，质量为M的楔形物块静止在水平地面上，其斜面的倾角为θ。斜面上有一质量为m的小物块，小物块与斜面之间存在摩擦。用恒力F沿斜面向上拉小物块，使之匀速上滑。在小物块运动的过程中，楔形物块始终保持静止。地面对楔形物块的支持力为（　　） A．（M＋m）g B．（M＋m）g－F C．（M＋m）g＋Fsin θ D．（M＋m）g－Fsin θ 迁移与应用1 沿光滑的墙壁用网兜把一个足球挂在A点（如图所示），足球的质量为m，网兜的质量不计，足球与墙壁的接触点为B，悬绳与墙壁的夹角为α，求悬绳对球的拉力和墙壁对球的支持力。 处理共点力的平衡问题正确地进行受力分析是关键。当物体受三个力（不平行）而平衡时，这三个力一定是共点力，常用以下两种方法处理问题： （1）三角形法：这种方法主要用来解决三力平衡问题，根据平衡条件并结合力的合成或分解的方法，把三个平衡力转化为三角形的三条边，然后通过解这个三角形求解平衡问题。解三角形多数情况是解直角三角形。 （2）正交分解法：正交分解法在处理四力或四力以上的平衡问题时非常方便，将物体所受各个力均在两互相垂直的方向上分解，然后分别在这两个方向上列方程，此时平衡条件可表示为Fx合＝0，Fy合＝0，解平衡方程。 二、超重与失重 活动与探究2 1．人站在体重计上不动时，体重计的示数就显示人的体重。当人下蹲或起立过程中，体重计的示数会发生变化。人从站立状态到完全蹲下，体重计的示数如何变化？ 2．发生超重时物体的重力变化了吗？发生超重时物体可能怎样运动？ 3．发生失重时物体的重力减小了吗？发生失重时物体可能怎样运动？ 4．什么是完全失重？物体的重力消失了吗？ 迁移与应用2 质量为60 kg的人站在升降机的体重计上，如图所示，当升降机做下列各种运动时，体重计读数是多少？（g取10 m/s2） （1）升降机匀速上升。 （2）升降机以4 m/s2的加速度加速上升。 （3）升降机以5 m/s2的加速度加速下降。 （4）升降机以重力加速度g加速下降。 （1）当物体处于“超重”状态时，物体的重力没有增大。当物体处于“失重”状态时，物体的重力也没有减小，当物体处于“完全失重”状态时，物体的重力并没有消失。超重和失重仅仅是我们“看到”的重力好像发生了变化，即“视重”变了，物体的实际重力由质量和当地重力加速度决定，并没有变化。 （2）超（失）重现象是指物体对悬挂物的拉力（或对支持物的压力）大于（小于）重力的现象，此拉力（或支持力）即为我们所说的“视重”。 （3）“超重”“失重”现象与物体运动的速度方向和大小均无关，只决定于物体加速度的方向，当物体具有向上的加速度时处于超重状态，具有向下的加速度时处于失重状态。 （4）只有当物体竖直方向的加速度为零时，视重大小才等于重力的大小。 （5）完全失重不仅只有自由落体这一种情况，只要物体具有方向竖直向下、大小等于g的加速度，就处于完全失重状态。在完全失重的状态下，平常一切由于重力产生的物理现象都完全消失，如单摆停摆、天平失效、浸在水中的物体不受浮力、液体柱不再产生向下的压强等。 练1 原来做匀速运动的升降机内，有一被伸长弹簧拉住的、具有一定质量的物体A静止在地板上，如图4－7－23所示．现发现A突然被弹簧拉向右方．由此可判断，此时升降机的运动可能是 （ ） A．加速上升 B．减速上升 C．加速下降 D．减速下降 练2 如图4－7－24所示，在台秤的托盘上放一底面粗糙、倾角为θ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，求物体从斜面上滑下过程中，台秤的读数． 练3 表演“顶杆”杂技时，一人站在地上（称为“底人”），肩上扛一长6m、质量为5kg的竹竿，一质量为40kg的小演员在竿顶上从静止开始先匀加速再匀减速下滑，滑到竿底时速度正好为零，假设加速时的加速度大小是减速时的2倍，下滑总时间为3s，问这两阶段竹竿对“底人”的压力分别为多大？（g＝10m／s2） 当堂检测 1．物体在共点力作用下，下列说法中正确的是（　　） A．物体的速度在某一时刻等于零时，物体就一定处于平衡