第四章 7．超重与失重-【金版教程】2025-2026学年新教材高中物理必修第一册创新导学案课件PPT（教科版2019）

第四章　牛顿运动定律 7.超重与失重 目录 1 2 3 课前自主学习 课后课时作业 课堂探究评价 1．知道什么是视重与实重。2.理解超重、失重和完全失重现象，能够在具体实例中判断超重、失重现象。3.会利用牛顿运动定律分析超重和失重现象。 3 课前自主学习 1．超重 (1)定义：物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)______物体所受重力的现象。 (2)产生条件：物体具有___________(选填“竖直向上”或“竖直向下”)的加速度。 2．失重 (1)定义：物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)______物体所受重力的现象。 (2)产生条件：物体具有________(选填“竖直向上”或“竖直向下”)的加速度。 3．完全失重 (1)定义：物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)________的现象。 (2)产生条件：a＝g，方向_______________ 。 大于 竖直向上 小于 竖直向下 等于零 竖直向下 课前自主学习 5 4．视重与实重 (1)视重：物体在________方向做加速运动时，物体对悬挂物的________(弹簧测力计的示数T)或对支持物的________(台秤示数N)，通常我们称它(T或N)为视重。 (2)实重：重力是由于地球作用于物体而产生的，始终存在，大小也________受运动状态改变影响，我们通常称它为实重。 竖直 拉力 压力 不会 课前自主学习 6 判一判 (1)在地球表面附近，无论物体处于什么状态，物体对悬绳的拉力都与重力大小相等。(　　) (2)在水平面上做匀速直线运动的火车中，可以用弹簧测力计测量物体的重力大小。(　　) (3)物体处于超重状态时重力增大了。(　　) 提示 提示：× 提示：√ 提示：× 课前自主学习 7 (4)物体处于失重状态时重力减小了。(　　) (5)物体处于超重或失重状态时，物体的重力始终存在，大小也没有变化。(　　) (6)做自由落体运动的物体处于完全失重状态。(　　) 提示 提示：× 提示：√ 提示：√ 　 课前自主学习 8 课堂探究评价 探究　超重和失重的理解与分析 仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。 课堂探究评价 10 提示 活动1：如图甲，站在电梯中的体重计上，当电梯运动时，请观察体重计的示数是否变化。 提示：当电梯起动、上行或下行、减速停止的过程中，体重计的示数不稳定，时而增大，时而不变，时而减小。　 课堂探究评价 11 提示 活动2：如图乙是对图甲电梯实验的模拟。请模拟电梯运动的各个状态，观察并记录弹簧测力计示数的变化情况，以及重物的加速度方向。(可列表记录) 提示：　 运动状态 弹簧测力计的示数 加速度的方向 静止 不变 无 由静止到向上运动 变大 竖直向上 由向上运动到静止 变小 竖直向下 由静止到向下运动 变小 竖直向下 由向下运动到静止 变大 竖直向上 向上或向下匀速运动 不变 无 课堂探究评价 12 提示 活动3：根据上述记录回答，在哪些情况下弹簧测力计的示数等于物体所受的重力？在哪些情况下弹簧测力计的示数不等于物体的重力？ 提示：物体的加速度等于0时，弹簧测力计的示数等于物体所受的重力；物体的加速度竖直向上或竖直向下时，弹簧测力计的示数不等于物体所受的重力。　 课堂探究评价 13 提示 活动4：根据牛顿运动定律推导重物的加速度为a时弹簧测力计示数的表达式。 提示：物体对弹簧测力计的拉力T的大小决定了弹簧测力计 的示数，如图，它和弹簧测力计对物体的拉力T′是一对作用力与 反作用力，即T与T′大小相等。如果物体具有竖直向上的大小为a 的加速度，由牛顿第二定律：T′－mg＝ma，可知，弹簧测力计的 示数T大于物体所受的重力，此时T＝m(g＋a)；如果物体具有竖直 向下的大小为a的加速度，由牛顿第二定律：mg－T＝ma，可知，弹簧测力计的示数小于物体所受的重力，此时T＝m(g－a)。　 课堂探究评价 14 1．超重与失重 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称为超重。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称为失重。 课堂探究评价 15 2．超重、失重现象的分析 特征状态 加速度 视重(F)与实重的关系 运动情况 受力图 平衡 a＝0 F＝mg 静止或匀速直线运动 超重 向上 F＝m(g＋a)>mg 向上加速或向下减速 失重 向下 F＝m(g－a)<mg 向下加速或向上减速 完全失重 a＝g F＝0 抛体、正常运行的卫星 课堂探究评价 16 3.对超重和失重的理解 (1)超重与失重现象仅仅是一种表象，无论是超重还是失重，物体所受的重力都没有变化。 (2)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。 (3)若物体不在竖直方向运动，而加速度在竖直方向有分量，即ay≠0，则当ay竖直向上时物体处于超重状态，当ay竖直向下时物体处于失重状态。 (4)加速度的大小决定了超重或失重的程度。视重相对重力的改变量为ma，a为物体竖直方向的加速度。 (5)完全失重是失重现象的极限。完全失重时，与重力有关的一切现象都将消失。 课堂探究评价 17 例　如图为某电梯铭牌，该电梯额定载重人数为14人，额定载重量为1050 kg，当电梯受到的压力超过额定载重物体的重力时电梯会鸣笛警示。该电梯在八层停靠时进入15位乘客，15位乘客总质量1040 kg。则下列说法正确的是(　　) A．当第15位乘客进入电梯时，该电梯会鸣笛警示 B．当电梯从八层开始向下运动时，电梯会鸣笛警示 C．当电梯从八层下降到一层，快要停止时，电梯可 能会鸣笛警示 D．电梯从八层下降到一层停止全过程中都不会鸣笛警示 答案 课堂探究评价 18 提示 (1)电梯在什么情况下会鸣笛？ (2)如何求解电梯所受乘客的压力？ 提示：所受乘客的压力大于其允许的最大压力时。　 提示：根据牛顿第二定律和牛顿第三定律求解。　 课堂探究评价 19 规范解答 规范解答　由于15位乘客的总质量为1040 kg，而电梯额定载重量为1050 kg，则当第15位乘客进入电梯时，还没有达到电梯的额定载重量，从而电梯不会鸣笛警示，A错误；当电梯从八层开始向下运动时，加速度向下，由牛顿第二定律知ma＝mg－FN，由牛顿第三定律知FN＝FN′，则此时乘客给电梯的压力FN′小于乘客的重力，分析可得出电梯不会鸣笛警示，B错误；当电梯从八层下降到一层，快要停止时，加速度向上，由牛顿第二定律知ma＝FN－mg，由牛顿第三定律知FN＝FN′，则此时乘客给电梯的压力FN′大于乘客的重力，可能大于电梯的额定载重物体的重力，则电梯可能会鸣笛警示，C正确，D错误。 课堂探究评价 超重和失重问题的解题步骤 (1)确定研究对象，并对其进行受力分析，画出受力示意图。 (2)分析物体的运动状态，确定加速度的方向，并在受力示意图旁边标出。 (3)选取加速度的方向为正方向，根据牛顿第二定律列方程。 (4)解方程，得到物体所受悬挂物的拉力或支持面的支持力。 (5)由牛顿第三定律，判定物体对悬挂物的拉力或对支持面的压力与物体重力的关系，从而判定物体处于超重还是失重状态。 课堂探究评价 [变式训练]　图甲是某人站在力传感器上做下蹲、起跳动作时的示意图，中间的“·”表示人的重心，图乙是根据传感器采集到的数据画出的力—时间图线，两图中a～g各点均对应，其中有几个点在图甲中没有画出，取重力加速度g＝10 m/s2。根据图像分析可知(　　) A．人的重力为1500 N B．c点位置人处于超重状态 C．e点位置人处于失重状态 D．人在d点位置的加速度小于在f点的加速度 答案 课堂探究评价 22 解析 课堂探究评价 23 课后课时作业 1.(超重、失重)下列关于超重、失重现象的描述中，正确的是(　　) A．电梯正在减速上升，乘客在电梯中处于超重状态 B．电梯正在加速下降，乘客在电梯中处于失重状态 C．举重运动员托举杠铃保持静止，运动员处于超重状态 D．列车在水平轨道上加速行驶，车上的人处于超重状态 答案 解析 解析：电梯正在减速上升，加速度向下，故电梯中的乘客处于失重状态，A错误；电梯正在加速下降，加速度向下，故电梯中的乘客处于失重状态，B正确；举重运动员托举杠铃保持静止，竖直方向的加速度为0，运动员既不处于超重状态也不处于失重状态，C错误；列车在水平轨道上加速行驶时，竖直方向的加速度为0，车上的人既不处于超重状态也不处于失重状态，D错误。　 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 课后课时作业 2．(超重、失重)2020年11月24日我国发射了嫦娥五号月球探测器，探测器历经月面着陆、自动采样、月面起飞、月轨交会对接、再入返回等多个难关后，于12月17日携带月球样品成功返回地面。下列分析正确的是(　　) A．发射过程中探测器加速上升，探测器处于超重状态 B．探测器减速返回地球的过程中处于失重状态 C．探测器在环月轨道做圆周运动时处于超重状态 D．探测器在月面上的重力比地面上小，故处于失重状态 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 课后课时作业 解析 解析：发射过程中探测器加速上升，加速度向上，所以探测器处于超重状态，A正确；探测器减速返回地球的过程中，加速度向上，处于超重状态，B错误；探测器在环月轨道做圆周运动时，只受重力，处于完全失重状态，故C错误；因为月球表面的重力加速度比地面小，所以探测器在月面上的重力比地面上小，根据题中给出的信息，无法判断探测器在月面上时是否处于失重状态，D错误。　 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 课后课时作业 3．(超重和失重的分析)蹦极是一项深受年轻人喜爱的极限运动。一名游客在三清山神仙谷景区体验蹦极，蹦极过程可简化为如图，游客身系弹性绳自高空P点自由下落。图中a点是弹性绳的原长位置，c点是游客所到达的最低点，b点是游客静止地悬吊时的平衡位置。游客在从P点下落到最低点c的过程中(不计空气阻力)，以下说法正确的是(　　) A．P到a的过程中，该游客做自由落体运动，处于失重状态 B．P到a的过程中，该游客做自由落体运动，处于超重状态 C．a到b的过程中，该游客做加速运动，处于超重状态 D．b到c的过程中，该游客做减速运动，处于失重状态 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 课后课时作业 解析 解析：P到a的过程中，该游客只受重力作用，做自由落体运动，处于完全失重状态，故A正确，B错误；a到b的过程中，重力大于弹性绳的弹力，该游客做加速运动，加速度方向向下，处于失重状态，故C错误；b到c的过程中，弹性绳的弹力大于重力，该游客做减速运动，加速度方向向上，处于超重状态，故D错误。　 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 课后课时作业 4．(超重、失重)在升降电梯内的地板上放一体重计。当电梯静止时，晓明同学站在体重计上，体重计示数为60 kg；当电梯运动过程中，某一段时间内晓明同学发现体重计示数如图所示，则在这段时间内(　　) A．晓明所受的重力变小了 B．晓明的加速度大小为g C．电梯一定在竖直向下运动 D．电梯的加速度方向一定竖直向下 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 课后课时作业 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 课后课时作业 5．(超重、失重)一只小鸟飞来停在细树枝上，随树枝上下晃动(可视为竖直方向的运动)，以竖直向上为正方向，其运动的速度—时间图像(v­t图)如图所示。设树枝对小鸟的作用力为F，小鸟的重力为G，则在t1～t3时间内(　　) A．先F<G，后F>G B．先F>G，后F<G C．一直F>G D．一直F<G 答案 解析 解析：在t1～t3时间内，由v­t图像可知小鸟先向上做减速运动，后向下做加速运动，两过程加速度都是向下的，所以小鸟在t1～t3时间内一直处于失重状态，所受合力向下，所以一直有F<G，故A、B、C错误，D正确。　 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 课后课时作业 答案 6．(超重与失重的计算)小明住的楼房中有一部电梯，小明利用所学物理知识估测电梯在加速和减速过程中的加速度。方法如下：用测力计悬吊一个重物，保持测力计相对电梯静止，测得电梯上升过程中，加速时测力计读数为G1，减速时为G2。小明了解到该电梯加速和减速过程的加速度大小是相同的。由此，请估算电梯变速运动时的加速度大小(重力加速度为g)(　　) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 课后课时作业 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 课后课时作业 答案 7．(综合)压力传感器与计算机组合能测绘压力随时间变化的图像，某实验小组为了测量一幢19层的大楼每层的平均高度，在电梯内用压力传感器进行了如下实验：质量为m＝50 kg的甲同学站在压力传感器上，乙同学运用计算机记录了电梯从地面一楼上升到19层楼顶全过程中压力F随时间t变化的图像(如图所示)，重力加速度g＝10 m/s2，试问： (1)电梯何时启动？启动时的加速度多大？ (2)该大楼每层的平均高度为多少？ 答案：(1)2 s时　2 m/s2　(2)2.84 m 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 课后课时作业 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 课后课时作业 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 课后课时作业 8．(超重、失重)很多智能手机都有加速度传感器。某同学用手托着手机，打开加速度传感器，手掌迅速向下运动，让手机脱离手掌自由下落，然后接住手机，观察手机屏幕上加速度传感器的图像，取竖直向上为正方向，将其图像简化，如图所示，重力加速度为g，下列说法正确的是(　　) A．t1时刻，手机加速度大小大于g B．t1到t2时间内，手机处于完全失重状态 C．t2时刻，手机加速度大小大于g D．t2时刻，手机的运动方向为竖直向上 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 课后课时作业 解析 解析：根据题意知手机脱离手掌后做自由落体运动并持续了一段时间，由题图可知t1时刻前后一段时间加速度不变，则此过程手机做自由落体运动，加速度等于g，故A错误；由题图可知，t1到t2时间内，手机的加速度方向先向下后向上，可知手机先失重后超重，故B错误；由题图可知，t2时刻手机的加速度大于t1时刻的加速度，故t2时刻加速度大小大于g，故C正确；由题意知，该同学手掌迅速向下运动，让手机脱离手掌自由下落，然后接住手机，整个过程没有竖直向上的运动，D错误。　 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 课后课时作业 9．(综合)测得一位仅在竖直方向上运动的蹦床运动员受到蹦床的弹力F随时间t的变化规律如图所示，已知该运动员的最大加速度为42 m/s2，重力加速度为g＝10 m/s2，不计空气阻力。下列说法正确的是(　　) A．该运动员接触蹦床过程中受到的最大弹力为2000 N B．该运动员双脚离开蹦床后的最大速度为16 m/s C．该运动员由最低点向上运动到离开蹦床的过程中先处于超重状态后处于失重状态 D．该运动员由接触蹦床到最低点的过程中一直处于失重状态 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 课后课时作业 解析 解析：由题图分析可知，该运动员的重力等于500 N，则质量为m＝50 kg，该运动员的加速度最大时，蹦床弹力最大，根据牛顿第二定律得Fm－mg＝mam，解得Fm＝2600 N，故A错误；由题图分析可知运动员双脚离开蹦床后最长经过1.6 s再次接触蹦床，则离开蹦床后上升和下落的时间均为0.8 s，运动员双脚离开蹦床后的最大速度为v＝gt＝10×0.8 m/s＝8 m/s，故B错误；运动员由最低点向上运动到离开蹦床的过程中，蹦床的弹力先大于运动员的重力，加速度方向向上，处于超重状态，过了平衡位置，蹦床的弹力小于运动员的重力，加速度方向向下，处于失重状态，故C正确；运动员由接触蹦床到最低点的过程中，蹦床的弹力先小于运动员的重力，加速度方向向下，处于失重状态，过了平衡位置，蹦床的弹力大于运动员的重力，加速度方向向上，处于超重状态，故D错误。　 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 课后课时作业 10.(综合)如图所示，一只鸽子在空中以加速度a沿图中虚线斜向上匀加速飞行，在此过程中，下列说法正确的是(　　) A．鸽子处于超重状态 B．鸽子处于完全失重状态 C．空气对鸽子的作用力可能等于鸽子所受重力 D．鸽子受到空气的作用力的方向与其飞行的速度方向相同 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 课后课时作业 解析 解析：因为鸽子在空中以加速度a沿图中虚线斜向上匀加速飞行，加速度有竖直向上的分量，所以鸽子处于超重状态，故A正确，B错误；鸽子所受的合力的方向与其飞行的速度方向相同，合力、空气的作用力与重力应构成矢量三角形，故空气对鸽子的作用力不可能等于鸽子所受重力，作用力的方向应与其飞行的速度方向有一定的夹角，故C、D错误。　 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 课后课时作业 　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　 R 解析：开始时人处于平衡状态，人对传感器的压力是500 N，根据牛顿第三定律和平衡条件可知，人的重力也是500 N，A错误；由图乙可知，人处于c点时对传感器的压力大于其重力，处于超重状态，B正确；人处于e点时对传感器的压力大于其重力，处于超重状态，C错误；人在d点时的加速度大小为a1＝eq \f(Fd－G,m)＝eq \f(1500－500,\f(500,10)) m/s2＝20 m/s2，人在f点时的加速度大小为a2＝eq \f(G－0,m)＝eq \f(500,\f(500,10)) m/s2＝10 m/s2，a1＞a2，则人在d点位置的加速度大于在f点的加速度，D错误。　 解析：晓明同学体重为60 kg，现在体重计示数为40 kg，说明晓明同学处于失重状态，失重状态下晓明所受重力不变，只是体重计示数变小了，故A错误；由牛顿第二定律可知，晓明的加速度为a＝eq \f(mg－N,m)＝eq \f(60－40,60)g＝eq \f(g,3)，方向竖直向下，故B错误；晓明处于失重状态，说明电梯一定具有竖直向下的加速度，而电梯的运动情况可能是竖直向上做减速运动，也可能是竖直向下做加速运动，故C错误，D正确。　 A.eq \f(G1－G2,G1＋G2)g B.eq \f(G1,G1＋G2)g C.eq \f(G2,G1＋G2)g D.eq \f(G1＋G2,G1－G2)g 解析：设物体质量为m，电梯加速度大小为a，则根据牛顿第二定律，加速上升过程有G1－mg＝ma，减速上升过程有mg－G2＝ma，联立解得a＝eq \f(G1－G2,G1＋G2)g，故B、C、D错误，A正确。　 解析：(1)在0～2 s内，压力等于重力，2～3 s内压力大于重力，所以t＝2 s时电梯启动， 由F1－mg＝ma1得 启动时的加速度a1＝eq \f(F1－mg,m)＝eq \f(600－50×10,50) m/s2＝2 m/s2。 (2)从图中读出电梯运动28 s，匀加速上升的时间为t1＝1 s， 匀速上升的时间为t2＝26 s，匀减速上升的时间为t3＝1 s， 减速过程的加速度大小为 a2＝eq \f(mg－F3,m)＝eq \f(50×10－400,50) m/s2＝2 m/s2 大楼的总高度x＝eq \f(1,2)a1teq \o\al(2,1)＋vt2＋eq \f(1,2)a2teq \o\al(2,3) 其中v＝a1t1，代入数据解得x＝54 m 则大楼每层的平均高度为h＝eq \f(x,19)＝2.84 m。　 $$