4.6 超重和失重 课件 -2026-2027学年高一上学期物理人教版必修第一册

第四章 运动和力的关系 4.6 超重和失重 新课导入 站在体重计上向下蹲，你会发现，在下蹲的过程中，体重计的示数先变小，后变大，再变小。当人静止后，保持某一数值不变。这是为什么呢？ 重力的测量 在地球表面附近，物体由于地球的吸引而受到重力。 测量重力常用两种方法 ： 一种方法是， （1）先测量物体做自由落体运动的加速度g； （2）再用天平测量物体的质量，利用牛顿第二定律可得 G＝mg 另一种方法是，利用力的平衡条件对重力进行测量。将待测物体悬挂或放置在测力计上，使它处于静止状态。这时物体所受的重力和测力计对物体的拉力或支持力的大小相等，测力计的示数反映了物体所受的重力大小。这是测量重力最常用的方法。 用弹簧秤测物体的重力时应使物体处于什么状态？ 物体处于平衡状态 弹簧秤的示数是哪个力的？ 物体拉弹簧的力的示数 根据平衡条件和牛顿第三定律知道： 弹簧秤的示数等于物体重力的大小 超重和失重 体重计的示数称为视重，反映了人对体重计的压力。 根据牛顿第三定律，人对体重计的压力与体重计对人的支持力 FN 大小相等，方向相反。 如图所示 ，选取人为研究对象。人体受到重力 mg 和体重计对人的支持力 FN，这两个力的共同作用使人在下蹲的过程中，先后经历加速、减速和静止三个阶段。 设竖直向下方向为坐标轴正方向。 人加速向下运动的过程中，根据牛顿第二定律， 即体重计的示数所反映的视重（力）小于人所受的重力。 mg － FN ＝ ma FN ＝ m（g－a）＜mg 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，叫作失重现象。 同理，人减速向下运动的过程中，加速度方向与运动方向相反，有 体重计的示数（视重）大于人受到的重力。 mg －FN＝－ma FN ＝ m（g＋a）＞mg 物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）大于物体所受重力的现象，叫作超重现象。 知识要点 1. 超重：物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力（视重） 大于物体所受重力的现象。 2. 失重：物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力（视重） 小于物体所受重力的现象。 3. 完全失重：当升降机以加速度a = g竖直加速下降时，物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力（视重）为零的现象。 4. 视重：物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力 （1）视重大于重力 超重 （2）视重小于重力 失重 （3）视重等于重力 静止或匀速状态 （4）视重等于零 完全失重 甲 m v a N<G 失重 G N 向上减速运动 乙 m v a N>G 超重 G N 向上加速运动 丙 m a v N<G 失重 G N 向下加速运动 丁 m v a N>G 超重 G N 向下减速运动 物体失重和超重的情况： 总结 a方向向上 ——超重 加速上升 减速下降 a方向向下 ——失重 加速下降 减速上升 思考与讨论 人站在力传感器上完成下蹲动作。观察计算机采集的图线。如图呈现的是某人下蹲过程中力传感器的示数随时间变化的情况。 很明显，图线直观地描绘了人在下蹲过程中力传感器的示数先变小，后变大，再变小，最后保持某一数值不变的全过程。 下蹲过程 如图，图线显示的是某人站在力传感器上，先“下蹲”后“站起”过程中力传感器的示数随时间的变化情况。 请你分析力传感器上的人“站起”过程中超重和失重的情况。 下蹲、站起两个过程 例题 设某人的质量为60 kg，站在电梯内的水平地板上，当电梯以0.25 m/s2 的加速度匀加速上升时，求人对电梯的压力。g 取9.8 m/s2。 分析 人站在电梯内的水平地板上，随电梯上升过程中受到两个力的作用：重力mg 和地板的支持力FN，受力分析如图所示。 解：设竖直向上方向为坐标轴正方向。 根据牛顿第二定律，有 FN － mg ＝ ma FN ＝ m（g＋a）＝ 60×（9.8＋0.25）N＝603 N 根据牛顿第三定律，人对电梯地板的压力FN′为 FN′ ＝－FN ＝－603 N 人对电梯的压力大小为603 N，方向竖直向下。 这个结果说明，当人与电梯共同向上加速或向下减速运动时，FN’＞G，人对电梯的压力将大于人所受的重力，出现超重现象。 同理，如果电梯加速下降（或减速上升），FN’ ＜G，人对电梯的压力将小于人的重力，出现失重现象。 如果人在加速下降的过程中加速度a ＝g，那么，体重计的示数为0。这时物体对支持物（或悬挂物）完全没有作用力，这种现象被叫作完全失重状态。 实际中有许多领域涉及超重和失重现象。例如，火箭发射时向上的加速度很大，火箭底部所承受的压力要比静止时大得多。如果是载人航天，在火箭发射阶段，航天员要承受数倍于自身体重的压力。只有很好地研究材料、机械结构、人体自身所能承受的压力问题，才能使火箭成功发射、航天员顺利飞向太空。 航天器在太空轨道上绕地球或其他天体运行时，航天器内的物体将处于完全失重状态。完全失重时，物体将飘浮在空中，液滴呈球形（如图），气泡在液体中将不会上浮，走路时稍有不慎，将会“上不着天，下不着地”…… 航天员在天宫二号上展示水球的实验 完成课后相关练习 谢谢观看 谢谢观看 $