4.6 超重和失重（教学课件）物理人教版必修第一册

第四章 运动和力的关系 6. 超重和失重 人教版·高一必修第一册 学习目标——物理学科素养 01 物理观念 理解超重、失重本质，知道由加速度方向决定，重力本身并未变化。 02 科学思维 运用牛顿第二定律分析超失重，区分视重与实重，辨析速度、加速度方向。 03 科学探究 借助实例、演示实验观察超失重现象，结合规律分析产生条件。 04 科学态度与责任 能用超失重知识解释电梯等现象，关注物理在生活、航天中的应用。 教学重难点 教学难点 教学重点 1. 理解超重、失重的概念及产生条件 2. 用牛顿第二定律分析超重失重问题 1. 区分加速度方向与超重失重的关系 2. 厘清视重变化，物体重力保持不变 课堂引入——观察与思考 水为什么在瓶子自由下落时，就不再从瓶子中流出了？你能解释这一现在吗？ 知识点1 重力的测量 方法一：测出当地的重力加速度，以及用天平测量物体的质量，根据：G ＝ mg。 探索新知 方法二：将待测物体悬挂或放置在测力计上，使它处于静止状态，根据：力的平衡条件。 知识点2 超重和失重 当人站上体重计，下蹲的过程中体重计的示数发生了变化，这是为什么呢？ 探索新知——思考与讨论 (1)如果人静止在体重计上，人受到几个力的作用？这几个力的大小关系是怎样的？ (2)人所受的支持力和人给体重计的压力大小什么关系？你的依据什么？ 探索新知——思考与讨论 依据：牛顿第三定律。 1.视重：体重计的示数，反映的是人对体重计的压力大小。 mg FN 2.实重：物体实际的重力大小。 3.视重与实重相等的条件：静止或匀速直线运动。 探索新知——视重与实重 (1)人站在体重计上向下蹲的过程中，你认为人经历了几个过程或状态？ (2)人在加速下蹲时，体重计的示数如何变化呢？为什么？ (3)人在减速下蹲时，体重计的示数如何变化呢？为什么？ 探索新知——思考与讨论 1.人向下加速下蹲过程 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(如图)，根据牛顿第二定律，有： mg － FN = ma FN = m(g－a)<mg 即体重计的示数所反映的视重（力）小于人所受的（实重）重力。 探索新知——体重计上的超重和失重 失重：物体对支持物的压力（对悬挂物的拉力）小于物体所受重力的现象，叫作失重现象。 思考：物体处于失重状态时，物体的重力发生改变了吗？ 探索新知——体重计上的超重和失重 2.人向下减速下蹲过程 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(如图)，根据牛顿第二定律，有： mg － FN = -ma FN = m(g+a)>mg 即体重计的示数所反映的视重（力）大于人所受的（实重）重力。 探索新知——体重计上的超重和失重 超重：物体对支持物的压力（对悬挂物的拉力）大于物体所受重力的现象，叫作超重现象。 思考：物体处于超重状态时，物体的重力发生改变了吗？ 探索新知——体重计上的超重和失重 (1)人站在力传感器上完成下蹲和站起动作，请你根据图像的变化分析，哪一段图像属于“下蹲”过程，哪一段图像属于“站起”过程？ 探索新知——思考与讨论 (2)“下蹲”过程中，失重阶段加速度的方向指向哪个方向？超重阶段加速度的方向指向哪个方向？ (3)“站起”过程中，失重阶段加速度的方向指向哪个方向？超重阶段加速度的方向指向哪个方向？ 探索新知——观察与实验 类型 v方向 a方向 现象 加速上升 减速上升 加速下降 减速下降 向上 向上 向下 向下 向上 向下 向下 向上 超重 失重 超重 失重 结论：当加速度方向向上时，物体发生超重现象， 当加速度方向向下时，物体发生失重现象。 探索新知——结论总结 【例1】如图所示，苹果自空中竖直落入深水中，到达某一深度后又返回到水面，下列说法正确的是（     ） A．苹果在空中下落时处于“超重”状态 B．苹果落入水中后“重力”变小了 C．苹果在水中向下运动时处于“超重”状态 D．苹果在水中向上运动时处于“失重”状态 典例解析 C 典例解析 【答案】C 【详解】A．苹果在空中下落时，忽略空气阻力，只受重力作用，加速度方向竖直向下，处于失重状态，故A错误； B．苹果在整个运动过程中，质量不变，重力加速度不变，根据可知重力不变，故B错误； CD．苹果在水中运动时，无论是向下减速还是向上加速，所受合力方向均竖直向上，加速度方向竖直向上，均处于超重状态，故C正确，D错误； 故选C。 【例2】以竖直向上为正方向，某同学乘电梯开始下楼的加速度a随时间t变化的图线如图所示，则该同学（　　） A．0~4s内处于超重状态 B．7~10s内处于失重状态 C．t =4s时速度最大 D．4~7s内处于静止状态 典例解析 C 典例解析 【答案】C 【详解】A．以竖直向上为正方向，0~4s内加速度为负，可知加速度方向向下，物体处于失重状态，故A错误； B．7~10s内加速度为正，可知加速度方向向上，故物体处于超重状态，故B错误； CD．根据题意，该同学初速度为零，由AB选项的分析，该同学0~4s内经历失重，即向下做加速运动，4~7s内加速度为零，做匀速直线运动，7~10s内经历超重，即向下做减速运动，可知t =4s时速度最大，故C正确，D错误。 故选C。 当物体处于失重状态，且a＝g时会发生什么现象？ 物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）等于零的情况称为完全失重现象。 FN = m (g－a)= 0 此时重力为零吗？ 探索新知——思考与讨论 通过这节课的学习，你如何解释本节课开始时视频中的现象？ 【例3】如图所示，一个盛水的容器底部有一小孔。静止时用手指堵住小孔不让它漏水，假设容器在下述几种运动过程中始终保持平动，且忽略空气阻力，下列说法正确的是（　　） A．容器自由下落时，小孔向下漏水 B．将容器竖直向上抛出，容器向上运动时，小孔向下漏水 C．将容器水平抛出，容器在运动中小孔向下漏水 D．将容器斜向上抛出，容器在运动中小孔不向下漏水 典例解析 D 典例解析 【答案】D 【详解】无论容器是自由下落还是向哪个方向抛出，都是只在重力作用下的运动，处于完全失重状态，水和容器的运动状态相同，它们之间没有相互作用，水不会从小孔中漏出。 故选D。 课堂小结 超重和失重 超重 特征 运动 加速度方向向上 加速上升、减速下降 失重 特征 运动 加速度方向向下 减速上升、加速下降 课堂小结 课堂练习 1．中国空间站“天宫”运行在距离地球表面约400km的近地轨道，航天员长期驻留期间会进行多项科学实验。下列说法正确的是（     ） A．空间站中的航天员处于完全失重状态，完全失重即重力消失 B．空间站中的航天员可以在舱内用弹簧测力计测量物体重力 C．航天员在乘坐神舟飞船从地面加速上升时，处于超重状态 D．航天员漂浮在舱内时，其惯性比在地面上静止时更小 课堂练习 C 课堂练习 【答案】C 【详解】A．空间站绕地球做匀速圆周运动时，航天员处于完全失重状态，但重力并未消失，A错误； B．弹簧测力计测量“重力”的本质是测量物体对弹簧的拉力，完全失重状态下，物体对弹簧的拉力为零，示数应为零，B错误； C．航天员加速上升时，处于超重状态，C正确； D．惯性的大小仅由物体的质量决定，与运动状态无关，航天员的质量在太空和地面保持不变，因此惯性大小不变，D错误。 故选C。 2．如图是某物理兴趣小组从某时刻开始计时，取向上为位移正方向画出的无人机竖直上升时的位移—时间图像，则从图像中分析可知（　　） A．无人机前1s内处于失重状态 B．内无人机速度不变 C．内无人机处于超重状态 D．内无人机加速下降 课堂练习 A 课堂练习 【答案】A 【详解】A．根据图像斜率表示速度，由图可知，无人机前1s内减速上升，加速度向下，处于失重状态，故A正确； B．根据图像斜率表示速度，由图可知，内无人机处于静止状态，故B错误； CD．根据图像斜率表示速度，由图可知，内无人机匀速下降，处于平衡状态，故CD错误。 故选A。 3．利用智能手机的加速度传感器可直观显示手机的加速度情况。用手掌托着手机，打开加速度传感器后，手掌从静止开始上下运动。以竖直向上为正方向，测得手机在竖直方向的加速度随时间变化的图像如图所示，则手机（　　） A．在t1时刻速度最大 B．在t2时刻开始加速下降 C．在时间内处于失重状态 D．在时间内受到的支持力逐渐增加 课堂练习 C 课堂练习 【答案】C 【详解】A．由题图可知时间内，加速度向上减小，与手机的速度方向相同，故手机的速度继续增大，当时刻加速度减为零时，手机的速度达到最大值，故A错误； B．时刻以后，加速度的方向向下，与手机的速度方向相反，所以时刻以后手机向上做减速运动，故B错误； C．在时间内，手机加速度的方向向下，所以手机处于失重状态，故C正确； D．在时间内，手机的加速度向上逐渐减小，根据牛顿第二定律有 所以手机受到的支持力也逐渐减小，故D错误。 故选C。 4．2025年济南市老旧电梯更新工程中，部分超龄服役老旧电梯完成更新改造，新电梯运行平稳性达到国家最新标准。某次新电梯向下运行过程的速度v随时间t变化规律如图所示。电梯内水平地板上放着质量为m的物块，重力加速度为g，下列说法正确的是（    ） A．0～5s内物块受到的重力大于mg B．运行过程中只有5～10s内物块受到的重力等于mg C．0～5s内物块对地板的压力大于mg D．10～15s内物块处于超重状态 课堂练习 D 课堂练习 【答案】D 【详解】AB．无论电梯如何运动，物块的重力是不变的，则在任何时刻物块受到的重力都等于mg，AB错误； C．0～5s内物块的加速度向下，处于失重状态，则物块对地板的压力小于mg，C错误； D．10～15s内物块加速度向上，处于超重状态，D正确。 故选D。 5．如图所示，A、B两物体叠放在一起，以相同的初速度斜上抛（不计空气阻力）。下列说法正确的是（　　） A．在上升和下降过程中A对B的压力一定为零 B．上升过程中A、B之间可能存在摩擦力 C．上升过程中A、B一直处于超重状态 D．在上升和下降过程中A对B的压力等于A物体受到的重力 课堂练习 A 课堂练习 【答案】A 【详解】以A、B整体为研究对象，在上升和下降过程中仅受重力，加速度为重力加速度，则A、B均处于完全失重状态，A对B的压力一定为零，A、B之间不存在摩擦力作用。 故选A。 课后作业 作业 内容 同步作业 完成课后作业：“练习与应用” 自主安排 配套同步分层作业 谢谢聆听 谢谢聆听 Lavf58.20.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.12.100 Lavf58.20.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $