物理必修17 用牛顿定律解决问题（二）多媒体教学课件ppt

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一、超重和失重的性质1.超重:(1)定义:物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)_____物体所受重力的现象。(2)产生条件:物体具有_____的加速度。2.失重:(1)定义:物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)_____物体所受重力的现象。(2)产生条件:物体具有_____的加速度。
3.完全失重:(1)定义:物体对支持物(或对悬挂物)_______________的现象。(2)产生条件:物体竖直_____的加速度等于g。二、超重和失重的应用设物体质量为m,在向上的拉力F作用下在竖直方向上运动,竖直方向加速度为a,重力加速度为g。1.超重:由_____=ma可得F=______,即拉力_____重力。超重“ma”,加速度a越大,超重越多。
2.失重:由_____=ma可得F=______,即拉力_____重力。失重“ma”,加速度a越大,失重越多。3.完全失重:由mg-F=ma和a=g联立解得F=__,即拉力为__,失重“mg”。
主题一 超重和失重的性质【生活情境】
情境1:在实验中的天平和测力计。情境2:生活中的观光电梯。
【问题探究】(1)怎样利用天平求出物体受到的重力?提示:先用天平测出物体的质量,利用G=mg求得。(2)怎样利用测力计得到物体受到的重力?提示:用测力计将物体竖直悬挂并处于静止状态,测力计的示数即为物体重力的大小。
(3)情境2中,某人乘坐电梯正在向上运动。①电梯启动瞬间加速度方向向哪?人受到的支持力比其重力大还是小?电梯匀速向上运动时,人受到的支持力比其重力大还是小?提示:电梯启动瞬间加速度方向向上,人受到的合力方向向上,所以支持力大于重力;电梯匀速向上运动时,人受到的合力为零,所以支持力等于重力。②电梯将要到达目的地减速运动时加速度方向向哪?人受到的支持力比其重力大还是小?提示:减速运动时,因速度方向向上,故加速度方向向下,即人受到的合力方向向下,支持力小于重力。
【结论生成】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”,大小等于弹簧测力计所受的拉力或台秤所受的压力。当物体处于超重或失重时,物体的重力并未变化,只是视重变了。
2.超重、失重和完全失重的比较:
【典例示范】下列关于超重和失重的说法正确的是(　　)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
【解析】选B。从受力上看,失重物体所受合外力向下,超重物体所受合外力向上;从加速度上看,失重物体的加速度向下,而超重物体的加速度向上。A、C、D中的各运动员所受合外力为零,加速度为零,只有B中的运动员处于失重状态。
【规律方法】超、失重问题的三点提醒(1)物体处于超重或失重状态时,物体的重力并未变化,只是视重变了。(2)发生超重或失重现象只取决于加速度的方向,与物体的速度变化、大小均无关。(3)完全失重状态的说明:在完全失重的状态下,平时一切由重力产生的物理现象都将完全消失,比如物体对支持物无压力、摆钟停止摆动、液体柱不再产生向下的压强等。靠重力才能使用的仪器将失效,不能再使用(如天平、液体气压计等)。
【素养训练】1.如图,跳高运动员起跳后向上运动,越过横杆后开始向下运动,则运动员越过横杆前、后在空中所处的状态分别为(　　)A.失重、失重　B.超重、超重C.失重、超重D.超重、失重
【解析】选A。运动员在空中的过程中,加速度总是竖直向下的重力加速度g,则运动员越过横杆前、后在空中所处的状态都是失重状态,A项正确。
2.(多选)某实验小组的同学在电梯的天花板上固定一个弹簧测力计,使其测量挂钩向下,并在钩上悬挂一个重为10 N的钩码。弹簧测力计弹力随时间变化的规律可通过一传感器直接得出,如图所示。则下列分析正确的是(　　)A.从t1到t2,钩码处于失重状态B.从t3到t4,钩码处于超重状态C.电梯可能开始在1楼,先加速向上,接着匀速向上,再减速向上,最后停在3楼D.电梯可能开始在3楼,先加速向下,接着匀速向下,再减速向下,最后停在1楼
【解析】选A、B、D。从t1到t2,由题图可知钩码对传感器的拉力小于钩码的重力,钩码处于失重状态,加速度向下,电梯向下加速运动或向上减速运动,选项A正确;从t3到t4,由题图可知钩码对传感器的拉力大于钩码的重力,钩码处于超重状态,加速度向上,电梯向下减速运动或向上加速运动,选项B正确;综合得出,选项C错误,选项D正确。
3.(多选)在升降电梯内的地面上放一体重计,电梯静止时,晓敏同学站在体重计上,体重计示数为50 kg,电梯运动过程中,某一段时间内晓敏同学发现体重计示数如图所示,在这段时间内下列说法正确的是(　　)A.晓敏同学所受的重力变小了B.晓敏对体重计的压力小于晓敏的重力C.电梯一定在竖直向下运动D.电梯的加速度大小为 方向一定竖直向下
【解析】选B、D。晓敏在这段时间内处于失重状态,晓敏对体重计的压力变小了,而晓敏的重力没有改变,A错误,B正确;人处于失重状态,加速度向下,可能向上减速运动,也可能向下加速运动,故C错误;以竖直向下为正方向,有:mg-F=ma,即50g-40g=50a,解得a= 方向竖直向下,故D正确。
【补偿训练】如图所示,A、B两人用安全带连接在一起,从飞机上跳下进行双人跳伞运动,降落伞未打开时不计空气阻力。下列说法正确的是(　　)A.在降落伞未打开的下降过程中,安全带的作用力一定为零B.在降落伞未打开的下降过程中,安全带的作用力大于B的重力C.在降落伞未打开的下降过程中,安全带的作用力等于B的重力D.在降落伞打开后减速下降过程中,安全带的作用力小于B的重力
【解析】选A。据题意,降落伞未打开时,A、B两人一起做自由落体运动,处于完全失重状态,则A、B之间安全带的作用力为0,A正确,B、C错误;降落伞打开后,A、B减速下降,加速度向上,则A、B处于超重状态,对B有:T-mg=ma,即T=mg+ma>mg,故D错误。
主题二 超重和失重的应用【生活情境】大型游乐设备探空梭可以让乘客体会失重、超重。
【问题探究】“探空梭”是20世纪末,新近开发的将机械、液压、计算机控制融为一体的高科技游乐设备,有人称它为直立式的“过山车”。国际游乐界称之为21世纪挑战人类极限的登峰造极的游乐设备。乘客乘上设备后,座舱以压缩空气为动力气压,沿着垂直的轨道,以每秒20余米的速度弹射到四十余米的高空,随即又以自由落体向下跌落,然后再次向上弹射,如此循环两次后,靠压缩空气的有序释放,座舱缓缓下降,直至站台。这是一种极为刺激,而又非常安全的游乐设备。试从加速度的角度、运动的角度、受力的角度分析乘客何时超重、何时失重?
提示:超重时:支持力大于重力,加速度向上,向上加速或向下减速;失重时:支持力小于重力,加速度向下,向上减速或向下加速。
【结论生成】1.超重、失重的比较及有关计算:
2.判断物体超重与失重的方法:(1)从受力的角度判断:超重:物体所受向上的拉力(或支持力)大于重力,即视重大于实重。失重:物体所受向上的拉力(或支持力)小于重力,即视重小于实重。完全失重:物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)为零,即视重为零。(2)从加速度的角度判断:①当物体的加速度方向向上(或竖直分量向上)时,处于超重状态。根据牛顿第二定律:N-mg=ma,此时N>mg,即处于超重状态。
②当物体的加速度方向向下(或竖直分量向下)时,处于失重状态。根据牛顿第二定律:mg-N=ma,此时N【典例示范】(多选)在升降机中,一个人站在磅秤上,发现自己的体重减轻了20%,于是他作出下列判断,其中正确的是(　　)A.升降机可能以0.8g的加速度加速上升B.升降机可能以0.2g的加速度加速下降C.升降机可能以0.2g的加速度减速上升D.升降机可能以0.8g的加速度减速下降
【解析】选B、C。若a=0.8g,方向竖直向上,由牛顿第二定律有F-mg=ma,得F=1.8mg,其中F为人的视重,即人此时处于超重状态,A、D错误。若a=0.2g,方向竖直向下,根据牛顿第二定律有mg-F′=ma,得F′=0.8mg,人的视重比实际重力小 ×100%=20%,B、C正确。
【素养训练】1.如图所示为一物体随升降机由一楼竖直向上运动到某高层的过程中的v -t图像,则(　　)A.物体在0～2 s处于失重状态B.物体在2～8 s处于超重状态C.物体在8～10 s处于失重状态D.由于物体的质量未知,所以无法判断超重、失重状态
【解析】选C。从加速度的角度判断,由题意知0～2 s物体的加速度竖直向上,则物体处于超重状态;2～8 s物体的加速度为零,物体处于平衡状态;8～10 s物体的加速度竖直向下,则物体处于失重状态,故C正确。
2.某人在以a=0.5 m/s2的加速度匀加速下降的升降机中最多可举起m1=90 kg的物体,则此人在地面上最多可举起多少千克的物体?若此人在匀加速上升的升降机中最多能举起m2=40 kg的物体,则此升降机上升的加速度为多大?(g取10 m/s2)
【解析】以物体为研究对象,对物体进行受力分析及运动状态分析,如图甲所示,设人的最大“举力”为F,
由牛顿第二定律得m1g-F=m1a1所以F=m1(g-a1)=855 N当他在地面上举物体时,设最多可举起质量为m0的物体,则有m0g-F=0所以m0=85.5 kg此人在匀加速上升的升降机中最多能举起m2=40 kg的物体,由于m0=85.5 kg>m2=40 kg,显然此时升降机一定处于超重状态,对物体进行受力分析和运动情况分析,如图乙所示。
由牛顿第二定律得F-m2g=m2a2所以a2= =11.375 m/s2即升降机加速上升的加速度为11.375 m/s2答案:85.5 kg　11.375 m/s2