1、第四章运动和力的关系第四章运动和力的关系6.超重和失重超重和失重自主自主预习预习新知新知导学导学合作合作探究探究释疑释疑解惑解惑课课 堂堂 小小 结结随随 堂堂 练练 习习课标定课标定位位1.知道超重和失重现象知道超重和失重现象,并理解产生超重、失重现象的条件。并理解产生超重、失重现象的条件。2.能够运用牛顿运动定律分析超重和失重现象。能够运用牛顿运动定律分析超重和失重现象。素养阐释素养阐释1.通过观察超重和失重现象通过观察超重和失重现象,掌握分析和归纳问题的方法。掌握分析和归纳问题的方法。2.通过实验和理论分析探究超重和失重现象的过程通过实验和理论分析探究超重和失重现象的过程,体会科体会科学
2、探究和科学思维在研究物理问题中的作用。学探究和科学思维在研究物理问题中的作用。自主自主预习预习新知导学新知导学一、重力的测量方法一、重力的测量方法1.先测量物体做自由落体运动的加速度先测量物体做自由落体运动的加速度g,再用天平测量物再用天平测量物体的质量体的质量,利用牛顿第二定律可得利用牛顿第二定律可得G=mg。2.利用力的平衡条件对重力进行测量。利用力的平衡条件对重力进行测量。二、超重和失重二、超重和失重1.超重超重(1)定义定义:物体对支持物的压力物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力或对悬挂物的拉力)大于大于物体物体所受重力的现象。所受重力的现象。(2)产生条件产生条件:物体物体具有具有向
3、上向上的加速度。的加速度。2.失重失重(1)定义定义:物体对支持物的压力物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力或对悬挂物的拉力)小于小于物体物体所受重力的现象。所受重力的现象。(2)产生条件产生条件:物体具有物体具有向下向下的加速度。的加速度。(3)完全失重完全失重定义定义:物体对支持物物体对支持物(或悬挂物或悬挂物)完全完全没有作用力没有作用力的现象的现象;产生条件产生条件:加速度加速度a=g,方向方向竖直向下竖直向下。【思考讨论】【思考讨论】1.判断下列说法的正误。判断下列说法的正误。(1)物体处于超重状态时物体处于超重状态时,一定向上运动。一定向上运动。()(2)只要物体向下运动只要物体向
4、下运动,就会引起失重现象。就会引起失重现象。()(3)物体完全失重时物体完全失重时,不受重力作用。不受重力作用。()提示提示:(1)(2)(3)2.超重是重力增加了吗超重是重力增加了吗?失重是重力减小了吗失重是重力减小了吗?如何理解超如何理解超重与失重重与失重?提示提示:物体处于超重或失重状态时物体处于超重或失重状态时,重力并未发生变化重力并未发生变化,而是而是对支持物的压力对支持物的压力(或对悬挂物的拉力或对悬挂物的拉力)不再等于重力不再等于重力,即视重变即视重变化。化。3.质量为质量为m的物体放在台秤上的物体放在台秤上,将台秤竖直向上抛出后将台秤竖直向上抛出后,若空若空气阻力忽略不计气阻力
5、忽略不计,则台秤的示数为多少则台秤的示数为多少?提示提示:台秤向上抛出后台秤向上抛出后,物体和台秤的加速度均为重力加速物体和台秤的加速度均为重力加速度。根据牛顿第二定律可知度。根据牛顿第二定律可知,物体与台秤之间无相互作用力物体与台秤之间无相互作用力,因此台秤示数为因此台秤示数为0。合作合作探究探究释疑解惑释疑解惑根据教材安排，本节课分五大部分进行：眼球的构造；眼睛看物原理；近视眼的成因及其矫正；远视眼的成因及其矫正；介绍有关眼保健知识，进行用眼卫生教育。眼睛看物原理、近视眼的成因和矫正是本节课的重难点，所以我重点把这两部分的教学设计进行详细阐述。从人文关怀的角度看，现在学生的近视率越来越高，
6、保护我们的眼睛已经刻不容缓，所以也应该把介绍有关眼保健知识，进行用眼卫生教育作为本节课的重点。2实验方案(1)动量守恒，即p1p2p1p2.1、演示实验生蜗牛爬行最慢，光速最快因为蜗牛爬行的速度最小，光的速度最大（2）你还想知道什么？请到.Cn/czwl/kcbl看一看。非完全弹性碰撞守恒有损失一、原子的核式结构5核反应遵循电荷数守恒(2)光速不变原理：真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，光速与光源、观测者间的相对运动没有关系1应用质能方程解题的流程图1速度变换公式：uuv1uvc2.在整堂课的学习中，能过发散式思维的训练，培养学生乐于参加探究的态度，敢于把想法说出来与大家交流的勇气知
7、识点知识点一一 对对超重、失重的理解超重、失重的理解问题引领问题引领如图所示如图所示,某人正乘坐电梯向上运动。某人正乘坐电梯向上运动。(1)电梯启动瞬间加速度方向向哪电梯启动瞬间加速度方向向哪?人受到的人受到的支持力比其重力大还是小支持力比其重力大还是小?电梯匀速向上运动电梯匀速向上运动时时,人受到的支持力比其重力大还是小人受到的支持力比其重力大还是小?(2)电梯将要到达目的地减速运动时加速度方电梯将要到达目的地减速运动时加速度方向向哪向向哪?人受到的支持力比其重力大还是小人受到的支持力比其重力大还是小?提示提示:(1)电梯启动瞬间加速度方向向上电梯启动瞬间加速度方向向上,人受到的合力方向人受
8、到的合力方向向上向上,所以支持力大于重力所以支持力大于重力;电梯匀速向上运动时电梯匀速向上运动时,人受到的合人受到的合力为零力为零,所以支持力等于重力。所以支持力等于重力。(2)减速运动时减速运动时,因速度方向向上因速度方向向上,故加速度方向向下故加速度方向向下,即人受即人受到的合力方向向下到的合力方向向下,支持力小于重力。支持力小于重力。归纳提升归纳提升1.视重视重重力是由于地球对物体的吸引而产生的力重力是由于地球对物体的吸引而产生的力,当物体挂在弹簧当物体挂在弹簧测力计下或放在水平台秤上时测力计下或放在水平台秤上时,弹簧测力计和台秤的示数称弹簧测力计和台秤的示数称为为“视重视重”,等于其所
9、受拉力或压力等于其所受拉力或压力,视重实际反映的是视重实际反映的是“弹力弹力”,只有平衡状态时只有平衡状态时,这个这个“弹力弹力”即视重才等于物体的重力。即视重才等于物体的重力。2.超重、失重的超重、失重的比较比较 物体处于超重或失重时物体处于超重或失重时,物体的重力并未变化物体的重力并未变化,只是视重变只是视重变了。完全失重时了。完全失重时,视重为零。视重为零。典型例题典型例题【例题【例题1】在电梯中在电梯中,把一重物置于台秤上把一重物置于台秤上,台秤与力传感台秤与力传感器相连器相连,当电梯从静止起加速上升当电梯从静止起加速上升,然后又匀速运动一段时间然后又匀速运动一段时间,最后停止运动时最
10、后停止运动时,传感器的荧屏上显示出其受的压力与时间传感器的荧屏上显示出其受的压力与时间的关系图像如图所示。试由此图回答问题的关系图像如图所示。试由此图回答问题:(g取取10 m/s2)(1)该物体的重力是多少该物体的重力是多少?电梯在超重和失重时物体的重力电梯在超重和失重时物体的重力是否变化是否变化?(2)电梯在超重和失重时的最大加速度分别是多大电梯在超重和失重时的最大加速度分别是多大?答案答案:(1)30 N不变不变(2)6.67 m/s26.67 m/s2解析解析:(1)根据题意根据题意,4 18 s内物体随电梯一起匀速运动内物体随电梯一起匀速运动,由平由平衡条件及牛顿第三定律知衡条件及牛
11、顿第三定律知,台秤受的压力和物体的重力相等台秤受的压力和物体的重力相等,即即G=30 N;根据超重和失重的本质得物体的重力不变。根据超重和失重的本质得物体的重力不变。(2)超重时超重时,台秤对物体的支持力最大为台秤对物体的支持力最大为50 N,由牛顿第二定由牛顿第二定失重时失重时,台秤对物体的支持力最小为台秤对物体的支持力最小为10 N,由由牛顿第二定律牛顿第二定律(1)物体处于超重或失重状态时物体处于超重或失重状态时,物体的重力并未变化物体的重力并未变化,只是只是视重变了。视重变了。(2)发生超重或失重现象只取决于加速度的方向发生超重或失重现象只取决于加速度的方向,与物体的与物体的速度变化、
12、大小均无关速度变化、大小均无关。(3)超重和失重的几种不同运动形式超重和失重的几种不同运动形式(4)完全失重状态的说明完全失重状态的说明:在完全失重的状态下在完全失重的状态下,平时一切由平时一切由重力产生的物理现象都将完全消失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比如物体对支持物无压力、摆钟停止摆动、浸在水中的物体不再受浮力、液体柱不力、摆钟停止摆动、浸在水中的物体不再受浮力、液体柱不再产生向下的压强等再产生向下的压强等;靠重力才能使用的仪器将失效靠重力才能使用的仪器将失效,不能再不能再使用使用(如天平、水银气压计等如天平、水银气压计等)。1原子跃迁的条件(1)结合能师这就是速度
13、、路程和时间的关系式即速度的公式3光电效应规律又根据m43R3m，解得3GT20.2利用质能方程计算核能时，不能用质量数代替质量进行计算(2)当作用力F一定时，力的作用时间t越长，动量变化量p越大，力的作用时间t越短，动量变化量p越小过程与方法(8)实验结论：在实验误差范围内，碰撞系统的动量守恒本节课的第二个重点内容是：近视眼的成因和矫正。下面我谈谈我的设计思路。拓展：液体对容器底和容器壁有压强。在光的干涉、衍射中，要注意光的波长，像双缝干涉中，通常是指光在真空(空气)中的波长，若装置处于其他介质中，就应取光在介质中的波长又如薄膜干涉、增透膜等，也应为在这种介质中的波长4.应用动量守恒定律解题
14、的步骤h1为从水的自由面(即管顶)到箱内顶部的竖直距离，也就是管子的长度。【变式训练【变式训练1】在升降电梯内的地面上放一体重计在升降电梯内的地面上放一体重计,电梯静电梯静止时止时,晓敏同学站在体重计上晓敏同学站在体重计上,体重计示数为体重计示数为50 kg,电梯运动电梯运动过程中过程中,某一段时间内晓敏同学发现体重计示数如图所示某一段时间内晓敏同学发现体重计示数如图所示,在在这段时间内这段时间内,下列说法正确的是下列说法正确的是()A.因为体重计示数变小了因为体重计示数变小了,所以所以晓敏晓敏同学同学所受的重力变小了所受的重力变小了B.晓敏对体重计的压力小于体重计对晓敏的支持力晓敏对体重计的
15、压力小于体重计对晓敏的支持力C.电梯一定在竖直向下运动电梯一定在竖直向下运动D.电梯的加速度大小电梯的加速度大小为为 ,方向一定竖直向下方向一定竖直向下答案答案:D解析解析:晓敏在这段时间内处于失重状态晓敏在这段时间内处于失重状态,晓敏对体重计的压晓敏对体重计的压力变小了力变小了,而晓敏的重力没有改变而晓敏的重力没有改变,A错错;晓敏对体重计的压力晓敏对体重计的压力与体重计对晓敏的支持力是一对作用力与反作用力与体重计对晓敏的支持力是一对作用力与反作用力,大小一大小一定相等定相等,B错错;以竖直向下为正方向以竖直向下为正方向,有有mg-F=ma,解得解得a=,方向方向竖直向下竖直向下,但速度方向
16、可能是竖直向上但速度方向可能是竖直向上,也可能是竖直向下也可能是竖直向下,C错错,D正确。正确。知识点知识点二二 超重超重、失重问题的应用、失重问题的应用问题引领问题引领如图所示如图所示,质量为质量为m的人站在台秤上随电梯以加速度的人站在台秤上随电梯以加速度a匀加匀加速斜向上运动速斜向上运动,这一现象属于超重吗这一现象属于超重吗?台秤的示数是台秤的示数是m(g+a)吗吗?提示提示:属于超重属于超重;不是。将加速度正交分解如图所示不是。将加速度正交分解如图所示,则台秤则台秤示数示数F=m(g+asin)。归纳提升归纳提升处理超重与失重问题的基本思路处理超重与失重问题的基本思路超重和失重问题实际上
17、就是牛顿第二定律应用的延续超重和失重问题实际上就是牛顿第二定律应用的延续,解题解题时仍应抓住联系运动和力的桥梁时仍应抓住联系运动和力的桥梁加速度。加速度。(1)确定研究对象确定研究对象;(2)把研究对象从系统中隔离出来把研究对象从系统中隔离出来,受力分析并画出受力图受力分析并画出受力图;(3)选取正方向选取正方向,分析物体的运动情况分析物体的运动情况,明确加速度方向明确加速度方向;(4)据牛顿运动定律和运动学公式列方程据牛顿运动定律和运动学公式列方程;(5)解方程解方程,找出所需要的结果。找出所需要的结果。典型例题典型例题【例题【例题2】某同学设计了一个测量长距离电动扶梯加速度某同学设计了一个
18、测量长距离电动扶梯加速度的实验的实验,实验装置如图甲所示实验装置如图甲所示,将一电子秤置于水平的扶梯台将一电子秤置于水平的扶梯台阶上阶上,实验员站在电子秤上相对电子秤静止。使电动扶梯由实验员站在电子秤上相对电子秤静止。使电动扶梯由静止开始斜向上运动静止开始斜向上运动,整个运动过程可分为三个阶段整个运动过程可分为三个阶段,先加速、先加速、再匀速、最终减速停下。已知电动扶梯与水平方向夹角为再匀速、最终减速停下。已知电动扶梯与水平方向夹角为37,重力加速度重力加速度g取取10 m/s2,sin 37=0.6,cos 37=0.8,某次测量某次测量的三个阶段中电子秤的示数的三个阶段中电子秤的示数F随时
19、间随时间t的变化关系如图乙所示。的变化关系如图乙所示。(1)画出加速过程中实验员的受力示意图。画出加速过程中实验员的受力示意图。(2)求该次测量中实验员的质量求该次测量中实验员的质量m。(3)求该次测量中电动扶梯加速过程的加速度大小求该次测量中电动扶梯加速过程的加速度大小a1和减速和减速过程的加速度大小过程的加速度大小a2,并判断是超重还是失重。并判断是超重还是失重。答案答案:(1)见见解析解析(2)60 kg(3)0.56 m/s20.42 m/s2向上向上加速过程是超重、向上减速过程是失重加速过程是超重、向上减速过程是失重解析解析:此题考查学生对超重和失重现象的理解与应用此题考查学生对超重
20、和失重现象的理解与应用,意在意在培养学生应用牛顿运动定律分析问题的能力培养学生应用牛顿运动定律分析问题的能力,逐步形成自己逐步形成自己的科学思维等核心素养。的科学思维等核心素养。(1)对实验员受力分析对实验员受力分析,画出示意图如图所示。画出示意图如图所示。(2)36 s电梯匀速直线运动电梯匀速直线运动,实验员受力平衡实验员受力平衡F=mg=600 N,得得m=60 kg。(3)加速阶段加速阶段,对竖直方向对竖直方向,根据牛顿第二定律根据牛顿第二定律F1-mg=ma1sin 37 解得解得a1=0.56 m/s2,因为有竖直向上的加速度因为有竖直向上的加速度,所以是超重。所以是超重。同理减速时
21、同理减速时,根据牛顿第二定律根据牛顿第二定律mg-F2=ma2sin 37 解得解得a2=0.42 m/s2,因为有竖直向下的加速度因为有竖直向下的加速度,所以是失重所以是失重。运动的物体运动的物体,只要有竖直向上的加速度分量只要有竖直向上的加速度分量,即属于超重即属于超重;有有竖直向下的加速度分量竖直向下的加速度分量,即属于失重。即属于失重。【变式训练【变式训练2】如图所示的装置中如图所示的装置中,重力为重力为4 N的物块的物块,用一平行于斜面的细线拴在斜面上端用一平行于斜面的细线拴在斜面上端的小柱上的小柱上,整个装置被固定在台秤上并保持静整个装置被固定在台秤上并保持静止止,斜面的倾角为斜面
22、的倾角为30。如果物块与斜面间无摩。如果物块与斜面间无摩擦擦,装置静止以后装置静止以后,烧断细线烧断细线,物块下滑物块下滑,与静止时与静止时比较比较,台秤的读数台秤的读数()A.增大增大4 NB.增大增大3 NC.减小减小1 ND.不变不变(2)同位素：具有相同质子数、不同中子数的原子，在元素周期表中的位置相同，同位素具有相同的化学性质1偏振光的产生方式2确定衰变次数的方法微观粒子中的粒子性与宏观概念中的粒子性不同，通俗地讲，宏观粒子运动有确定的轨道，能预测，遵守经典物理学理论，而微观粒子运动轨道具有随机性，不能预测，也不遵守经典物理学理论；微观粒子的波动性与机械波也不相同，微观粒子波动性是指
23、粒子到达不同位置的机会不同，遵守统计规律，所以这种波叫概率波令观察者静止，判断被观察者因相对运动而引起的位置变化解析(1)设月球质量为m，卫星质量为m，月球的半径为Rm，对于绕月球表面飞行的卫星，由万有引力提供向心力有反冲运动中机械能往往不守恒结论：水对容器的底部和侧壁都有压强。在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹(2)调制分类：调幅和调频(3)x1、x2均为沿动量方向相对于同一参考系的位移3半衰期速度的概念及单位答案答案:C 课课 堂堂 小小 结结随随 堂堂 练练 习习1.(对超重、失重和完全失重的理解对超重、失重和完全失重的理解)下列关于超重与失重的下列关于超重与失重的说法正确的
24、是说法正确的是()A.超重就是物体的重力增加了超重就是物体的重力增加了B.失重就是物体的重力减少了失重就是物体的重力减少了C.完全失重就是物体的重力没有了完全失重就是物体的重力没有了D.不论是超重、失重不论是超重、失重,还是完全失重还是完全失重,物体所受的重力是不变物体所受的重力是不变的的答案答案:D2.(2019北京期末北京期末)(超失重的判断超失重的判断)如图所示如图所示,小孩在蹦床上沿小孩在蹦床上沿竖直方向蹦跳竖直方向蹦跳,对其从最低点到离开床面的过程对其从最低点到离开床面的过程,下列说法正下列说法正确的是确的是()A.小孩一直处于超重状态小孩一直处于超重状态B.小孩一直处于失重状态小孩
25、一直处于失重状态C.小孩会经历先超重后失重的过程小孩会经历先超重后失重的过程D.小孩刚离开蹦床时的速度最大小孩刚离开蹦床时的速度最大答案答案:C解析解析:开始小孩受到的弹力大于重力开始小孩受到的弹力大于重力,向上加速向上加速,小孩处于超重小孩处于超重状态状态;当小孩受到的弹力小于重力时当小孩受到的弹力小于重力时,向上减速向上减速,小孩处于失重小孩处于失重状态。小孩经历先超重后失重的过程状态。小孩经历先超重后失重的过程,故故A、B错误错误,C正确正确;当当小孩所受弹力等于重力时小孩所受弹力等于重力时,加速度为零加速度为零,速度最大速度最大,故故D错误。错误。3.(完全失重的理解完全失重的理解)如
26、图所示如图所示,一个盛水的容器底部有一小孔。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假设容器在下述几种运动过程中始终保持平动动过程中始终保持平动,且忽略空气阻力且忽略空气阻力,则则()A.容器自由下落时容器自由下落时,小孔向下漏水小孔向下漏水B.将容器竖直向上抛出将容器竖直向上抛出,容器向上运动时容器向上运动时,小孔小孔向下向下漏水漏水;容器向下运动时容器向下运动时,小孔不向下漏水小孔不向下漏水C.将容器水平抛出将容器水平抛出,容器在运动中小孔向下漏水容器在运动中小孔向下漏水D.将容器无论怎样抛出将容器无论怎样抛出,容器在运
27、动中小孔不向下漏水容器在运动中小孔不向下漏水答案答案:D解析解析:在忽略空气阻力的前提下在忽略空气阻力的前提下,不论物体做何种抛体运动不论物体做何种抛体运动,其其均处于完全失重状态均处于完全失重状态,水均不会从小孔流出。水均不会从小孔流出。4.(超失重的计算超失重的计算)质量为质量为60 kg的人站在升降机中的体重计上的人站在升降机中的体重计上,当升降机做下列运动时当升降机做下列运动时,体重计的读数是多少体重计的读数是多少?(g取取10 m/s2)(1)升降机匀速上升升降机匀速上升,其速度其速度v=2 m/s;(2)升降机以升降机以2 m/s2的加速度匀加速上升的加速度匀加速上升;(3)升降机
28、以升降机以2 m/s2的加速度匀加速下降的加速度匀加速下降;(4)升降机以升降机以2 m/s2的加速度匀减速下降。的加速度匀减速下降。答案答案:(1)600 N(2)720 N(3)480 N(4)720 N解析解析:以升降机中的人为研究对象进行受力分析。以升降机中的人为研究对象进行受力分析。(1)当升降机匀速上升时当升降机匀速上升时,FN1-mg=0,所以所以FN1=mg=600 N,根据根据牛顿第三定律牛顿第三定律,人对体重计的压力即读数为人对体重计的压力即读数为600 N。(2)当升降机以当升降机以2 m/s2的加速度匀加速上升时的加速度匀加速上升时,a的方向竖直向的方向竖直向上上,由牛
29、顿第二定律得由牛顿第二定律得FN2-mg=ma,所以所以FN2=m(g+a)=60(10+2)N=720 N,根据牛顿第三定律根据牛顿第三定律,人对体人对体重计的压力即读数为重计的压力即读数为720 N。(3)当升降机以当升降机以2 m/s2的加速度匀加速下降时的加速度匀加速下降时,a的方向竖直向的方向竖直向下下,由牛顿第二定律得由牛顿第二定律得mg-FN3=ma,所以所以FN3=m(g-a)=60(10-2)N=480 N,根据牛顿第三定律根据牛顿第三定律,人对体重计的压力即读数为人对体重计的压力即读数为480 N。(4)当升降机以当升降机以2 m/s2的加速度匀减速下降时的加速度匀减速下降时,a的方向竖直向的方向竖直向上上,由牛顿第二定律得由牛顿第二定律得FN4-mg=ma,所以所以FN4=m(g+a)=720 N,根根据牛顿第三定律据牛顿第三定律,人对体重计的压力即读数为人对体重计的压力即读数为720 N。
