新教材高中物理第四章牛顿运动定律6超重和失重学案新人教版必修11115

新教材高中物理第四章牛顿运动定律6超重和失重学案新

人教版必修11115

[学习目标] 1.结合生活体验，通过实验认识超重和失重现象，理解产生超重、失重现象的条件和实质．(重点、难点) 2.进一步熟练掌握应用牛顿运动定律解决问题的方法和步骤．

一、重力的测量

方法一：先测量物体做自由落体运动的加速度g，再用天平测量物体的质量，利用牛顿第二定律得：G＝mg.

方法二：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，这时测力计的示数反映了物体所受力的重力大小．

二、超重和失重

1．超重

(1)定义：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．

(2)产生条件：物体具有A(A.竖直向上B．竖直向下)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)小于物体所受重力的现象．

(2)产生条件：物体具有B(A.竖直向上B．竖直向下)的加速度．

(3)完全失重

①定义：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)等于零的状态．

②产生条件：a＝g，方向竖直向下．

1．正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)物体静止时，测力计的示数就是物体的重力．(×)

(2)物体向上运动时一定处于超重状态．(×)

(3)物体减速向下运动时处于失重状态．(×)

(4)物体处于失重状态时重力减小了．(×)

(5)做竖直上抛运动的物体，只受重力作用，加速度大小和方向都不变．(√)

2．下列说法中正确的是( )

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

B[物体具有向上的加速度时，处于超重状态；具有向下的加速度时，处于失重状态，即“上超下失”，故只有B正确．]

重力的测量

(1)动力法是根据物体受力后运动状态的改变测定重力．例如在重力作用下的自由落体运动等来测量地球表面的重力加速度的值，则G＝mg.

(2)静力法是根据物体受力后的平衡状态测定重力，例如，弹簧测力计竖直悬挂物体处于平衡状态，利用二力平衡知测力计的示数大小等于重力大小．

【例1】关于重力的大小，下列说法正确的是( )

A．弹簧测力计下端悬挂一重物，弹簧测力计读数大小一定等于这个物体重力的大小B．重力是物体固有的属性

C．质量一定的物体，其重力大小也一定

D．同一物体在北京的重力大于在赤道上的重力

D[不是任何情况下，弹簧测力计的读数都等于物体重力的大小，应强调物体处于静止或匀速直线运动状态，故选项A错误．不同地理位置，其重力大小不同；同一物体虽然质量不变，但在北京的重力略大于在赤道上的重力，其原因是g发生了变化，所以不能说重力是物体固有的属性，选项B、C错误．]

1．设想从某一天起，地球的引力减小了一半，那么对于漂浮在水面上的船来说，下列说法中正确的是( )

A．船受到的重力将减小，船的吃水深度仍不变

B．船受到的重力将减小，船的吃水深度也减小

C．船受到的重力将不变，船的吃水深度也不变

D．船受到的重力将不变，船的吃水深度将减小

A[根据题意可知：重力加速度g大小减小，又G＝mg，则船受到的重力将减小；又根

据二力平衡可得G＝mg＝ρgV，解得V＝m

ρ

，则船的吃水深度仍不变，故选A选项．]

超重和失重现象

1.

“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、失重的比较

3.对超重、失重的理解

(1)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．

(2)发生超重和失重时，物体所受的重力并没有变化．

(3)发生完全失重现象时，与重力有关的一切现象都将消失．比如物体对支持物无压力、摆钟将停止摆动……，靠重力使用的仪器也不能再使用(如天平)．只受重力作用的一切抛体运动，都处于完全失重状态．

【例2】(多选)在一电梯的地板上有一压力传感器，其上放一物体，如图甲所示，当电梯运行时，传感器示数大小随时间变化的关系图像如图乙，根据图像分析得出的结论中正确的是( )

A．从时刻t1到t2，物块处于失重状态

B．从时刻t3到t4，物块处于失重状态

C．电梯可能开始停在低楼层，先加速向上，接着匀速向上，再减速向上，最后停在高楼层

D．电梯可能开始停在高楼层，先加速向下，接着匀速向下，再减速向下，最后停在低楼层

思路点拨：①判断超、失重现象关键是看加速度方向，而不是运动方向．②处于超重状态时，物体可能做向上加速或向下减速运动．③处于失重状态时，物体可能做向下加速或向上减速运动．

BC[从F-t图像可以看出，0～t1，F＝mg，电梯可能处于静止状态或匀速运动状态；t1～t2，F>mg，电梯具有向上的加速度，物块处于超重状态，可能加速向上运动或减速向下运动；t2～t3，F＝mg，可能静止或匀速运动；t3～t4，F

判断超重、失重状态的方法

(1)从受力的角度判断，当物体所受向上的拉力(或支持力)大于重力时，物体处于超重状态，小于重力时处于失重状态，等于零时处于完全失重状态．

(2)从加速度的角度判断，当物体具有向上的加速度(包括斜向上)时处于超重状态，具有向下的加速度(包括斜向下)时处于失重状态，向下的加速度为g时处于完全失重状态．

(3)从运动的角度判断，当物体加速上升或减速下降时，物体处于超重状态，当物体加速下降或减速上升时，物体处于失重状态．

2．如图所示，升降机天花板上用轻弹簧悬挂一物体，升降机静止时弹簧伸长10 cm，运动时弹簧伸长9 cm，则升降机的运动状态可能是(g取10 m/s2)( )

A．以a＝1 m/s2的加速度加速下降

B．以a＝1 m/s2的加速度加速上升

C．以a＝9 m/s2的加速度减速上升

D．以a＝9 m/s2的加速度减速下降

A[当升降机静止时，根据胡克定律和二力平衡条件得kx1－mg＝0，其中k为弹簧的劲度系数，x1＝0.1 m．当弹簧伸长量为x2＝9 cm时，kx2

课堂小结知识脉络

1.重力的测量：动力法和静力法.

2.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，叫超重.

3.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，叫失重.

4.物体处于超重或者失重状态，决定于加速度的

方向，与速度方向无关.

1．(多选)下列说法不正确的是 ( )

A．重力就是地球对物体的引力

B．重力的方向竖直向下，故地球上一切物体所受的重力的方向都相同

C．物体的重心可以不在物体上

D．弹簧测力计可以测出物体的重力，但读数时必须保持弹簧测力计和物体都处于静止或匀速直线运动状态

AB[重力是由于地球吸引而使物体受到的力，但不是地球对物体的引力，故A说法错误；重力的方向竖直向下，但在地球不同位置，物体受到的重力方向不同，故B说法错误；物体的重心可以在物体上，也可以不在物体上，故C说法正确；用弹簧测力计测物体受到的重力时，要使物体处于平衡状态，物体受到的重力和弹簧弹力才是一对平衡力，故D说法正确．A、B符合题意．]

2．如图所示，A、B两物体叠放在一起，以相同的初速度上抛(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对B的压力大于A物体受到的重力

C．下降过程中A对B的压力大于A物体受到的重力

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

A[A、B整体只受重力作用，做竖直上抛运动，处于完全失重状态，不论上升过程还是下降过程，A对B均无压力，只有选项A正确．]

3．应用物理知识分析生活中的常见现象，可以使物理学习更加有趣和深入．例如平伸手掌托起物体，由静止开始竖直向上运动，直至将物体抛出．对此现象分析正确的是( ) A．手托物体向上运动的过程中，物体始终处于超重状态

B．手托物体向上运动的过程中，物体始终处于失重状态

C．在物体离开手的瞬间，物体的加速度大于重力加速度

D．在物体离开手的瞬间，手的加速度大于重力加速度

D[手托物体抛出的过程，必有一段加速过程，其后可以减速，可以匀速，当手和物体匀速运动时，物体既不超重也不失重；当手和物体减速运动时，物体处于失重状态，选项A 错误．物体从静止到运动，必有一段加速过程，此过程物体处于超重状态，选项B错误．当物体离开手的瞬间，物体只受重力，此时物体的加速度等于重力加速度，选项C错误．手和物体分离之前速度相同，分离之后手速度的变化量比物体速度的变化量大，物体离开手的瞬间，手的加速度大于重力加速度，所以选项D正确．]

4．中国的嫦娥工程探月计划分“绕、落、回”三步，然后实施载人登月．假若质量为60 kg的航天员登上了月球，已知月球表面g′＝1.6 N/kg，而地球的表面g＝9.8 N/kg，则该航天员在月球上的质量为多少？所受重力多大？在地球上所受重力多大？

[解析]由于物体的质量与所处的位置无关，所以航天员在月球上的质量为m＝60 kg.

由重力的计算公式G＝mg得

在月球上重力G′＝mg′＝60 kg×1.6 N/kg＝96 N，

在地球上重力G＝mg＝60 kg×9.8 N/kg＝588 N.

[答案]60 kg 96 N 588 N