2018高中物理 第六章 万有引力与航天 8 天体运行中的超重与失重学案 新人教版必修2

第三节万有引力定律课时：一课时教师：教学重点万有引力定律的理解及应用．教学难点万有引力定律的推导过程．三维目标知识与技能1．了解万有引力定律得出的思路和过程．2．理解万有引力定律的含义并掌握用万有引力定律计算引力的方法．3．记住引力常量G并理解其内涵．过程与方法1．了解并体会科学研究方法对人们认识自然的重要作用．2．认识卡文迪许实验的重要性，了解将直接测量转化为间接测量这一科学研究中普遍采用的重要方法．情感、态度与价值观通过牛顿在前人研究成果的基础上发现万有引力定律的过程，说明科学研究的长期性、连续性及艰巨性．教学过程：导入新课1666年夏末，一个温暖的傍晚，在英格兰林肯郡乌尔斯索普，一个腋下夹着一本书的年轻人走进他母亲家的花园里，坐在一棵树下，开始埋头读书．当他翻动书页时，他头顶的树枝中有样东西晃动起来，一只历史上最著名的苹果落了下来，打在23岁的伊萨克·牛顿的头上．恰巧在那天，牛顿正苦苦思索着一个问题：是什么力量使月球保持在环绕地球运行的轨道上，以及使行星保持在其环绕太阳运行的轨道上？为什么这只打中他脑袋的苹果会坠落到地上？(如图所示)正是从思考这一问题开始，他找到了这些问题的答案——万有引力定律．这节课我们将共同“推导”一下万有引力定律．太阳对行星的引力使得行星围绕太阳运动，月球围绕地球运动，是否能说明地球对月球有引力作用？抛出的物体总要落回地面，是否说明地球对物体有引力作用？推进新课问题探究1．行星为何能围绕太阳做圆周运动？2．月球为什么能围绕地球做圆周运动？3．人造卫星为什么能围绕地球做圆周运动？4．地面上物体受到的力与上述力相同吗？5．根据以上四个问题的探究，你有何猜想？教师提出问题后，让学生自由讨论交流．明确：1．太阳对行星的引力使得行星保持在绕太阳运行的轨道上．2．月球、地球也是天体，运动情况与太阳和行星类似，因此猜想是地球对月球的吸引使月球保持在绕地球运行的轨道上．3．人造卫星绕地球运动与月球类似，也应是地球对人造卫星的引力使人造卫星保持在绕地球运行的轨道上．4．地面上的物体之所以会落下来，是因为受到重力的作用，在高山上也是如此，说明重力必定延伸到很远的地方．5．由以上可猜想：“天上”的力与“人间”的力应属于同一种性质的力．讨论交流由上述问题的探究我们得出了猜想：“天上”的力与“人间”的力相同，我们能否将其作为一个结论呢？讨论：探究上述问题时我们运用了类比的方法得出了猜想，猜想是否正确需要进行检验，因此不能把它作为结论．课件展示：牛顿的设想：苹果不离开地球，是否也是由于地球对苹果的引力造成的？地球对苹果的引力和太阳对行星的引力是否根本就是同一种力呢？若真是这样，物体离地面越远，其受到地球的引力就应该越小．可是地面上的物体距地面很远时，如在高山上，似乎重力没有明显地减弱，是物体离地面还不够远吗？这样的高度比起天体之间的距离来，真的不算远！再往远处设想，如果物体延伸到地月距离那样远，物体是否也会像月球那样围绕地球运动？地球对月球的力、地球对地面上物体的力、太阳对行星的力，也许真是同一种力！一、月—地检验问题探究1．月—地检验的目的是什么？2．月—地检验的验证原理是怎样的？3．如何进行验证？学生交流讨论，回答上述三个问题．在学生回答问题的过程中，教师进行引导、总结．明确：1．目的：验证“天上”的力与“人间”的力是同一种性质的力．2．原理：假定上述猜想成立，即维持月球绕地球运动的力与使得苹果下落的力是同一种力，同样遵从“平方反比”规律，那么，由于月球轨道半径约为地球半径(苹果到地心的距离)的60倍，所以月球轨道上一个物体受到的引力，比它在地面附近时受到的引力要小，前者只有后者的1/602.根据牛顿第二定律，物体在月球轨道上运动时的加速度(月球公转的向心加速度)也就应该是它在地面附近下落时的加速度(自由落体加速度)的1/602.3．验证：根据验证原理，若“天上”“人间”是同种性质的力，由“平方反比”规律及地球表面的重力加速度，可求得月球表面的重力加速度．根据人们观测到的月球绕地球运动的周期，及月—地间的距离，可运用公式a＝4π2T2·r求得月球表面的重力加速度．若两次求得结果在误差范围内相等，就验证了结论．若两次求得结果在误差范围内不相等，则说明“天上”与“人间”的力不是同一种性质的力．理论推导：若“天上”的力与“人间”的力是同一种性质的力，则地面上的物体所受重力应满足：G∝1R2月球受到地球的引力：F∝1r2因为：G ＝mg ，F ＝ma 所以a g ＝R 2r 2 又因为：r ＝60R 所以：a g ＝13 600a ＝g 3 600＝9.83 600m/s 2≈2.7×10－3 m/s 2. 实际测量：月球绕地球做匀速圆周运动，向心加速度a ＝ω2r ＝4π2T2r 经天文观察月球绕地球运动的周期T ＝27.3天＝3 600×24×27.3 sr ＝60R ＝60×6.4×106 m.所以：a ＝4×3.1423 600×24×27.32×60×6.4×106 m/s 2≈2.7×10－3 m/s 2. 验证结论：两种计算结果一致，验证了地面上的重力与地球吸引月球的力是相同性质的力，即“天上”“人间”的力是相同性质的力．点评：在实际教学过程中，教师引导学生重现牛顿的思维过程，让学生体会牛顿当时的魄力、胆识和惊人的想象力．物理学的许多重大理论的发现，不是简单的实验结果的总结，需要直觉和想象力、大胆的猜想和假设，再引入合理的模型，需要深刻的洞察力、严谨的数学处理和逻辑思维，常常是一个充满曲折和艰辛的过程．借此对学生进行情感态度与价值观的教育．二、万有引力定律思考下面问题：1、用自己的话总结万有引力定律的内容？2、万有引力定律的数学表达式是什么？3、引力常量G 是怎样规定的？4、两物体间的距离是怎样确定的？5、有引力定律的适用条件？6、万有引力的发现有什么重要意义？学生思考后回答．总结：1.内容：自然界中任何两个物体都相互吸引，引力的方向在它们的连线上，引力的大小与物体的质量m 1和m 2的乘积成正比，与它们之间的距离r 的二次方成反比．2．表达式：由F ＝GMm r 2(M ：太阳质量，m ：行星的质量) 得出：F ＝Gm 1m 2r2(m 1：物体1的质量，m 2：物体2的质量) 3、引力常量G ：适用于任何两个物体。

第六章万有引力与航天）在地月系统中，若忽略其它星球的影响，可以将月球和地球看成【变式训练1】据媒体报道,“嫦娥一号”卫星环月工作轨道为圆轨道,轨道高度200 km,运行周期127分钟.若还知道引力常量和月球平均半径,仅利用以上条件不能求出的是 （ ）A.月球表面的重力加速度B.月球对卫星的吸引力C.卫星绕月运行的速度D.卫星绕月运行的加速度考点2：同步卫星例2．据报道,我国数据中继卫星“天链一号01星”于2008年4月25日在西昌卫星发射中心发射升空，经过4次变轨控制后，于5月1日成功定点在东经77°赤道上空的同步轨道。

关于成功定点后的“天链一号01星”，下列说法正确的是 （ ）A ．运行速度大于7.9 km/sB ．离地面高度一定,相对地面静止C ．绕地球运行的角速度比月球绕地球运行的角速度大D ．向心加速度与静止在赤道上物体的向心加速度大小相等【分析与解】【变式训练2】同步卫星离地球球心的距离为r ，运行速率为v 1，加速度大小为a 1，地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度大小为a 2，第一宇宙速度为v 2，地球半径为R ，则 （ ）A ．a 1：a 2=R ：rB ．a 1：a 2=R 2：r2 C ．v 1：v 2= R 2：r 2 D ．r :R v :v 21考点3：卫星变轨问题例3．2009年5月，航天飞机在完成对哈勃空间望远镜的维修任务后，在A 点从圆形轨道Ⅰ进入椭圆轨道Ⅱ，B 为轨道Ⅱ上的一点，如图所示，关于航天飞机的运动，下列说法中正确的有 （ ）A ．在轨道Ⅱ上经过A 的速度小于经过B 的速度B ．在轨道Ⅱ上经过A 的动能小于在轨道Ⅰ上经过A 的动能C ．在轨道Ⅱ上运动的周期小于在轨道Ⅰ上运动的周期D ．在轨道Ⅱ上经过A 的加速度小于在轨道Ⅰ上经过A 的加速度【分析与解】【变式训练3】“嫦娥一号”月球探测器在环绕月球运行过程中，设探测器运行的轨道半径为r ，运行速率为v ，当探测器在飞越月球上一些环形山中的质量密集区上空时 （ ）A ．r 、v 都将略为减小B ．r 、v 都将保持不变C ．r 将略为减小，v 将略为增大D ．.r 将略为增大，v 将略为减小第六章 万有引力与航天参考答案第1讲 万有引力定律与天体运动例1．B 。

天体运行中的超重与失重（答题时间：25分钟）1. “天宫一号”顺利升空，在离地面高度343 km的轨道上做匀速圆周运动。

次年，我国在西昌卫星发射中心用长征三号丙运载火箭，成功将第十一颗北斗导航卫星送入太空预定轨道。

这是一颗地球静止轨道卫星，是我国当年发射的首颗北斗导航系统组网卫星。

下列关于这两颗卫星的说法，正确的是（）A. “天宫一号”的运行周期大于北斗导航卫星的运行周期B. “天宫一号”和北斗导航卫星上携带的物体都处于完全失重状态C. “天宫一号”的环绕速度大于第一宇宙速度D. 北斗导航卫星的向心加速度比地球赤道表面的重力加速度小2. （浙江高考）为了探测X星球，载着登陆舱的探测飞船在以该星球中心为圆心，半径为r1的圆轨道上运动，周期为T1，总质量为m1。

随后登陆舱脱离飞船，变轨到离星球更近的半径为r2的圆轨道上运动，此时登陆舱的质量为m2，则（）A. X星球的质量为M＝213124GTrπB. X星球表面的重力加速度为g X＝21124TrπC. 登陆舱在r1与r2轨道上运动时的速度大小之比为122121rmrmvv=D. 登陆舱在半径为r2轨道上做圆周运动的周期为T2＝T13132rr3. 已知地球半径为R，地球表面重力加速度为g，万有引力常量为G，不考虑地球自转的影响。

（1）求卫星环绕地球运行的第一宇宙速度v1；（2）若卫星绕地球做匀速圆周运动且运行周期为T，求卫星运行半径r；（3）由题目所给条件，请提出一种估算地球平均密度的方法，并推导出平均密度表达式。

4. 发射地球同步卫星时，先将卫星发射到距地面高度为h1的近地圆轨道上，在卫星经过A点时点火实施变轨进入椭圆轨道，最后在椭圆轨道的远地点B点再次点火将卫星送入同步轨道，如图所示。

已知同步卫星的运行周期为T，地球的半径为R，地球表面重力加速度为g，忽略地球自转的影响。

求：（1）卫星在近地点A的加速度大小；（2）远地点B距地面的高度。

5. 我国已启动“嫦娥工程”，“嫦娥一号”和“嫦娥二号”已成功发射，“嫦娥三号”已决定在2013年下半年发射，将进行落月探测，并已给落月点起了一个富有诗意的名字——“广寒宫”。

天体运行中的超重与失重知识点考纲要求题型分值万有引力和航天会分析人造卫星运动的各个阶段的超失重问题选择题4~6分一、人造卫星上的超重与失重1. 人造卫星在发射升空和返回地面的过程中的加速度方向均向上，因为都是超重现象。

2. 人造卫星在沿圆轨道运行时，由于万有引力提供向心力，所以处于完全失重状态。

证明：设地球和卫星的质量分别是M和m，卫星到地面的距离为r，角速度为ω，卫星内有一质量为m的物体，假设卫星内底板的支持力为NF，下面我们来求NF的大小：对卫星m和物体m组成的整体，由万有引力提供向心力得22()()M m mG m m rrω+=+，可得到GM=ω2r3对物体m，由万有引力与支持力的合力提供向心力得22NMmG F m rrω-=，代入求得：0NF=这就是说，卫星中的物体与卫星底板间无相互作用，即物体处于完全失重状态。

二、地球在赤道上的失重问题地球不停地自转，除两极外，地球上的物体由于绕地球做匀速圆周运动，都处于失重状态，且赤道上的物体失重最多。

设地球为匀质球体，半径为R，表面的引力加速度为2Mg GR=，并不随地球自转变化。

1. 物体在赤道上的视重等于地球的引力与物体随地球自转、做匀速圆周运动所需的向心力之差。

对地球上的物体受力分析，由牛顿第二定律得：2Nmg F m Rω-=所以，物体在赤道上的视重2NF mg m R mgω=-<2. 物体在赤道上失去的重力等于绕地轴转动所需的向心力。

物体在赤道上失去的重力，即视重的减少量2NF F mg m Rω=-=3. 物体在赤道上完全失重的条件。

设想地球自转角速度增大为ω，使赤道上的物体刚好处于完全失重状态，即0NF=，则有2NF mg m Rω=-=，得22200024vmg ma m R m m RR Tπω====，所以完全失重的临界条件是：29.8m/sa g==1rad/s800gRω=≈7.9km/sv gR=≈02502484min gT s Rπ=≈≈ 4. 地球不因自转而瓦解的最小密度。

第4节超重与失重一、超重现象阅读教材第117～118页“超重现象”，知道超重的实质，并会简单计算。

1．定义：物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)大于物体所受重力的现象。

2．产生条件：物体具有竖直向上的加速度。

3．运动类型：超重物体做向上的加速运动或向下的减速运动。

二、失重现象阅读教材第119页“失重现象”，知道失重的实质和完全失重现象。

1．定义：物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)小于物体所受重力的现象。

2．产生条件：物体具有竖直向下的加速度。

3．运动类型：失重物体做向上的减速运动或向下的加速运动。

4．完全失重(1)定义：物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)等于零的状态。

(2)产生条件：物体竖直向下的加速度等于重力加速度。

(3)所有的抛体运动，在不计阻力的情况下，都处于完全失重状态。

思维拓展(1)有人说：“在很高的山顶上，物体所受的重力要小于它在海平面上所受的重力，这种现象也是失重！”这种说法正确吗？(2)物体超重时一定向上运动，失重时一定向下运动吗？答案(1)不正确，这不是失重。

失重的本质是重力不变，而“视重”减小。

在很高的山上，物体所受的重力减小，是由于地球对它的吸引力减小了。

(2)不一定。

物体处于超重还是失重状态，与物体的运动方向无关，只取决于加速度方向。

三、用牛顿第二定律分析超重和失重现象1．从牛顿第二定律的角度分析超重现象物体的加速度方向向上(或竖直分量向下)时，根据牛顿第二定律有：N－mg＝ma，此时N>mg。

2．从牛顿第二定律的角度分析失重现象物体的加速度方向向下(或竖直分量向下)时，根据牛顿第二定律有：mg－N＝ma，此时N<mg。

3．从牛顿第二定律进一步得出，物体是处于超重还是失重状态决定于加速度的方向，而与物体的速度方向无关(填“有关”或“无关”)。

处于超重状态时加速度方向向上，物体可能加速上升或减速下降；处于失重状态时，加速度方向向下，物体可能加速下降或减速上升。

《第6节超重和失重》导学案学习目标1.知道超重、失重和完全失重现象，会根据条件判断超重、失重现象．(重点)2．能从动力学角度理解自由落体运动和竖直上抛运动．3．掌握传送带问题和滑块—滑板模型问题的解题技巧．(难点)核心素养形成脉络一、重力的测量1．一种方法是，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，利用牛顿第二定律可得：G＝mg．2．另一种方法是，利用力的平衡条件对重力进行测量．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：物体具有竖直向上的加速度．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．思维辨析(1)物体向上运动时一定处于超重状态．( )(2)物体减速向下运动时处于失重状态．( )(3)物体处于失重状态时重力减小了．( )(4)物体处于完全失重状态时就不受重力了．( )(5)不论物体超重、失重，还是完全失重，物体所受的重力都是不变的．( )提示：(1)×(2)×(3)×(4)×(5)√基础理解(1)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提示：选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；重物和手有共同的速度和加速度时，二者不会分离，故物体离开手的瞬间，物体向上运动，物体加速度等于重力加速度，但手的加速度大于重力加速度，并且方向竖直向下，选项D正确．(2)关于超重和失重的下列说法中，正确的是( )A．物体向上运动时处于超重状态，物体向下运动时处于失重状态B．处于完全失重状态的物体一定是向下运动C．超重就是物体所受的重力增大了，失重就是物体所受的重力减小了D．物体做自由落体运动时处于完全失重状态提示：选D.根据牛顿第二定律，物体具有向上的加速度时，物体处于超重状态；物体具有向下的加速度时，物体处于失重状态．物体向上运动或向下运动，加速度可能向上也可能向下，不能够判断它是处于超重还是失重状态，故A、B错误；超重并非物体所受的重力增大了，而是弹力(视重)比重力大；失重也并非物体所受的重力减小了，而是弹力(视重)比重力小，故C错误；物体做自由落体运动时，加速度等于重力加速度，方向向下，物体处于完全失重状态，故D正确．超重和失重问题问题导引文博同学每天放学都要乘垂直电梯上、下楼，在电梯下楼时，开始他觉得背的书包变轻了，快到楼底时他觉得书包又似乎变重了．这是为什么？要点提示开始时电梯从静止做加速运动，使文博同学和电梯一起处于失重状态；快到楼底时，电梯一定有一个减速过程，则该过程中使电梯处于超重状态，就会出现上述现象．【核心深化】1．实重与视重实重：物体实际所受的重力．物体所受重力不会因物体运动状态的改变而变化．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．超重与失重不是重力本身变了，而是物体对悬挂物的拉力或对水平支持物的压力发生了变化，即“视重”变化了．若弹力大于重力是超重，反之则是失重．2．超重、失重的比较特征状态加速度压力(拉力)运动情况受力示意图平衡a＝0F＝mg 静止或匀速直线运动超重向上F＝m(g＋a)＞mg向上加速或向下减速失重向下F＝m(g－a)＜mg向上减速或向下加速完全失重a＝g F＝0自由落体，抛体，正常运行的卫星等超重和失重问题实质上就是牛顿第二定律应用的延续，解题时仍应抓住加速度这个关键量．具体方法是：(1)分析物体运动的加速度方向；(2)判断物体处于超重(或失重)状态；(3)利用牛顿第二定律分析和求解．关键能力1 对超、失重状态的判断某同学利用体重计研究超重与失重现象．在一次实验中，她先蹲在体重计上，在她由稳定的蹲姿变化到稳定站姿的过程中，下列说法正确的是( )A．该同学处于超重状态B．该同学处于失重状态C．体重计示数先减小后增大D．体重计示数先增大后减小[解析] 人从下蹲状态站起来的过程中，先向上做加速运动，后向上做减速运动，最后回到静止状态，人先处于超重状态后处于失重状态；故体重计示数先增大后减小，故D正确，A、B、C错误．[答案] D关键能力2 超、失重现象中的计算(多选)小明站在电梯内的体重计上，电梯静止时体重计示数为50 kg，若电梯在竖直方向运动过程中，他看到体重计的示数为45 kg时，取重力加速度g＝10 m/s2.下面说法中正确是( )A．电梯可能在加速上升，加速度大小为9 m/s2B．电梯可能在加速下降，加速度大小为1 m/s2C．电梯可能在减速上升，加速度大小为1 m/s2D．电梯可能在减速下降，加速度大小为9 m/s2[思路点拨] 小明的体重有50 kg，而他看到体重计的示数为45 kg，可知他处于失重，则电梯有向上的加速度，由此来分析各个选项．[解析] 小明的体重只有50 kg，体重计的示数为45 kg，说明电梯有向下的加速度，失重，运动情况可能为：向上减速或向下加速；小明受支持力和重力，由牛顿第二定律可知其加速度为：a＝mg－Nm＝50×10－45×1050m/s2＝1 m/s2，故B、C正确，A、D错误．[答案] BC关键能力3 超、失重现象中的图象分析某实验小组利用DIS系统观察超重和失重现象．他们在学校电梯房内做实验，在电梯天花板上固定一个力传感器，测量挂钩向下，并在挂钩上悬挂一个重为10 N的钩码，在电梯运动过程中，计算机显示屏上显示出如图所示图象，以下根据图象分析所得结论错误的是( )A．该图象显示出了力传感器对钩码的拉力大小随时间的变化情况B．从时刻t1到t2，钩码处于失重状态，从时刻t3到t4，钩码处于超重状态C．电梯可能先加速向下，接着匀速向下，再减速向下，最后静止D．电梯可能先加速向上，接着匀速向上，再减速向上，最后静止[思路点拨] (1)拉力大于重力处于超重状态，拉力小于重力处于失重状态．(2)超重时电梯可能向上加速运动，也可能向下减速运动．(3)失重时，电梯可能向下加速运动，也可能向上减速运动．[解析] 题图中图象显示了力传感器对钩码的拉力大小随时间的变化情况.0～t1，钩码受力平衡；t1～t2，拉力小于10 N，钩码处于失重状态；t2～t3，钩码受力平衡；t3～t4，拉力大于10 N，钩码处于超重状态．由以上分析可知，D项错误．[答案] D关键能力4 完全失重现象的判断某同学找了一个用过的“易拉罐”在靠近底部的侧面打了一个洞，用手指按住洞，向罐中装满水，然后将易拉罐竖直向上抛出，空气阻力不计，则下列说法正确的是( )A．易拉罐上升的过程中，洞中射出的水的速度越来越快B．易拉罐下降的过程中，洞中射出的水的速度越来越快C．易拉罐上升、下降的过程中，洞中射出的水的速度都不变D．易拉罐上升、下降的过程中，水不会从洞中射出[解析] 将易拉罐竖直向上抛出后，由于空气阻力不计，易拉罐及水的加速度等于重力加速度，处于完全失重状态，易拉罐中各层水之间没有压力，在整体过程中，水都不会从洞中射出．[答案]D判断超重、失重状态的方法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从加速度的角度判断当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，向下的加速度为g时处于完全失重状态从速度变化角度判断(1)物体向上加速或向下减速时，超重(2)物体向下加速或向上减速时，失重【达标练习】1．超重与失重是宇航员生活和工作中的两大难题．实际上，在我们的生活中也充满了超重和失重．假如某同学家住10楼，那么，他从一楼开始坐电梯回家的过程中，体验到的将是( )A．先超重，后等重，再失重B．先失重，后等重，再超重C．一直超重D．一直失重解析：选A.上楼时，先向上加速，加速度方向向上，处于超重状态，再匀速，最后向上减速，加速度方向向下，处于失重状态，故A正确，B、C、D错误．2.如图所示为游乐场中的一种大型游乐设施跳楼机，它可以使人体验超重和失重．参加游戏的游客被安全带固定在座椅上，由升降机从静止开始经历加速、匀速、减速过程，将座椅提升到一定高度处，然后由静止释放，落到一定位置时，制动系统启动，座椅做减速运动，到达某一高度时停下．在上述过程中，关于座椅中的人所处的状态，下列判断正确的是( ) A．座椅在整个上升的过程中人都处于超重状态B．座椅在减速上升的过程中人处于超重状态C．座椅在整个下降的过程中人都处于失重状态D．座椅在减速下降的过程中人处于超重状态解析：选D.座椅在加速上升的过程中人都处于超重状态，在减速上升的过程中人的加速度的方向向下，处于失重状态，故A、B错误；在减速下降的过程中人所受重力小于座位对人向上的支持力，所以加速度向上，人处于超重状态，故C错误，D正确．3．质量为60 kg的人在电梯里站在体重计上与电梯一起匀加速上升，电梯的加速度为5 m/s2，则体重计的读数应为(g＝10 m/s2)( )A．60 kg B．90 kgC ．65 kgD ．30 kg解析：选B.当电梯静止时体重计示数为mg ，所以此时体重计读数为：F 1＝60×10 N ＝600 N.当电梯以5 m/s 2的加速度向上做匀加速运动时，对人根据牛顿第二定律，得：F 2－mg ＝ma ，得：F 2＝m (g ＋a )＝60×(5＋10) N ＝900 N ．由牛顿第三定律得知，人对体重计的压力大小为F ′2＝F 2＝900 N ．则显示人的质量为：m ＝90010 kg ＝90 kg. 4．一质量为m ＝40 kg 的小孩站在电梯内的体重计上．电梯从t ＝0时刻由静止开始上升，在0～6 s 内体重示数F 的变化如图所示．取重力加速度g ＝10 m/s 2，求：在这段时间内电梯上升的高度是多少．解析：在0～2 s 内，电梯做匀加速运动，根据牛顿第二定律得： a 1＝F －mg m ＝600－40×1040 m/s 2＝5 m/s 2，电梯上升的高度 h 1＝12a 1t 21＝12×5×22 m ＝10 m ；2 s 末速度为v ＝a 1t 1＝5×2 m/s ＝10 m/s ；中间t 2＝3 s 时间内，电梯做匀速运动，电梯上升的高度 h 2＝vt 2＝10×3 m＝30 m ；最后1 s 内做匀减速运动，加速度大小 a 2＝mg －F 2m ＝40×10－32040m/s 2＝2 m/s 2，在这段时间内电梯上升的高度h 3＝vt 3－12a 2t 23＝⎝ ⎛⎭⎪⎫10×1－12×2×12 m ＝9 m ；则电梯上升的总高度h ＝h 1＋h 2＋h 3＝49 m.答案：49 m传送带模型【核心深化】1．水平传送带(匀速运动)情景 结果 物体到达传送带的另一端时速度还没有达到传送带的速度该物体一直做匀加速直线运动 物体到达传送带的另一端之前速度已经和传送带相同物体先做匀加速直线运动，后做匀速直线运动2.倾斜传送带 (1)一个关键点：对于倾斜传送带，分析物体受到的最大静摩擦力和重力沿斜面方向的分力的关系是关键．(2)两种情况①如果最大静摩擦力小于重力沿斜面的分力，传送带只能下传物体，两者共速前的加速度大于共速后的加速度，方向沿传送带向下．②如果最大静摩擦力大于重力沿斜面的分力，不论上传还是下传物体，物体都是先做匀加速直线运动，共速后做匀速直线运动．关键能力1 水平传送带问题如图所示，传送带保持以1 m/s 的速度顺时针转动．现将一质量m ＝0.5 kg 的物体从离传送带很近的a 点轻轻地放上去，设物体与传送带间动摩擦因数μ＝0.1，a 、b 间的距离L ＝2.5 m ，则物体从a 点运动到b 点所经历的时间为多少？(g 取10 m/s 2)[思路点拨] (1)物体的速度小于1 m/s 时，所受摩擦力的方向水平向右，物体做匀加速直线运动．(2)物体速度等于1 m/s 后，物体不再受摩擦力．物体做匀速直线运动．(3)判断物体速度能否达到1 m/s.[解析] 对物体，根据题意容易得：a ＝μmg m＝μg ＝1 m/s 2，当速度达到1 m/s 时，所用的时间t 1＝v －v 0a ＝1－01 s ＝1 s ，通过的位移x 1＝v 2－v 202a＝0.5 m ＜2.5 m ．在剩余位移x 2＝L －x 1＝2.5 m －0.5 m ＝2 m 中，因为物体与传送带间无摩擦力，所以物体以1 m/s 的速度随传送带做匀速运动，所用时间t 2＝x 2v＝2 s ．因此共需时间t ＝t 1＋t 2＝3 s.[答案] 3 s关键能力2 倾斜传送带问题某飞机场利用如图所示的传送带将地面上的货物运送到飞机上，传送带与地面的夹角θ＝30°，传送带两端A、B的距离L＝10 m，传送带以v＝5 m/s的恒定速度匀速向上运动．在传送带底端A轻放上一质量m＝5 kg的货物，货物与传送带间的动摩擦因数μ＝32.求货物从A端运送到B端所需的时间．(g取10 m/s2)[思路点拨] (1)货物放到传送带后，受到滑动摩擦力大小为μmg cos 30°，方向为沿斜面向上．受到的合力为μmg cos 30°－mg sin 30°，加速度为μg cos 30°－g sin 30°.(2)若物体能加速到5 m/s，之后做匀速直线运动．该过程受到摩擦力为零．若物体不能加速到5 m/s，物体沿传送带一直做匀加速直线运动．[解析] 以货物为研究对象，由牛顿第二定律得μmg cos 30°－mg sin 30°＝ma，解得a＝2.5 m/s2货物匀加速运动时间t1＝va＝2 s货物匀加速运动位移x1＝12at21＝5 m然后货物做匀速运动，运动位移x2＝L－x1＝5 m匀速运动时间t2＝x2v＝1 s货物从A到B所需的时间t＝t1＋t2＝3 s.[答案] 3 s在解决传送带问题中的注意点在确定研究对象并进行受力分析之后，首先判定摩擦力突变(含大小和方向)点，给运动分段．传送带传送的物体所受摩擦力，不论是其大小的突变，还是其方向的突变，都发生在物体的速度与传送带速度相等的时刻．物体在传送带上运动时的极值问题，不论是极大值，还是极小值，也都发生在物体速度与传送带速度相等的时刻．v 物与v 传相同的时刻是运动分段的关键点，也是解题的突破口．【达标练习】1．如图所示，长为L ＝4 m 的水平传送带以v 0＝2 m/s 的速度逆时针转动，一个质量为m ＝1 kg 的小木块以一定的初速度从传送带左侧水平向右滑上传送带．已知小木块与传送带之间的动摩擦因数μ＝0.2，重力加速度g 取10 m/s 2，不计传送带转动轮大小．(1)若小木块初速度v 1＝5 m/s ，求小木块经多长时间离开传送带； (2)若小木块初速度v 2＝3 m/s ，求小木块离开传送带时的速度．解析：(1)小木块在传送带上相对传送带运动的加速度为a ，由牛顿第二定律得：μmg ＝ma ，解得：a ＝2 m/s 2；设经时间t 小木块离开传送带，则：L ＝v 1t －12at 2，解得：t 1＝1 s 或t 2＝4 s(舍去)． (2)设小木块减速至零的位移为x ，由位移速度的关系式得：x ＝v 222a ＝2.25 m＜4 m ，小木块会反向加速，由运动对称性知，加速至与传送带共速时，向左运动的距离为x 1，则x 1＝v 202a ＝1 m ＜2.25 m ；所以小木块以2 m/s 的速度匀速运动到从传送带左端离开．答案：(1)1 s (2)2 m/s2．某企业的生产车间在楼上，为了将工件方便快捷地运送到地面，专门安装了传送带设备，如图所示．已知传送带与水平面的夹角θ＝37°，正常的运行速度是v ＝10 m/s.现在传送带的A 端轻轻放上一个小物体(可视为质点)，已知小物体与传送带之间的动摩擦因数为μ＝0.5，A 、B 间距离s ＝16 m ．试分析计算：(已知sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，取g ＝10 m/s 2)(1)如果传送带停止运行，小物体从A 端运动到B 端的时间；(2)如果传送带沿顺时针方向正常转动，小物体从A 端运动到B 端的时间；(3)如果传送带沿逆时针方向正常转动，小物体从A 端运动到B 端的时间．解析：(1)(2)对放在传送带上的小物体进行受力分析：小物体沿传送带向下滑动时，无论传送带是静止还是沿顺时针方向正常转动，小物体的受力情况完全一样，都是在垂直传送带的方向受力平衡，受到沿传送带向上的滑动摩擦力；如图甲所示，根据牛顿第二定律，小物体沿传送带下滑的加速度为：a 1＝mg sin θ－μmg cos θm ＝g (sin θ－μcos θ)＝10×(0.6－0.5×0.8)m/s 2＝2m/s 2，小物体从A 端运动到B 端做初速度为零的匀加速直线运动，设需要的时间为t ，则s ＝12a 1t 2，t ＝2sa 1＝2×162s ＝4 s.(3)当传送带沿逆时针方向正常转动时，开始时，传送带作用于小物体的摩擦力沿传送带向下，小物体下滑的加速度a 2＝g (sin θ＋μcos θ)＝10 m/s 2，小物体加速到与传送带运行速度相同是需要的时间为t 1＝v a 2＝1010s ＝1 s ，在这段时间内，小物体沿传送带下滑的距离为s 1＝12at 2＝12×10×1 m ＝5 m ；由于μ＜tan θ，此后，小物体沿传送带继续加速下滑时，它相对于传送带的运动的方向向下，因此传送带对小物体的摩擦力方向改为沿传送带向上，如图乙所示，其加速度变为a 1＝g (sin θ－μcos θ)＝10×(0.6－0.5×0.8)m/s 2＝2 m/s 2，小物体从该位置起运动到B 端的位移为s －s 1＝16 m －5 m ＝11 m ，小物体做初速度为v ＝10 m/s 、加速度为a 1的匀加速直线运动，由s －s 1＝vt 2＋12a 1t 22，代入数据，解得t2＝1 s(t2＝－11 s舍去)；所以，小物体从A端运动到B端的时间为t＝t1＋t2＝2 s.答案：(1)4 s (2)4 s (3)2 s1．下列关于超重、失重现象的描述中，正确的是( )A．电梯正在减速上升，人在电梯中处于超重状态B．电梯正在加速下降，人在电梯中处于失重状态C．举重运动员托举杠铃保持静止，运动员处于超重状态D．列车在水平轨道上加速行驶，车上的人处于超重状态解析：选B.电梯正在减速上升，加速度向下，故电梯中的乘客处于失重状态，故A错误；电梯正在加速下降，加速度向下，故电梯中的乘客处于失重状态，故B正确；举重运动员托举杠铃保持静止，运动员处于平衡状态，故C错误；列车在水平轨道上加速行驶，车上的人的加速度方向为水平方向，故人不超重也不失重，故D错误．2．如图所示，小芳在体重计上完成下蹲动作．下列F－t图象能反映体重计示数随时间变化的是( )解析：选C.对人的运动过程分析可知，人下蹲的过程可以分成两段：人在加速下蹲的过程中，有向下的加速度，处于失重状态，此时人对传感器的压力小于人的重力的大小；在减速下蹲的过程中，加速度方向向上，处于超重状态，此时人对传感器的压力大于人的重力的大小，故A、B、D错误，C正确．3．(多选)如图所示，一水平方向足够长的传送带以恒定的速率v1沿顺时针方向运动，把一质量为m的物体无初速度地轻放在左端，物体与传送带间的动摩擦因数为μ，重力加速度为g，则下列说法正确的是( )A．物体一直受到摩擦力作用，大小为μmgB．物体最终的速度为v1C．开始阶段物体做匀加速直线运动D．物体在匀速阶段受到的静摩擦力向右解析：选BC.当把物体无初速度地轻放在传送带的左端时，物体相对传送带向左运动，故物体所受到的滑动摩擦力大小为F f＝μmg，方向水平向右；所以物体将向右做匀加速运动，由于传送带足够长，物体将加速到v1，之后与传送带保持相对静止，不再受到摩擦力的作用，故选项A、D错，B、C对．4.如图所示，倾斜传送带与水平方向的夹角为θ＝37°，将一小物块轻轻地放在正在以速度v＝10 m/s匀速逆时针转动的传送带的上端，物块与传送带之间的动摩擦因数为μ＝0.5(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力的大小)，传送带两皮带轮轴心间的距离为L＝29 m，(g取10 m/s2，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8)求：(1)将物块从顶部传送到传送带底部所需的时间；(2)若物块与传送带之间的动摩擦因数为μ′＝0.8，物块从顶部传送到传送带底部所需的时间．解析：(1)物块放到传送带上后，沿斜面向下做加速直线运动，开始时物块相对于传动带向后运动，受到的摩擦力沿斜面向下(物块受力如图甲所示)，则a1＝g sin θ＋μg cos θ＝10m/s2当物块加速到与传送带同速时，所用时间为：t1＝va1＝1 s，运动的位移为x1＝v22a1＝1022×10m＝5 m，物块加速到与传送带同速后，由于mg sin θ＞μmg cos θ，所以物块相对于传送带向下运动，摩擦力变为沿斜面向上(物块的受力情况如图乙所示)，所以此时的加速度为a2＝g sin θ－μg cos θ＝2 m/s2由x2＝L－x1＝vt2＋12a2t22解得t2＝2 s因此所需的时间为t＝t1＋t2＝3 s.(2)若μ′＝0.8 ，开始时(即物块与传送带同速前)物块的加速度为a′＝g(sin θ＋μ′cos θ)＝10×(0.6＋0.8×0.8)m/s2＝12.4 m/s2物体加速到与传送带同速时所用的时间t′1＝va′＝1012.4s≈0.81 s位移x′1＝v22a′≈4.03 m由于mg sin θ＜μ′mg cos θ，故物块与传送带同速后将与传送带一起做匀速运动，则t′2＝L－x′1v≈2.50 s，因此所需的时间为：t′＝t′1＋t′2＝3.31 s.答案：(1)3 s (2)3.31 s一、单项选择题1．下列关于超重和失重的说法中，正确的是( )A．物体处于超重状态时，其重力增加了B．物体处于完全失重状态时，其重力为零C．物体处于超重或失重状态时，其惯性比处于静止时增加或减小了D．物体处于超重或失重状态时，其重力都没有变化解析：选D.超重是物体对接触面的压力大于物体的真实重力，物体的重力并没有增加，故A错误；物体处于完全失重时，重力全部用来提供加速度，对支持它的支持面压力为零，重力并没有消失，故B错误；惯性的大小与物体的运动状态无关，物体处于超重或失重状态时，其惯性与处于静止时相等，故C 错误；物体处于超重或失重状态时，其重力都没有变化，故D正确．2． 2018年12月8日2时23分，中国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭成功发射嫦娥四号探测器，开启了月球探测的新旅程．若运载火箭在发射升空过程中，探测器先做加速运动，后做减速运动．下列说法正确的是( )A．探测器在加速过程中惯性变大B．探测器先处于超重状态，后处于失重状态C．探测器先处于失重状态，后处于超重状态D．在加速过程，火箭对探测器作用力大于探测器对火箭的作用力解析：选B.惯性的大小只与质量有关，与运动状态无关，所以不论加速还是减速惯性大小一样，故A错误；发射升空过程中，先做加速运动后做减速运动：向上加速过程加速度向上，则为超重，向上减速加速度向下，为失重，故B正确，C错误；根据牛顿第三定律火箭对探测器作用力等于探测器对火箭的作用力，故D错误．3.如图所示是我国长征火箭把载人神舟飞船送上太空的情景．宇航员在火箭发射与飞船回收的过程中均要经受超重与失重的考验，下列说法正确的是( )A．火箭加速上升时，宇航员处于失重状态B．火箭加速上升时的加速度逐渐减小时，宇航员对座椅的压力小于其重力C．飞船加速下落时，宇航员处于超重状态D．飞船落地前减速下落时，宇航员对座椅的压力大于其重力解析：选D.火箭加速上升时，加速度方向向上，宇航员处于超重状态，A 错误；火箭上升的加速度逐渐减小时，由于加速度方向向上，宇航员仍处于超重状态，对座椅的压力大于其重力，B错误；飞船加速下落时，加速度方向向下，处于失重状态，宇航员对座椅的压力小于其重力，C错误；飞船在落地前减速，加速度方向向上，宇航员处于超重状态，宇航员对座椅的压力大于其重力，D正确．4．某人在地面上用弹簧秤称得其体重为490 N．他将弹簧秤移至电梯内称其体重，t0至t3时间段内弹簧秤的示数如图所示，则电梯运行的v－t图象可能是(取电梯向上运动的方向为正)( )。

高中物理超重和失重教案教学目标：1. 理解超重和失重的概念；2. 掌握超重和失重的几种情况和原因；3. 理解超重和失重对物体的影响。

教学重点：1. 超重和失重的定义；2. 超重和失重的不同情况；3. 超重和失重的原因。

教学难点：1. 理解超重和失重的物理原理；2. 区分超重和失重的不同情况。

教学过程：一、导入（5分钟）教师通过展示图片或视频引导学生思考：如果把物体放在地球上会有什么现象？如果放在太空中会有什么现象？二、讲解超重和失重的概念（10分钟）1. 超重的定义：物体受到的重力大于重力加速度；2. 失重的定义：物体受到的重力小于重力加速度。

三、探究超重和失重的情况和原因（15分钟）1. 地面受力情况：已知地球重力加速度为9.8m/s²，某物体在地球上受力为10N，求超重或失重情况；2. 空间受力情况：已知宇宙中重力加速度为0，某物体在太空中受力为5N，求超重或失重情况；3. 探究超重和失重的原因。

四、讨论超重和失重对物体的影响（10分钟）1. 超重对人体有什么影响？2. 失重对空间飞行员有什么影响？五、总结与拓展（5分钟）教师对本课内容进行总结，并引导学生思考：超重和失重在日常生活中有哪些应用和意义？教学反馈：教师可以通过课堂小测验或讨论来检查学生对超重和失重的理解程度，并及时对学生的问题进行解答和指导。

拓展延伸：1. 给学生留作业，让他们通过查阅资料了解更多关于超重和失重的知识；2. 组织学生进行实验，观察不同环境下物体的超重和失重情况；3. 探究宇宙飞船中航天员的超重和失重问题。

6.4万有引力理论的成就(1)教学 目标（一）知识与技能1、了解万有引力定律在天文学上的重要应用。

2、行星绕恒星运动、卫星的运动的共同点：万有引力作为行星、卫星圆周运动的向心力，会用万有引力定律计算天体的质量。

3、理解并运用万有引力定律处理天体问题的思路和方法。

（二）过程与方法1、培养学生归纳总结建立模型的能力与方法。

（三）情感、态度与价值观1、体会万有引力定律在人类认识自然界奥秘中的巨大作用，让学生懂得理论来源于实践，反过来又可以指导实践的辩证唯物主义观点。

重点 难点 重点：万有引力定律和圆周运动知识在天体运动中的应用 难点：用已知条件求中心天体的质量教具准备多媒体课时安排1课时教学过程与教学内容教学方法、教学手段与学法、学情引入：天体之间的作用力主要是万有引力，万有引力常量一经测出，使万有引力定律有了其实际的意义 一、测量天体的质量 1、称量地球质量物体m 在纬度为θ的位置，万有引力指向地心，分解为两个分力：m 随地球自转围绕地轴运动的向心力和重力 。

通常情况下，只有赤道和两极的重力才严格指向地心。

但因为地球自转的并不快，所以向心力是一个很小的值。

在运算要求不是很准确的条件下，我们可以粗略的让万有引力等于重力。

即：向心力远小于重力，万有引力大小近似等于重力。

例：设地面附近的重力加速度g=9.8m/2s ，地球半径R =6.4×106m ，引力常量2211/1067.6kg m N G ⋅⨯=-，试估算地球的质量。

引导学生认识重力和万有引力的关系2019-2020学年高考物理模拟试卷一、单项选择题：本题共10小题，每小题3分，共30分．在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的1．甲、乙两列完全相同的横波分别从波源A 、B 两点沿x 轴相向传播，0t =时的波形图像如图所示，若两列波的波速都是1m/s ，下列说法正确的是（ ）A ．甲乙两列波的频率都是4HzB ．1s t =时，甲乙两波相遇C ．3s t =时，6m x =处质点的位移为负方向最大D ．0s t =时，2m x =处质点与10m x =处质点的振动方向相反2．5G 是“第五代移动通信网络”的简称，目前世界各国正大力发展 5G 网络．5G 网络使用的无线电波通信频率在3.0 GHz 以上的超高频段和极高频段（如图所示），比目前4G 及以下网络（通信频率在0.3GHz ～3.0GHz 间的特高频段）拥有更大的带宽和更快的传输速率．未来5G 网络的传输速率（指单位时间传送的数据量大小）可达10G bps （bps 为bits per second 的英文缩写，即比特率、比特/秒），是4G 网络的50-100倍．关于5G 网络使用的无线电波，下列说法正确的是A ．在真空中的传播速度更快B ．在真空中的波长更长C ．衍射的本领更强D ．频率更高，相同时间传递的信息量更大3．如图所示，OA 是水平放置的弹性薄钢片，左端固定于O 点，右端固定有一个软铁圆柱体，P 为套在钢片上的重物。

2017-2018学年高中物理第6章万有引力与航天第3节万有引力定律学案新人教版必修2编辑整理：尊敬的读者朋友们：这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（2017-2018学年高中物理第6章万有引力与航天第3节万有引力定律学案新人教版必修2）的内容能够给您的工作和学习带来便利。

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第3节万有引力定律学习目标核心提炼1.了解万有引力定律得出的过程和思路.1种方法--月—地检验1个定律——万有引力定律1个常量——万有引力常量G＝6.67×10－11N·m2/kg22.理解万有引力定律内容、含义及适用条件。

3。

知道任何物体间都存在万有引力，且遵循相同的规律.一、月—地检验阅读教材第39～40页“月—地检验”部分，知道计算结果与预期结果相符合这一检验的过程。

1．猜想：维持月球绕地球运动的力与使得苹果下落的力是同一种力,同样遵从“平方反比”的规律。

2．推理：根据牛顿第二定律,物体在月球轨道上运动时的加速度大约是它在地面附近下落时的加速度的错误!.3．结论：自由落体加速度和月球的向心加速度与我们的预期符合得很好.这表明：地面物体所受的地球的引力、月球所受地球的引力,与太阳、行星间的引力遵从相同的规律。

思维拓展月球受到地球的引力作用，但没有被吸到地球表面上，是因为月球受力平衡吗?图1答案不是.是因为地球对月球的引力提供了月球绕地球运动的向心力,使月球做匀速圆周运动。

二、万有引力定律阅读教材第40～41页“万有引力定律”和“引力常量"部分，知道万有引力定律的内容及表达式，了解引力常量的测定。