高中物理人教版（2019）必修1： 4.6 超重和失重 学案

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1、【标题】第六节超重和失重解读课程学科素养课标要点核心素养1通过实验认识超重和失重现象2理解产生超重、失重现象的条件和实质3认识完全失重现象1理解超重、失重的实质（科学思维）2通过实验探究超重、失重的条件（科学探究）3结合牛顿运动定律分析生活的现象，体验超重和失重（科学态度与责任）预习新知自主学习一、重力的测量在地球表面附近，物体由于地球的吸引而受到重力测量重力常用两种方法1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，利用牛顿第二定律可得Gmg；2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，这时物体所受的重力和测力计对物体的拉

2、力或支持力的大小相等，测力计的示数反映了物体所受的重力大小二、超重和失重1超重：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失重：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3完全失重：物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）等于零的状态不管是超重还是失重状态，物体本身的重力都没有变化，只是物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）发生了变化探究知识提升素养知识点1超重和失重兴趣探究如图所示，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？（2）电梯将要到达目的地减速运动时

3、加速度方向向哪？人受到的支持力比其重力大还是小？【答案】（1）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）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，支持力小于重力知识归纳1视重：当物体挂在弹簧测力计下或放在水平台秤上相对静止时，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状态时，物体的重力并未变化，只是视重变了2超重、失重的比较特征状态加速度视重（F）与重力关系运动情况受力示意图平衡a0Fmg静止或匀速直线运动超重向上由Fm

4、gma得Fm（ga）mg向上加速或向下减速失重向下由mgFma得Fm（ga）mg向下加速或向上减速完全失重向下且ag由mgFma得F0自由落体运动，抛体运动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，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考向例题考向一对超重和失重的理解【例1】近日我国空间技术研究院的载人航天总部迎来了十周年纪念日，借助此契机该部门发布了一部纪念视频，里面不仅

5、有着我国神舟载人飞船、天宫空间站等的研发场景，最为振奋人心的是向全世界展示了我国正在打造的新一代载人飞船如图是“神舟十一号”载人飞船的发射场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，宇航员处于超重状态B飞船落地前减速下落时，宇航员处于失重状态C火箭加速上升时，宇航员对座椅的压力小于自身重力D火箭加速上升过程中加速度逐渐减小时，宇航员处于失重状态【解析】火箭加速上升时，加速度方向向上，根据牛顿第二定律可知宇航员受到的支持力大于自身的重力，宇航员处于超重状态，对座椅的压力大于自身重力，选项A正确，C错误；飞船落地前减速下落时，加速度方向向上

6、，根据牛顿第二定律可知宇航员受到的支持力大于自身的重力，宇航员处于超重状态，选项B错误；火箭加速上升过程中加速度逐渐减小时，加速度方向向上，宇航员处于超重状态，选项D错误【答案】A方法技巧：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即时巩固1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

7、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】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【答案】B考向二利用超重、失重判断物体的运动状态【例2】在电梯中，把一重物置于台秤上，台秤与力的传感器相连，当电梯从静止起加速上升，然后又匀速运动一段时间，最后停止运动时，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：（g取

8、10 m/s2）（1）该物体的重力是多少？电梯在超重和失重时物体的重力是否变化？（2）算出电梯在超重和失重时的最大加速度分别是多大？【解析】（1）根据题意4s到18s物体随电梯一起匀速运动，有共点力平衡的条件知：压力和重力相等，即G30N；根据超重和失重的本质得：物体的重力不变（2）超重时：支持力最大为50N，由牛顿第二定律得a1F合m50-303m/s2667m/s2，方向向上；失重时：支持力最小为10N，由牛顿第二定律得a2F合m30-103m/s2667m/s2，方向向下【答案】（1）30 N不变（2）667 m/s2667 m/s2易错警示：图中4 s到18 s的过程中力不变，且做匀速

9、直线运动，即此过程不超重也不失重，当压力大于重力时处于超重状态，当压力小于重力时处于失重状态，把握好概念并结合图像中所给的信息是正确解本题的关键即时巩固2如图所示为某同学站在电子体重计上做下蹲、起立动作时，与体重计相连的显示器上显示的压力F随时间t变化的图像则该同学在这段时间内做的动作，可能是（）A起立B下蹲C先下蹲后起立D先起立后下蹲【解析】从图像上可以看出，该同学先处于失重后处于超重状态，所以加速度先向下后向上，在下蹲过程中先向下加速，然后再向下减速，初、末速度都为零，故只有B对【答案】B知识点2从动力学看竖直上抛运动兴趣探究如图是世界第一大喷泉，16秒可喷7吨水，最高可达140米请思考：

10、（1）水喷出后受什么力？加速度变化吗？（不考虑空气阻力）（2）水在上升和下降过程中分别做什么运动？处于什么状态？【答案】（1）只受到重力作用，加速度ag，是恒量（2）水在上升过程中做匀减速直线运动，下降过程为自由落体运动，整个过程中加速度不变，为匀变速直线运动都处于完全失重状态知识归纳1竖直上抛运动的基本规律（1）速度公式：vv0gt（2）位移公式：xv0t12gt2（3）位移和速度的关系式：v2v022gx（4）上升到最高点（即v0时）所需的时间tv0g，上升的最大高度xmaxv022g2研究方法（1）分段法：上升过程是加速度ag，末速度v0的匀减速直线运动，下降过程是自由落体运动，且上升阶

11、段和下降阶段具有对称性（2）整体法：将全过程看成是初速度为v0、加速度为g的匀变速直线运动，把匀变速直线运动的基本规律直接应用于全过程，但必须注意相关量的矢量性习惯上取抛出点为坐标原点，v0的方向为正方向此方法中物理量正负号的意义：v0时，物体正在上升，v0时，物体正在下降；h0时，物体在抛出点的上方，h0时，物体在抛出点的下方【例3】记者利用数码相机连拍功能记录跳水比赛中运动员在10 m跳台跳水的全过程所拍摄的第一张照片恰为她们起跳的瞬间，第四张如图甲，记者认为这时她们处在最高点，第十九张如图乙，她们正好身体竖直、双手刚刚触及水面甲乙查阅资料得知相机每秒连拍10张设起跳时重心离台面及触水时重

12、心离水面的距离相等（不计空气阻力）由以上材料：（1）估算运动员的起跳速度大小；（2）分析第四张照片是在最高点吗？如果不是，此时重心是处于上升阶段还是下降阶段？（3）运动员双手刚刚触及水面时的速度约为多少？【解析】（1）由题意可知，相机连拍周期T110s01s运动员从起跳到双手触水的总时间t18T18s设起跳速度大小为v0，取竖直向上为正方向，则10v0t12gt2，解得v034m/s（2）上升时间t10-v0-g034s而拍第四张照片是在03s时所以此时运动员还处于上升阶段（3）由速度公式vv0at得v34m/s10m/s218s146m/s“”号表示速度方向竖直向下【答案】（1）34 m/s

13、（2）不是，重心处于上升阶段（3）146 m/s，方向向下易错警示：利用整体法做题时，匀变速直线运动的规律完全适用，但要注意各矢量的正、负，并弄清其物理含义基础性达标作业1关于超重和失重的说法正确的是（）A物体处于超重时，其重力增大了B物体处于失重状态时，其重力减小了C物体处于完全失重时，其重力为零D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【解析】不论超重或失重甚至完全失重，物体所受重力是不变的A、B、C错误，D正确【答案】D2升降机做以下运动时，处于失重状态的是（）A以很大速度匀速上升B以很小速度匀速下降C上升时以很大的加速度减速D下降时以很大的加速度减速【解析】当物体以很

14、大速度匀速上升，或者以很小速度匀速下降时，加速度均为零，则物体不处于失重状态，选项AB错误；上升时以很大的加速度减速，加速度向下，物体处于失重状态，选项C正确；下降时以很大的加速度减速，加速度向上，则物体处于超重状态，选项D错误；故选C【答案】C3一质量为m的人站在电梯中，电梯减速上升，加速度大小为13g，g为重力加速度人对电梯底部的压力为（）A23mgB2mgCmgD43mg【解析】由于电梯减速上升，故加速度向下，对人受力分析，受到重力mg、地板支持力FN，由牛顿第二定律：mgFNma，即：mgFN13mg，解得：FN23mg，根据牛顿第三定律，则人对电梯底部的压力为23mg，A正确【答案】

15、A4（多选）放在电梯地板上的一个木箱，被一根处于伸长状态的弹簧拉着而处于静止状态，如图所示，后发现木箱突然被弹簧拉动，据此可判断出电梯的运动情况是（）A匀速上升B加速上升C减速上升D加速下降【解析】木箱静止时的受力情况如图所示则支持力FNmg，静摩擦力FfF若木箱突然被弹簧拉动，说明最大静摩擦力减小，则压力减小，即木箱所受支持力FN减小，所以竖直方向mgFN，物体处于失重状态，则电梯可能加速下降，也可能减速上升，C、D正确【答案】CD5某人在地面上最多能举起质量为80 kg的重物，当此人站在以a10 m/s2的加速度加速上升的升降机中时，又最多能举起质量为多少千克的重物？（取g10 m/s2）【解析】设此人的最大举力为F，由题意得：Fmg800N；设此人在升降机中最多能举起质量为m的重物，根据牛顿第二定律得Fmgma；联立并代入数据解得：m40kg【答案】40 kg10