2021-2022学年新人教版（2019）高中物理必修第一册第四章 4-6超重和失重 导学案.docx

1、4.6 超重和失重 导学案一、学习目标1.知道重力测量的两种方法.2.知道什么是视重.3.知道什么是超重和失重现象.4.会利用牛顿运动定律分析超重和失重的问题二、学习过程【问题探究】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沿什么方向？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加速度沿什么方向？人受到的支持力比其重力大还是小？【知识点1】（一）重力的测量1方法一：利用牛顿第二定律，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_，利用牛顿第二定律可得G_.2方法二：利用力的平衡条件，将待测物体悬

2、挂或放置在_上，使它处于静止状态这时物体受到的重力的大小_测力计对物体的拉力或支持力的大小（二）超重和失重1视重：体重计的_称为视重，反映了人对体重计的_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_(选填“竖直向上”或“竖直向下”)的加速度3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_(选填“竖直向上”或“竖直向下”)的加速度4完全失重：(1)定义：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)_的状态(2)产生条件：ag，方向_例题1、关于超重和失重的下列说法中，正确的是（）A物体

3、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例题2、如图所示为运动员跳高时的精彩瞬间，下列说法正确的是（）A运动员起跳时地面对他的支持力等于他所受的重力B运动员起跳以后在上升过程中处于失重状态C运动员在最高点处于平衡状态D运动员在下降过程中处于超重状态例题3、如图所示是一客运电梯某段时间内上升的图像，则有（）A02s时间内，电梯的加速度最大，处于超重状态B02s时间内，电梯的加速度最大，处于失重状态C610s时间内，电梯的加速度最大，处于超重状态D610

4、s时间内，电梯的加速度最大，处于失重状态【知识点2】超重、失重的综合分析与计算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(或竖直分量向上)时，根据牛顿第二定律有：Nmgma，此时Nmg.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：mgNma，此时Nmg.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例题4、质量为45kg的小明站在电梯中的“体重计”上，当电梯竖直向

5、下运动经过5楼时，“体重计”示数为50kg，如图所示重力加速度取10m/s2此时小明处于A超重状态，对“体重计”压力为450NB超重状态，对“体重计”压力为500NC失重状态，对“体重计”压力为450ND失重状态，对“体重计”压力为500N跟踪训练：如图，质量为m的小球挂在电梯的天花板上、电梯在以大小为0.25g的加速度向下加速运动的过程中，小球（）A处于失重状态，所受拉力为0.25mgB处于失重状态，所受拉力为0.75mgC处于超重状态，所受拉力为0.25mgD处于超重状态，所受拉力为1.25mg例题5、为了观察超重和重现象，质量为50kg的小红站在电梯内的体重计上，如图所示。求电梯处于下列

6、运动状态时体重计的示数：（取重力加速度g=10m/s2）（1）电梯匀速上升；（2）电梯以0.8m/s2的加速度匀加速上升；（3）电梯以0.8m/s2的加速度匀减速上升。4.6 超重和失重 作业班级： 学号： 姓名： 一、选择题1关于超重与失重现象的说法正确的是（）A处于超重状态的物体其所受重力大于其静止时所受的重力B处于失重状态的物体一定向下加速运动C处于超重状态的物体所受合力方向与重力方向相反D处于失重状态的物体加速度方向与重力加速度方向相反2港珠澳大桥建造过程中最困难的莫过于沉管隧道的沉放和精确安装，关于沉管减速向下沉放过程中，下列描述正确的是（）A沉管处于失重状态B沉管处于超重状态C沉管

7、所受合外力方向向下D沉管所受的合外力为03如图所示为一玩具飞机运动的图象，规定竖直向上为速度的正方向，下列说法正确的是（）A05s内和1520s内玩具飞机的运动方向相反B05s内和1520s内玩具飞机的加速度相同C515s内玩具飞机在空中处于悬停状态D1520s内玩具飞机处于失重状态4在探究超重和失重规律时，某体重为G的同学站在一压力传感器上完成一次下蹲动作，传感器和计算机相连，经计算机处理后得到压力F随时间t变化的图象，则下列图象中可能正确的（）ABCD5如图甲所示，在升降机的顶部安装了一个能够显示拉力大小的传感器，传感器下方挂上一轻质弹簧，弹簧下端挂一质量为m的小球，若升降机在匀速运行过程

8、中突然停止，并以此时为零时刻，在后面一段时间内传感器显示弹簧弹力的大小F随时间t变化的图像如图乙所示，g为重力加速度，则（ ）A升降机停止前在向下运动B0 t1时间内小球处于失重状态，t1 t2时间内小球处于超重状态Ct1 t3时间内小球向下运动，速度先增大后减小Dt3 t4时间内小球向下运动，速度一直增大6电梯内有一物体，质量为m，用细绳挂在电梯的天花板上，当电梯以的加速度竖直加速上升时，细绳对物体的拉力是（）A mgB mgCmgD mg7如图所示，质量为m的人站在体重计上，随电梯以大小为a的加速度加速上升，重力加速度大小为g。下列说法正确的是（）A人处于失重状态，人对体重计的压力大小为B

9、人处于超重状态，人对体重计的压力大小为maC人处于失重状态，人对体重计的压力大小为maD人处于超重状态，人对体重计的压力大小为8某一站在沿竖直方向运动的电梯内，他受到电梯的支持力为所受重力的9/10，则以下判断正确的是（g=10m/s2 ） （ ）A电梯加速度大小为9m/s2,人处于超重状态B电梯加速度大小为1m/s2,人处于失重状态C电梯加速度大小为1m/s2,人处于超重状态D电梯加速度大小为9m/s2,人处于失重状态二、非选择题9升降机地板上放一个弹簧式台秤，秤盘放一个质量为20kg的物体（g=10m/s2），当升降机（1）当升降机匀速上升时，物体对台秤的压力大小是多少？（2）当升降机以1

10、m/s2的加速度竖直上升时，物体处于超重状态还是失重状态？物体所受的支持力大小是多少？（3）当升降机以5m/s2的加速度减速上升时，物体处于超重状态还是失重状态？物体所受的支持力大小是多少？（4）当升降机自由下落时，物体对台秤的压力为多少？10“蹦极”是一种能获得强烈失重、超重感觉的非常“刺激”的惊险娱乐项目。人处在离沟底水面上方二十多层楼的高处（或悬崖上），用橡皮弹性绳拴住身体，让人头下脚上自由下落，落到一定位置时弹性绳拉紧。设人体立即做匀减速运动，到接近水面时刚好减速为零，然后再反弹。已知某“勇敢者”头戴重为45N的安全帽，开始下落时的高度为75m，设计的系统使人落到离水面30m时，弹性绳

11、才绷紧。不计空气阻力，则：（取g=10m/s2）(1)当他落到离水面50m位置时戴着的安全帽对人的头顶的弹力为多少？(2)当他落到离水面20m的位置时，则其颈部要用多大的力才能拉住安全帽？11如图所示，竖直矿井中的升降机可实现地下深处和地面之间的人员快速运送。某一竖直矿井的深度约为120m，升降机运行的最大速度为10m/s。某次升降机从矿井底部向地面运送工作人员，先匀加速运动到最大速度，再匀速运动，最后匀减速运动到达地面。有人恰好站在吊舱内的一台秤上，在升降机上升的过程中发现台秤的读数依次为72kg、60kg、48kg，最终升降机到达地面速度恰好为零。已知升降机吊舱和人员的总质量为2t，重力加

12、速度g=10m/s2，求：(1)升降机加速运动时的加速度大小；(2)减速运动时缆绳对吊舱的拉力大小；(3)运送过程的总时间。4.6 超重和失重 参考答案二、学习过程【问题探究】【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，所以支持力小于重力【知识点1】（一）1质量m， mg.2测力计 等于（二）1示数 压力2（1）小于(2)竖直向下3(1)大于(2)竖直向上4（1）等于零(2)竖直向下例题1、【答案】D【解析】A物体匀速向上运

13、动时，既不超重也不失重，A错误；B处于完全失重状态的物体不一定是向下运动，例如竖直上抛运动的上升过程处于完全失重状态，B错误；C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，C错误；D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，D正确。例题2、【答案】B【解析】A运动员起跳时加速上升，则地面对他的支持力大于他所受的重力，A错误；B运动员起跳以后在上升过程中加速度向下，处于失重状态，B正确；C运动员在最高点受重力作用，不是处于平衡状态，C错误；D运动员在下降过程中加速度向下，处于完全失重状态，D错

14、误；例题3、【答案】A【解析】02s时间内，速度逐渐增加，加速度方向向上，处于超重状态，大小为a=vt=6-02-0m/s2=3m/s2610s时间内，速度逐渐减小，加速度向下，处于失重状态，大小为a=vt=0-610-6m/s2=-1.5m/s202s时间内，电梯的加速度最大。【知识点2】例题4、【答案】B【解析】小明的体重只有45kg，体重计的示数为50kg，大于重力所以处于超重状态对“体重计”压力为500N，故B正确，ACD错误，故选B点睛：本题考查了超重和失重的知识，记住：1、具有向上的加速度超重，具有向下的加速度失重；2、无论超重还是失重，物体本身的质量并没有变化跟踪训练：【答案】B

15、【解析】电梯在以大小为0.25g的加速度向下加速运动的过程中，因加速度向下，则小球处于失重状态；对小球mg-T=ma 解得 T=0.75mg例题5、【答案】（1）500N；（2）540N；（3）460N【解析】（1）电梯匀速上升，加速度为0，体重计的示数为F1=mg=500N（2）电梯以0.8m/s2的加速度匀加速上升，由牛顿第二定律可得F2-mg=ma2代入数据解得F2=540N。（3）电梯以0.8m/s2的加速度匀减速上升，由牛顿第二定律可得mg-F3=ma3代入数据解得F3=460N。4-6 超重和失重 作业一、选择题1【答案】C【详解】A无论是处于超重或失重状态时，物体人的重力并没变，

16、只是对支持物的压力变了，故A错误；B物体处于失重状态，此时有向下的加速度，但是物体可以向上做减速运动，也可以向下做加速运动，故B错误；C处于超重状态的物体加速度一定向上，合外力一定向上，则其所受合力方向一定与重力方向相反，故C正确；D处于失重状态的物体加速度方向一定竖直向下，故一定与重力加速度方向相同，故D错误。2【答案】B【详解】沉管减速向下沉放过程中，速度方向向下，加速度方向向上，合力方向向上，沉管处于超重状态。故选B。3【答案】D【详解】A由图象可知020s内玩具飞机一直竖直向上运动，故A错误；B05s内玩具飞机的加速度方向竖直向上，1520s内玩具飞机的加速度方向竖直向下，故B错误；C

17、515s内玩具飞机匀速上升，故C错误；D1520s内玩具飞机的加速度方向竖直向下，处于失重状态，故D正确。故选D。4【答案】D【详解】人的下蹲动作是先加速后减速的。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。故选D。5【答案】C【详解】A从0时刻开始，弹簧弹力减小，知小球向上运动，可知升降机停止前向上运动，A错误；B0 t1时间内，重力大于弹力，加速度向下，处于失重状态，t1 t2时间内，重力大于弹力，加速度向下，也处于失重状态，B错误；C0 t1时间内，小

18、球向上运动，t1 t3时间内，小球向下运动，加速度先向下后向上，则速度先增大后减小，C正确；Dt3时刻处于最低点，t3 t4时间内，小球向上运动，D错误。故选C。6【答案】D【详解】根据牛顿第二定律F-mg=ma 解得F=76mg 故选D。7【答案】D【详解】由于人随电梯以大小为a的加速度加速上升，所以人处于超重状态，对人进行受力分析，人受到的支持力为N，由牛顿第二定律得N-mg=ma 解得N=mg+ma 根据牛顿第三定律得，人对体重计的压力大小为N=N=m(g+a) 故ABC错误，D正确。故选D。8【答案】B【详解】电梯对人的支持力N=9mg/10，根据牛顿第二定律得：mg-N=ma，解得人

19、的加速度a=0.1g=1m/s2，方向竖直向下，人处于失重状态故B正确，ACD错误故选B二、非选择题9【答案】（1）200N；（2）超重，220N；（3）失重，100N；（4）0【详解】（1）当升降机匀速上升时，根据根据牛顿第三定律，物体对台秤的压力大小200N（2）当升降机以1m/s2的加速度竖直上升时，加速度方向向上，物体处于超重状态，根据牛顿第二定律FN-mg=ma1解得FN=2200N（3）当升降机以5m/s2的加速度减速上升时，加速度方向向下，物体处于失重状态，根据牛顿第二定律mg-FN=ma2解得FN=100N（4）当升降机自由下落时，加速度等于重力加速度，则物体处于完全失重状态，

20、则物体对台秤的压力为010【答案】(1)0；(2)112.5N【详解】(1)人在离水面50m位置时，做自由落体运动，处于完全失重状态，对安全帽有mg-F=ma对整体有a=g所以F=0，由牛顿第三定律可知，安全帽对人头顶的弹力为0。(2)人下落到离水面30m处时，已经自由下落此时匀减速运动距离为h2=30m设人做匀减速运动的加速度为a，由得安全帽的质量为对安全帽，由牛顿第二定律可得mg-F=ma解得故在离水面20m的位置时，其颈部要用112.5N的力才能拉住安全帽。11【答案】(1)2m/s2；(2)N；(3)17s【详解】(1)设升降机加速运动时的加速度大小为a1，由牛顿第二定律得其中FN=7

21、20N，m=60kg，代入数据解得a1=2m/s2(2)电梯减速运动阶段，设加速度为a2，对人有mg-FN=ma2代入数据解得a2=2m/s2对人和吊舱整体有代入数据解得F=1.6104N(3)电梯匀加速阶段，根据公式v=v0+at，得匀加速阶段的时间为t1=va1=102m/s2=5s匀加速阶段的位移为h1=12a1t12=12252m=25m电梯匀减速阶段，根据逆向思维法，由公式，得匀减速阶段的时间为t2=va2=102m/s2=5s匀减速阶段的位移为h2=12a2t22=12252m=25m匀速阶段的位移为h3=h-h1-h2=70m匀速阶段的时间为t3=h3v=7s所以运动总时间为t=t1+t2+t3=17s