高中物理 4.6、7超重和失重 力學(xué)單位同步教學(xué)課件 粵教版必修1

1、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,1.在家用測體重的臺秤上做超重與失重的實驗.先站著不動，讀出臺秤的示數(shù)；接著突然下蹲，觀察開始下蹲時臺秤的示數(shù)變化；再觀察下蹲結(jié)束時臺秤的示數(shù)變化.說明為什么會出現(xiàn)這種情況.秤的示數(shù)變化是因為你的重力發(fā)生變化了嗎？,提示：經(jīng)過觀察我們會發(fā)現(xiàn)，在開始下蹲時，臺秤的示數(shù)會突然變??；而在下蹲將要結(jié)束前，臺秤的示數(shù)又會突然變大.臺秤的示數(shù)變小或變大，并不是因為我們自己的重力發(fā)生變化，而是由于我們

2、在下蹲過程中具有向上或向下的加速度，使人對臺秤的壓力大于或小于自己的重力.,2.我們常聽說宇航員在太空中處于完全失重狀態(tài)，是說宇航員在太空中不受重力的作用嗎？提示：宇航員在太空中處于完全失重狀態(tài)，是指他不會對與他接觸的物體產(chǎn)生正壓力的作用，但是他仍然受重力的作用，并且重力就是他受到的合外力.,3.試討論回答：發(fā)生超重時物體的重力變化了嗎？發(fā)生超重時物體可能怎樣運動？列出超重時支持力(或拉力)大小的表達(dá)式.提示：(1)當(dāng)物體具有

3、向上的加速度時，物體對支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?大于物體本身重力的現(xiàn)象稱為超重，物體的重力并沒有發(fā)生變化.,(2)發(fā)生超重時物體可能有兩種運動情形：①系統(tǒng)向上做加速運動；②系統(tǒng)向下做減速運動.這兩種情況中，加速度的方向均向上.(3)根據(jù)牛頓第二定律，發(fā)生超重時：物體所受支持力(或拉力)F=mg+ma.,4.試討論回答：發(fā)生失重時物體的重力減小了嗎？發(fā)生失重時物體可能怎樣運動？列出失重時支持力(或拉力)大小的表達(dá)式.提示：(1)

4、當(dāng)物體具有向下的加速度時，物體對支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?小于物體本身重力的現(xiàn)象稱為失重.物體的重力并沒有減小.,(2) 物體可能有兩種運動情形：①系統(tǒng)向上做減速運動；②系統(tǒng)向下做加速運動.這兩種情況中，加速度的方向均向下.(3)根據(jù)牛頓第二定律，發(fā)生失重時，物體所受支持力(或拉力)F=mg-ma.,【知識歸納】,對實重、視重、超重、失重的理解(1)實重：物體實際所受的重力，不會因為物體運動狀態(tài)的改變而改變.(2)視重：當(dāng)物

5、體在豎直方向有加速度時，物體對懸掛物的拉力(或?qū)χС治锏膲毫?將不等于物體的重力，此時彈簧測力計或臺秤的示數(shù)叫做物體的視重.,(3)超重：物體具有向上的加速度，物體對于懸掛物的拉力(或?qū)χС治锏膲毫?大于物體所受重力.(4)失重：物體具有向下的加速度，物體對懸掛物的拉力(或?qū)χС治锏膲毫?小于物體所受重力.,典例1 (2011·石家莊高一檢測)(雙選)某實驗小組利用DIS系統(tǒng)觀察超重和失重現(xiàn)象.他們在電梯內(nèi)做實驗.在

6、電梯的地板上放置一個壓力傳感器.在傳感器上放一個重為20 N的物塊.實驗中計算機(jī)顯示出傳感器所受物塊的壓力大小隨時間變化的關(guān)系圖象.根據(jù)圖象分析得出的結(jié)論中正確的是( ),A.從時刻t1到t2物塊處于失重狀態(tài)B.從時刻t3到t4物塊處于失重狀態(tài)C.電梯可能開始停在低樓層，先加速向上，接著勻速向上，再減速向上，最后停在高樓層D.電梯可能開始停在高樓層，先加速向下，接著勻速向下，再減速向下，最后停在低樓層,解決此題需要把握以下三

7、點：(1)判斷超、失重現(xiàn)象關(guān)鍵是看加速度方向,而不是運動方向.(2)處于超重狀態(tài)時，物體可能做向上加速或向下減速運動.(3)處于失重狀態(tài)時，物體可能做向下加速或向上減速運動.,【規(guī)范解答】選B、C.從F-t圖象可以看出0～t1，F(xiàn)=mg，電梯可能處于靜止?fàn)顟B(tài)或勻速運動狀態(tài)；t1～t2 ，F(xiàn)>mg，電梯具有向上的加速度，物塊處于超重狀態(tài)，可能加速向上運動或減速向下運動；t2～t3 ，F(xiàn)=mg，可能靜止或勻速運動；t3～t4 ，F(xiàn)

8、<mg，電梯具有向下的加速度，物塊處于失重狀態(tài)，可能做加速向下或減速向上運動.綜上分析可知，B、C正確.,【變式備選】某人在a1=2 m/s2勻加速下降的升降機(jī)中最多能舉起m1=75 kg的物體，則此人在地面上最多可舉起多大質(zhì)量的物體?若此人在一勻加速上升的升降機(jī)中最多能舉起m2=50 kg的物體，則此升降機(jī)上升的加速度為多大?(g取10 m/s2),【思路點撥】若此人在地面上的最大“舉力”是F，那么他在以不同的加速度運動的升降

9、機(jī)中最大“舉力”仍為F，以物體為研究對象進(jìn)行受力分析.作出物體的受力示意圖，根據(jù)牛頓第二定律求解.,【規(guī)范解答】升降機(jī)勻加速下降時，根據(jù)牛頓第二定律m1g-F=m1a1，解得：F=m1(g-a1)=75×(10-2) N=600 N，此人在地面上最多可舉起 =60 kg的物體.升降機(jī)勻加速上升時F-m2g=m2a2,解得：a2= 10)m/s2=2 m/s2答案：60 kg 2 m/s2,

10、1.物理學(xué)中基本單位有幾個？力學(xué)中的基本單位是哪幾個？提示：在物理學(xué)中總共有七個基本單位；在力學(xué)中基本單位有三個，它們是長度、質(zhì)量、時間的單位.,2.什么是導(dǎo)出單位？舉出幾個力學(xué)中導(dǎo)出單位的例子.提示：由基本量根據(jù)物理關(guān)系式可推導(dǎo)出其他物理量的單位,這些單位為導(dǎo)出單位.例如在力學(xué)中力、速度、加速度等一些物理量的單位都是導(dǎo)出單位.,3.在解題過程中，怎樣合理應(yīng)用單位制，才能做到既簡單又不容易產(chǎn)生錯誤？提示：把題目中的已知量用國際單位

11、制表示，若不是國際單位首先要轉(zhuǎn)化為國際單位，計算的結(jié)果同樣要用國際單位表示，這樣，計算過程中，就不必一一寫出各量后面的單位，只在數(shù)字后面寫出正確的單位就可以了.,4.試討論：如何利用力學(xué)單位制對計算結(jié)果的正、誤進(jìn)行檢驗？提示：如用力學(xué)國際單位制計算時，只有所求物理量的計算結(jié)果的單位和該物理量在力學(xué)國際單位制中的單位完全一致時，該運算過程才可能是正確的.若所求物理量的單位不對，則結(jié)果一定錯.,一、 選“kg、m、s”作為力學(xué)中的基本單位

12、的原因基本單位選定的原則是：1.這些物理量在力學(xué)中有最基本的地位，2.用這些物理量做基本單位后，可使基本單位的數(shù)目最少.因為力學(xué)研究物體運動變化過程中力與運動的關(guān)系，因此聯(lián)系物體自身屬性的量(質(zhì)量)和反映空間尺度的量(長度)以及時間必然與物體受力后的運動變化聯(lián)系得最密切、最普遍，所以這三個物理量及單位也最基本.,二、單位制在物理計算中的作用1.單位制的建立，是為了測量、比較物理量的大小.2.物理公式在確定了物理量間數(shù)量關(guān)系的

13、同時，也確定了物理量間的單位關(guān)系.3.在物理計算中，先統(tǒng)一各物理量的單位，公式中的各物理量只代入數(shù)值，只在式子的末尾寫出所求量的單位即可.,力學(xué)單位1.幾個常見概念：單位制、基本單位、導(dǎo)出單位、國際單位制.2.國際單位制中的力學(xué)單位,3.國際單位制體現(xiàn)單位的一貫性(1)簡化計算：只在計算的數(shù)值后加上相應(yīng)單位，不分別寫出各物理量的單位.(2)方便換算. (3)檢驗結(jié)果的正誤.,典例2 選定了長度單位m、質(zhì)量單位kg、時間單

14、位s之后，就可以導(dǎo)出力學(xué)中其他所有物理量的單位，但必須依據(jù)相關(guān)的公式.現(xiàn)有一個物理量A= 其中M是質(zhì)量，r是長度，又已知G的單位是N·m2·kg-2,據(jù)此能否推知A是什么物理量?,物理關(guān)系式可以確定物理量的單位關(guān)系，代入已知量的單位，可以確定未知量的單位.,【規(guī)范解答】將各物理量的單位代入A的表達(dá)式，進(jìn)行單位運算： 因為m

15、/s是速度單位，所以物理量A為速度.答案：見規(guī)范解答,【變式備選】(雙選)下列說法中正確的是( )A．在力學(xué)中，力是基本概念，所以力的單位“牛頓”是力學(xué)單位制中的基本單位B．力的單位是牛頓，1 N＝1 kg·m/s2，牛頓是個導(dǎo)出單位C．各物理量采用國際單位，通過物理公式最后的運算結(jié)果為國際單位D．物理公式只能確定物理量之間的數(shù)量關(guān)系，不能確定物理量間的單位關(guān)系,【解析】選B、C.“力”雖然是力學(xué)中一個最基本的概

16、念，但它的單位“牛頓”卻不是力學(xué)中的基本單位.力學(xué)中的基本單位是千克、米、秒，其他皆為導(dǎo)出單位.物理公式不僅確定了物理量之間的數(shù)量關(guān)系，同時也確定了物理量之間的單位關(guān)系.已知量采用國際單位，通過物理公式最后的運算結(jié)果一定為國際單位，單位制在力學(xué)計算中的意義正在于此.,典例3 美國密執(zhí)安大學(xué)5名學(xué)習(xí)航空航天技術(shù)的大學(xué)生搭乘NASA的飛艇參加了“微重力學(xué)生飛行計劃”.飛行員將飛艇開到6 000 m的高空后，讓其由靜止下落，以模擬一種微重力

17、的環(huán)境.下落過程中飛艇所受空氣阻力為其重力的0.04倍.這樣，可以獲得持續(xù)約25 s之久的失重力影響的實驗.緊接著，飛艇又做勻減速運動.若飛艇離地面的高度不得低于500 m，重力加速度g取10 m/s2，試求：,(1)飛艇在25 s內(nèi)下落的高度；(2)在飛艇后來的減速過程中，大學(xué)生們對座位的壓力是重力的多少倍？,【思路點撥】解答本題時要把握以下三點：(1)要分清各個過程對應(yīng)的已知量.(2)要能結(jié)合超重、失重分析受力.(3)要能熟

18、練使用運動學(xué)公式.,【規(guī)范解答】(1)對飛艇進(jìn)行受力分析，由牛頓第二定律可得： mg－f＝ma1由運動學(xué)規(guī)律H＝ a1t2所以在25 s內(nèi)飛艇下落的高度為 H=3 000 m(2)減速過程中，飛艇要下降h=H0－H-500 m=2 500 m后速度減為零.減速階段的初速度為 v=a1t=240 m/s,由運動學(xué)規(guī)律h=v2/2a2，得a2=對人進(jìn)行受力分析,由牛頓第二定律得FN－mg=ma2由以上各式得FN=2.2mg由牛

19、頓第三定律得，人對座椅的壓力為其重力的2.2倍.答案：(1)3 000 m (2)2.2倍,1.(雙選)下面關(guān)于超重與失重的判斷正確的是( )A.物體做變速運動時，必處于超重或失重狀態(tài)B.物體向下運動時，必處于失重狀態(tài)C.做豎直上拋運動的物體，處于完全失重狀態(tài)D.物體斜向上做勻減速運動，處于失重狀態(tài),【解析】選C、D.判斷物體是否處于超重或失重狀態(tài)，就是看物體有沒有豎直方向上的加速度.若物體的加速度向下，則處于失重狀態(tài)

20、.若物體的加速度向上，則處于超重狀態(tài).A、B兩項均未指明加速度方向，無法判定是否發(fā)生超重和失重現(xiàn)象.D項物體的加速度斜向下，有豎直向下的分量，故處于失重狀態(tài)，C項中a=g，且加速度方向向下，故處于完全失重狀態(tài).,2.導(dǎo)出單位是由基本單位組合而成的,則下列說法中正確的是( )A.加速度的單位是m/s2,是由m、s兩個基本單位組合而成的B．加速度的單位是m/s2,由公式a= 可知它是由m/s和s兩個基本單位組合而成的C．加速

21、度的單位是m/s2,由公式a=F/m可知．它是由N、kg兩個基本單位組合而成的D．以上說法都是正確的,【解析】選A.在力學(xué)中只有長度、時間、質(zhì)量的單位為基本單位，而m/s、N都是導(dǎo)出單位,所以B、C錯誤．本題選A．,3.一物體在2 N的力作用下，產(chǎn)生10 cm/s2的加速度，求物體的質(zhì)量.對這道題，以下計算中單位的運用正確、簡潔而又規(guī)范的是( )A．m＝ kg=0.2 kgB．m＝ C．m＝D．m＝

22、 =20 kg,【解析】選D.本題考查了單位制的應(yīng)用.在進(jìn)行數(shù)量運算的同時，也要把單位帶進(jìn)運算，帶單位運算時，每一個數(shù)據(jù)均要帶上單位，且單位換算要準(zhǔn)確，也可以把題中的已知量的單位都用國際單位表示，計算的結(jié)果就用國際單位表示，這樣在統(tǒng)一已知量的單位后，就不必一一寫出各個量的單位，只在數(shù)字后面寫出正確單位即可.在備選的四個選項中A, C均錯，B項解題過程正確，但不簡潔，只有D項運算正確，且簡潔而又規(guī)范.,4.(2011·連云港高一

23、檢測)(雙選)關(guān)于超重和失重，下列說法正確的是( )A.物體處于超重狀態(tài)時，是指物體的重力增大了B.物體處于失重狀態(tài)時，是指物體的“視重”減小了C.物體在完全失重的條件下，對支持它的支承面壓力為零D.物體處于完全失重時，地球?qū)λ囊οЯ?【解析】選B、C.(1)所謂“超重”和“失重”，并非是指物體在同一位置的重力變大或變小，而是物體的“視重”變大或變小了，所謂“視重”是指人由彈簧測力計等量具上看到的讀數(shù)，實際上物體所受的

24、萬有引力、重力并未改變.(2)“完全失重”是一種視重等于零的現(xiàn)象，物體處于完全失重時，對水平支承面的壓力或?qū)ωQ直懸繩的拉力等于零.(3)物體處于超重狀態(tài)時，“視重”大于實重(即物體的重力)；處于失重狀態(tài)時，“視重”小于實重，處于完全失重狀態(tài)時，“視重”等于零.,5．(2011·合肥高一檢測)如圖所示,水平放置的傳送帶以速度v=200 cm/s向右運行,現(xiàn)將一小物體輕輕地放在傳送帶A端,物體與傳送帶間的動摩擦因數(shù)μ=0

25、．2,若A端與B端相距400 cm,求物體由A到B的時間和物體到B端時的速度大小.(g取10 m/s2),【解析】小物體放在A端時初速度為零,且相對于傳送帶向后運動,所以小物體受到向前的摩擦力,小物體在該力作用下向前加速,a=μg=2 m/s2．當(dāng)小物體的速度與傳送帶傳送的速度相等時,兩者相對靜止,不存在摩擦力,小物體開始做勻速直線運動，所以小物體的運動可以分兩個階段,先由零開始加速,后做勻速直線運動．當(dāng)v物=200 cm/

26、s=2 m/s時,t= =1 s,s= at2= ×2×12 m=1 m,以后t= =1.5 s,所以t總=1 s+1.5 s=2.5 s,且到達(dá)B點時的速度大小為2 m/s．答案：2.5 s 2 m/s,一、選擇題(本題共6小題，每小題5分，共30分)1.(2011·成都高一檢測)測量國際單位制規(guī)定的三個力學(xué)基本物理量分別可用的儀器是( )A.米尺、彈簧測力計

27、、打點計時器B.米尺、測力計、秒表C.量筒、天平、秒表D.米尺、天平、秒表,【解析】選D.國際單位制規(guī)定的三個力學(xué)基本物理量為長度、質(zhì)量和時間.測量長度可用米尺,測量質(zhì)量可用天平,測量時間可用秒表,故選D.,2.(2011·西安高一檢測)如圖所示，一個盛水的容器底部有一小孔．靜止時用手指堵住小孔不讓它漏水，假設(shè)容器在下述運動中始終保持平動，且忽略空氣阻力，則

28、 ( )A．容器自由下落時，小孔向下漏水B．將容器豎直向上拋出，容器向上運動時，小孔向下漏水；容器向下運動時，小孔不向下漏水C．將容器水平拋出，容器在運動中小孔向下漏水D．將容器斜向上拋出，容器在運動中小孔不向下漏水,【解析】選D.將容器拋出后，容器和容器中的水處于完全失重狀態(tài)，液面下任何一點的壓強都等于0，小孔不會向下漏水．,3.一物體質(zhì)量為1 t，以 2 m/s2的加速度做勻加速直線運動，下列關(guān)于物體受到的合外力的計算

29、中既正確、簡潔而又規(guī)范的是( )A.F=1 000×2 N=2 000 NB.F=1×2 N=2 NC.F=1 000 kg×2 m/s2=2 000 ND.F=1 000×2=2 000 N,【解析】選A.選項B中的質(zhì)量單位沒換成“kg”，C項中m、a分別帶單位計算不簡潔；D項中數(shù)據(jù)最后沒寫明單位，不規(guī)范，故只有A項正確.,4.(雙選)把一個質(zhì)量為0.5 kg的物體掛在彈簧測力計下,

30、在電梯中看到彈簧測力計的示數(shù)是3 N,g取10 m/s2,則可知電梯的運動情況可能是( )A.以4 m/s2的加速度加速上升B.以4 m/s2的加速度減速上升C.以4 m/s2的加速度加速下降D.以4 m/s2的加速度減速下降,【解析】選B、C．彈簧測力計的示數(shù)顯示出物體受到的拉力為3 N,所以物體所受的合力為F=mg-T=2 N,且合力方向向下,所以加速度a= m/s2=4 m/s2，方向向下,故B、C正確.,

31、5.(2011·徐州高一檢測)聲音在空氣中的傳播速度v與空氣密度ρ、壓強p有關(guān)，下列速度的表達(dá)式(k為比例系數(shù)，無單位)中可能正確的是( )A.v=k B.v=C.v= D.v=,【解析】選B.由各物理量的單位之間的關(guān)系確定算式是否正確．壓強p可由公式p= 求得，則其單位為=kg/(m·s2)．密度ρ可由公式ρ= 求得，則

32、ρ的單位為kg/m3．由于題中k無單位，則 的單位為m2/s2，顯然不是速度的單位，A錯，而 的單位為m/s，B可能正確．又 的單位為s/m，也不是速度的單位，C錯誤． 單位為kg/(m2·s)，不是速度的單位，D錯誤．正確答案為B．,【規(guī)律方法】突破單位制的理解誤區(qū)(1)對單位與單位制區(qū)分不清，誤把單位當(dāng)做單位制或把單位制當(dāng)做單位.事實上，為了對“量”進(jìn)行測量和比較而建立單位，“量”的單

33、位有基本單位和導(dǎo)出單位，基本單位和導(dǎo)出單位組成了單位制.,(2)對物理量與物理單位分辨不清，誤把物理量當(dāng)做單位或把物理單位當(dāng)做物理量.物理量是為了描述物理現(xiàn)象或規(guī)律而引入的，為了比較物理量的大小，或?qū)Α傲俊边M(jìn)行測量而建立單位.如為了描述運動的快慢而引入了速度這個物理量，規(guī)定其單位為m/s后就可以比較速度的大小了.(3)對基本單位與國際單位理解不準(zhǔn)確，誤把基本單位當(dāng)做國際單位或把國際單位當(dāng)做基本單位.基本單位是基本物理量的單位，不一定是

34、國際單位.,6.(2010·海南高考)(雙選)如圖，木箱內(nèi)有一豎直放置的彈簧，彈簧上方有一物塊，木箱靜止時彈簧處于壓縮狀態(tài)且物塊壓在箱頂上．若在某一段時間內(nèi)，物塊對箱頂剛好無壓力，則在此段時間內(nèi)，木箱的運動狀態(tài)可能為( )A．加速下降 B．加速上升C．減速上升 D．減速下降,【解析】選B、D.木箱靜止時物塊對箱頂有壓力，則物塊受到箱頂向下的壓力，當(dāng)物塊對箱頂

35、剛好無壓力時，合外力的方向向上，表明系統(tǒng)有向上的加速度，是超重，可能是加速上升，也可能是減速下降，B、D正確.,二、非選擇題(本題共2小題，共20分，要有必要的文字?jǐn)⑹?7.(8分)如圖所示，傾斜索道與水平方向成37°角，當(dāng)載人車廂加速向上運動時，人對車廂底板的壓力為體重的1.25倍，這時人與車廂仍然是相對靜止.則車廂對人的靜摩擦力是人體重的多少倍?,【解析】對人受力分析如圖所示，建立如圖所示的直角坐標(biāo)系，沿x方

36、向：f=macosθ.沿y方向：FN-mg=masinθ，F(xiàn)N=1.25mg.由以上各式聯(lián)立可得f= mg，即車廂對人的靜摩擦力是人體重的 倍.答案：,8.(12分)升降機(jī)的質(zhì)量m1=50 kg，在豎直上升過程中，其v-t圖象如圖(a)所示，放在升降機(jī)底板上的貨物質(zhì)量m2=50 kg.(g取10 m/s2),(1)求升降機(jī)在25 s時間內(nèi)的總位移和平均速度；(2)升降機(jī)底板在哪段時間內(nèi)受到的壓力最大？最大值為多少？(3

37、)在圖(b)所示的坐標(biāo)系上畫出上升過程中，升降機(jī)所受拉力F與時間t的關(guān)系圖象.,【解析】(1)速度圖線下所圍的“面積”在數(shù)值上等于物體發(fā)生的位移，故總位移s= ×(10+25)×2 m=35 m，平均速度 m/s=1.4 m/s.(2)0～5 s內(nèi)加速上升階段的壓力最大，根據(jù)速度—時間圖象可以求得在加速階段的加速度a1=Δv/Δt= =0.4 m/s2，根據(jù)牛頓第二定律有FN-m2g

38、＝m2a1代入數(shù)據(jù)后得FN＝520 N.,(3)在0～5 s內(nèi)，F(xiàn)1=(m1+m2)(g+a1)=100×10.4 N=1 040 N；在5～15 s內(nèi),F2=(m1+m2)g=100×10 N=1 000 N；在15～25 s內(nèi),F3=(m1+m2)(g+a2)=100×9.8 N=980 N升降機(jī)所受拉力F與時間t的關(guān)系圖象如圖所示.,答案：(1)35 m 1.4 m/s(2)0～5 s內(nèi)