5. 牛顿运动定律的应用教学实录

东安县第一中学高一物理教学设计

第四章

牛顿运动定律

4.7用牛顿定律解决问题

超重和失重

【学习目标】:

1. 知道什么是超重与失重。

2.

知道产生超重与失重的条件。

3. 了解生活实际中超重和失重现象。

4．理解超重和失重的实质。

【情感目标】:了解超重与失重在现代科学技术研究中的重要应用。

【能力目标】：会用牛顿第二定律求解超重和失重问题。

【学习重点】: 超重和失重的实质。

【学习难点】: 应用牛顿定律求解超重和失重问题。

【教学用具】：多媒体课件、弹簧秤、钩码、装了有色水的矿泉水瓶等

1、共点力的平衡条件: (1)、平衡状态：一个物体在力的作用下，保持

静止 或

匀速运动 状态。

（2）、平衡条件：

F合=0 。

2、体重计测量人的重力的原理是：

（1）、 二力平衡 ；（2）、

作用力与

反作用力的关系 。

【新课引入】：

1、观看视屏，思考：航天员在航天器里处于什么状态？地面上的物体会出现这种现象吗？

引入“视重”和“实重”概念

板书：

一、

视重和实重

1、

视重: 物体对悬挂物的拉力或者对支持物的压力

2、

实重：物体的实际重力。

教学推进：

【自主学习和互助探究】

探究活动一：请各小组用弹簧秤挂着钩码

1、

物体静止时，视重和实重有什么关系？

2、

如果体重计和物体一起向上匀速运动，视重怎么变化？视重和实重有什么关系？

3、

如果体重计和物体一起向下匀速运动，视重怎么变化？视重和实重有什么关系？

4、如果体重计和物体一起加速运动视重和实重又有怎的关系呢？

（1）、向上加速：

（2）、向下加速：

【师生共同活动】

探究活动二:根据牛顿运动学规律研究超重和失重现象

一、超重现象

V 以一个站在升降机里的体重计上的人为例分析：设人的质量为m，升降

机以加速度a加速上升。

分析：对人和升降机受力分析如图

F合

= N - G G F合

= N - G = m a 故：N = G + m a N´

人受到的支持力N大于人受到的重力G 再由牛顿第三定律得：压力N′大于重力G 总结：物体对支持物的压力（或者对悬挂物的拉力）

大于 物体的重力,称为超重，即视重 大于

实重。

编撰：蔡贤辉

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二、失重现象

以站在升降机里的体重计上的人为例分析，设人的质量为50kg，升降机

V 22以2m/s的加速度加速下降。(g=10m/s) a 分析：对人和升降机受力分析如图

N F合

= G-N 由牛顿第二定律得F合=G-N=ma N´

故：N=mg-ma=400N < 500N 人受到的支持力N小于人受到的重力G G ′再由牛顿第三定律得：压力N小于重力G。

总结：物体对支持物的压力（或者对悬挂物的拉力） 小于 物体的重力，称为失重，即视重

小于

实重。

思考与讨论：

（1）、什么情况下物体会发生超重现象？

（2）、什么情况下物体会发生失重现象？

观看电梯里的人的视屏:让学生回答：

超重和失重现象的运动学特征

V的方向

△V的方向

a的方向

视重F与G的大小关系

现象

↑

↑

↑

F＞G 超重

↑

↓

↓

F＜G 失重

↓

↓

↓

F＜G 失重

↓

↑

↑

F＞G 超重

↓

↓且a=g F=0 完全失重

结论：

1、当

当物体具有向下的加速度时 ，物体发生超重现象；

2、当

当物体具有向上的加速度时 ，物体发生失重现象；

注意：物体的重力（实重）与运动状态无关，不论物体处于超重还是失重状态，重力总是

不变 。

思考：如果物体处于失重状态，且加速度的大小a=g时，会发生什么现象呢？

探究活动三：完全失重现象—失重的特殊情况

（1）

定义：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)等于 零

的情况（即与支持物或悬挂物虽然接触但无相互作用）。

（2）

产生原因：物体竖直向下的加速度就是重力加速度，即只受重力作用，不会再与支持物或悬挂物发生作用。

（3）

是否发生完全失重现象与

速度方向或者运动方向

无关，只要物体具有竖直向下的加速度且等于重力加速度

。

小结提高：

1．

超重和失重的实质：物体超重和失重并不是物体的实际重力变大或变小，物体所受重力G=mg始终存在，且大小方向不随运动状态变化。只是因为由于物体在竖直方向有加速度，从而使物体的视重变大变小。

2．

判断超重和失重现象的关键，是分析物体的加速度。要灵活运用整体法和隔离法，根据牛顿运动定律解决超重、失重的实际问题。

【例一】一个人在地面用尽全力可以举起60kg的重物；当他站在一个在竖直方向做匀变速运动的升降机上时，他最多能举起80kg的重物。

求：(1)此电梯的加速度多大？

(2)若电梯以此加速度上升，则此人在电梯里最多能举起物体的质量是多少？(取g=10 m/s2) 【解析】(1)不管在地面上，还是在变速运动的电梯里，人的最大举力是一定的，这是该题的隐含条件。

2设人的最大举力为Ｆ，由题意可得Ｆ=m1g=60 kg×10 m/s＝600Ｎ。选被举物体为研究对象，它受到重

力m2g和举力Ｆ的作用，在电梯以加速度a下降时，根据牛顿第二定律有m2g－Ｆ＝m2a。

222解得电梯的加速度为a=g－Ｆ/m2＝10m／s-600/80 m/s＝2.5 m/s。

(2)当电梯以加速度a上升时，设人在电梯中能举起物体的最大质量为m3，根据牛顿第二定律有

F－m3g=m3a。

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解得m3=F/(g+a)=600/(10+2.5) kg=48 kg 2 答案:(１)2.5 m/s(2)48 kg 课堂训练：

(A)1．升降机中站着一个人，在升降机减速上升过程中，以下说法正确的是(BD ) A．人对地板压力将增大。 B．地板对人的支持力将减小。

C．人所受的重力将会减小。 D．人所受的重力保持不变。

(A)2．如右图，一个小杯子的侧壁有一小孔，杯内盛水后，水会从小孔射出。

现使杯自由下落，则杯中的水( D ) A.会比静止时射得更远些 B．会比静止时射得更近些

C．与静止时射得一样远 D．不会射出

(B)3．竖直向上射出的子弹，到达最高点后又竖直落下，如果子弹所受的空气阻力与子弹的速率大小成正比，则( AC ) A．子弹刚射出时的加速度值最大。 B．子弹在最高点时的加速度值最大。

C．子弹落地时的加速度值最小。 D．子弹在最高点时的加速度值最小。

2 (B)4．一个弹簧秤最多能挂上60千克的物体，在以5米／秒加速下降的电梯里，则它最多能挂上__120___千克物体。如果在电梯内的弹簧秤最多能挂上40千克物体，此刻电梯在作_加速上升或者减22速下降运动，加速值为__5米／秒__。(g取10米／秒) 板书设计：

1、

视重和实重：

（1）、视重：物体对悬挂物的拉力或者对支持物的压力

（2）、实重：物体的实际重力。

2、

超重

（1）、视重＞实重；

（2）、产生条件：物体具有竖直向上的加速度。

2、失重

（1）、视重﹤实重；

（2）、产生条件：物体具有竖直向下的加速度。

（3）、完全失重：

①.视重等于零; ②.条件：a=g，方向竖直向下。

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课后作业：

l.木箱中有一个lOKg的物体，钢绳吊着木箱向上作初速度为零的匀加速直线运动，加速度是0．5g，至第3s末，钢绳突然断裂，那么，4.5s末物体对木箱的压力是( ) A.100N B．0 C．150N D．5N 2.电梯内弹簧秤上挂有一个质量为5kg的物体，电梯在运动时，弹簧秤的示数为39．2N，

若弹簧秤示数突然变为58．8N，则可以肯定的是( ) A．电梯速率突然增加 B．电梯速率突然减小

C．电梯突然改变运动方向 D．电梯加速度突然增加

E．电梯加速度突然减少 F．电梯突然改变加速度方向

3．一个质量为50kg的人，站在竖直向上运动着的升降机地板上。他看到升降机内挂着重物的弹簧秤的示2数为40N。已知弹簧秤下挂着的物体的重力为50N，取g=lOm／s，则人对地板的压力为( ) A．大于500N B．小于500N C．等于500N D．上述说法均不对

4．体重500N的人站在电梯内，电梯下降时v-t图像如图所示。在下列几段时间内，2人对电梯地板的压力分别为多大?(g=10m／s) (1)

l～2s内，N1=_______N (2)

5～8s内，N2=_________N (3)

10～12s内，N3=______N 5．质量为M的人站在地面上，用绳通过定滑轮将质量为m的重物从高处放下。若重物以加速度a下降(a

6．某人在地面上最多能举起质量为60kg的物体，在一加速下降的电梯里最多能举起质量为80kg的物体，则电梯的加速度为__________，如果电梯以这个加速度匀加2速上升，这个人在电梯内最多能举起质量为___________的物体(取g=lOm／s)。

27.一物体受竖直向上拉力F作用，当拉力F1=140N时，物体向上的加速度a1为4m／s，不计空气阻力，求：(1)物体的质量为多少?(2)物体在2s内的位移和2s末速度为多大?(3)要使物体在2s内的位移增大为原来的4倍，物体所受的竖直向上拉力F2为多少?

8.如图所示，质量为m的木块A放置在升降机中的斜面上，斜面倾角为θ，木块和升降机保持相对静止。当升降机以加速度a匀减速向下运动时，求木块A所受的支持力和摩擦力。

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