高一物理《超重和失重》知识点解析
专题辅导:高一物理《超重和失重》知识点解析
【例1】竖直升降的电梯内的天花板上悬挂着一根弹簧秤,如图24-1所示,弹簧秤的秤钩上悬挂一个质量m=4kg的物体,试分析下列情况下电梯的运动情况(g取10m/s2):
(1)当弹簧秤的示数T1=40N,且保持不变.
(2)当弹簧秤的示数T2=32N,且保持不变.
(3)当弹簧秤的示数T3=44N,且保持不变.
解析:选取物体为研究对象,它受到重力mg和竖直向上的拉力T的作用.规定竖直向上方向为正方向.
(1)当T1=40N时,根据牛顿第二定律有T1-mg=ma1,解得这时
静止或匀速直线运动状态.
(2)当T2=32N时,根据牛顿第二定律有T2-mg=ma2,解得这
示物体的加速度方向与所选定的正方向相反,即电梯的加速度方向竖直向下.电梯加速下降或减速上升.
(3)当T3=44N时,根据牛顿第二定律有T3-mg=ma3,解得这时
的加速度方向与所选的正方向相同,即电梯的加速度方向竖直向上.电梯加速上升或减速下降.
点拨:当物体加速下降或减速上升时,亦即具有竖直向下的加速度时,物体处于失重状态;当物体加速上升或减速下降时,亦即具有竖直向上的加速度时,物体处于超重状态.
【例2】举重运动员在地面上能举起120kg的重物,而在运动着的升降机中却只能举起100kg的重物,求升降机运动的加速度.若在以2.5m/s2的加速度加速下降的升降机中,此运动员能举起质量多大的重物?(g取10m/s2)
解析:运动员在地面上能举起120kg的重物,则运动员能发挥的向上的最大支撑力F=m1g=120×10N=1200N,
在运动着的升降机中只能举起100kg的重物,可见该重物超重了,升降机应具有向上的加速度
当升降机以2.5m/s2的加速度加速下降时,重物失重.对于重物,
点拨:题中的一个隐含条件是:该运动员能发挥的向上的最大支撑力(即举重时对重物的最大支持力)是一个恒量,它是由运动员本身的素质决定的,不随电梯运动状态的改变而改变.
【例3】如图24-2所示,是电梯上升的v~t图线,若电梯的质量为100kg,则承受电梯的钢绳受到的拉力在0~2s之间、2~6s之间、6~9s之间分别为多大?(g取10m/s2)
解析:从图中可以看出电梯的运动情况为先加速、后匀速、再减速,根据v-t图线可以确定电梯的加速度,由牛顿运动定律可列式求解
对电梯的受力情况分析如图24-2所示:
(1)由v-t图线可知,0~2s内电梯的速度从0均匀增加到6m/s,其加速度a1=(vt-v0)/t=3m/s2
由牛顿第二定律可得F1-mg=ma1
解得钢绳拉力F1=m(g+a1)=1300N
(2)在2~6s内,电梯做匀速运动.F2=mg=1000N
(3)在6~9s内,电梯作匀减速运动,v0=6m/s,vt=0,加速度a2=(vt-v0)/t=-2m/s2
由牛顿第二定律可得F3-mg=ma2,解得钢绳的拉力F3=m(g+a2)=800N.
点拨:本题是已知物体的运动情况求物体的受力情况,而电梯的运动情况则由图象给出.要学会从已知的v~t图线中找出有关的已知条件.
【问题讨论】在0~2s内,电梯的速度在增大,电梯的加速度恒定,吊起电梯的钢绳拉力是变化的,还是恒定的?
在2~6s内,电梯的速度始终为0~9s内的最大值,电梯的加速度却恒为零,吊起电梯的钢绳拉力又如何?
在6~9s内,电梯的速度在不断减小,电梯的加速度又是恒定的,吊起电梯的钢绳拉力又如何?
请你总结一下,吊起电梯的钢绳的拉力与它的速度有关,还是与它的加速度有关?
【例4】如图24-3所示,在一升降机中,物体A置于斜面上,当升降机处于静止状态时,物体A恰好静止不动,若升降机以加速度g竖直向下做匀加速运动时,以下关于物体受力的说法中正确的是
[]
A.物体仍然相对斜面静止,物体所受的各个力均不变
B.因物体处于失重状态,所以物体不受任何力作用
C.因物体处于失重状态,所以物体所受重力变为零,其它力不变
D.物体处于失重状态,物体除了受到的重力不变以外,不受其它力的作用
点拨:(1)当物体以加速度g向下做匀加速运动时,物体处于完全失重状态,其视重为零,因而支持物对其的作用力亦为零.
(2)处于完全失重状态的物体,地球对它的引力即重力依然存在.
答案:D
【例5】如图24-4所示,滑轮的质量不计,已知三个物体的质量关系是:m1=m2+m3,这时弹簧秤的读数为T.若把物体m2从右边移到左边的物体m1上,弹簧秤的读数T将
[]
A.增大B.减小
C.不变D.无法判断
点拨:(1)若仅需定性讨论弹簧秤读数T的变化情况,则当m2从右边移到左边后,左边的物体加速下降,右边的物体以大小相同的加速度加速上升,由于m1+m2>m3,故系统的重心加速下降,系统处于失重状态,因此T<(m1+m2+m3)g.
而m2移至m1上后,由于左边物体m1、m2加速下降而失重,因此跨过滑轮的连线张力T0<(m1+m2)g;由于右边物体m3加速上升而超重,因此跨过滑轮的连线张力T0>m3g.
(2)若需定量计算弹簧秤的读数,则将m1、m2、m3三个物体组成的连接体使用隔离法,求出其间的相互作用力T0,而弹簧秤读数T=2T0,即可求解.
答案:B
跟踪反馈
1.金属小筒的下部有一个小孔A,当筒内盛水时,水会从小孔中流出,如果让装满水的小筒从高处自由下落,不计空气阻力,则在小筒自由下落的过程中
[]
A.水继续以相同的速度从小孔中喷出
B.水不再从小孔中喷出
C.水将以较小的速度从小孔中喷出
D.水将以更大的速度从小孔中喷出
2.一根竖直悬挂的绳子所能承受的最大拉力为T,有一个体重为G的运动员要沿这根绳子从高处竖直滑下.若G>T,要使下滑时绳子不断,则运动员应该
[]
A.以较大的加速度加速下滑
B.以较大的速度匀速下滑
C.以较小的速度匀速下滑
D.以较小的加速度减速下滑
3.在以4m/s2的加速度匀加速上升的电梯内,分别用天平和弹簧秤称量一个质量10kg的物体(g取10m/s2),则
[]
A.天平的示数为10kg
B.天平的示数为14kg
C.弹簧秤的示数为100N
D.弹簧秤的示数为140N
4.如图24-5所示,质量为M的框架放在水平地面上,一根轻质弹簧的上端固定在框架上,下端拴着一个质量为m的小球,在小球上下振动时,框架始终没有跳起地面.当框架对地面压力为零的瞬间,小球加速度的大小为
[]
参考答案:1.B2.A3.AD4.D
一位优秀的教师不打无准备之仗,会提前做好准备,作为高中教师就要根据教学内容制定合适的教案。教案可以更好的帮助学生们打好基础,帮助高中教师提高自己的教学质量。怎么才能让高中教案写的更加全面呢?下面是小编为大家整理的“超重和失重”,希望能对您有所帮助,请收藏。
教学目标
1、知识目标:
(1)知道什么是超重和失重.
(2)知道产生超重和失重的条件.
2、能力目标:观察能力、对知识的迁移能力
3、情感目标:培养学生学习兴趣,开阔视野.
教学建议
教材分析
本节通过对运动的升降机中测力计的示数变化,讨论了什么是超重现象、失重现象以及完全失重现象,并指出了它们的产生条件.
教法分析
1、通过实例让学生分清“实重”和“视重”.从而建立超重和失重的概念.同时认识到物体的重力大小是不会随运动状态变化而变化的.
2、依据力和运动的关系明确给出超重和失重的产生条件.
3、借助实验和课件建立感性认识,辅助理解;与实际生活紧密联系,激发学习兴趣.
教学设计示例
教学重点:超重和失重的概念及产生条件.
教学难点:视重和实重的区别.
示例:
(一)什么是超重和失重
视频:台秤称物体视重.
问题:1、物体的实际重力变化了没有?2、台秤的视数变化了没有?怎样变的?3、物体的重力和台秤的视数反映的力从性质上说有什么不同?
通过学生的观察和讨论引出(分析时要建立如课本所示的模型):
实重:即物体的实际重力,它不随物体运动状态变化而变化的.
视重:指物体对支持物的压力或悬挂它的物体的拉力,它随物体运动状态变化而变化.
超重:视重大于实重的现象.
失重:视重小于实重的现象.
完全失重:视重等于零的现象.
(二)超重和失重的产生条件
分析典型例题1,总结出物体超重还是失重仅与其运动的加速度方向有关,而与其运动方向无关.
超重产生条件:物体存在竖直向上的加速度.设物体向上的加速度为,则该物体的视重大小为.
失重产生条件:物体存在竖直向下的加速度.设物体向下的加速度为,则该物体的视重大小为.当时,=0,出现完全失重现象.
当物体运动加速度=0时,视重等于实重,即物体对水平面的压力或悬绳对物体的拉力大小等于物体的重力.
为了加强感性认识,提供课件:完全失重现象.(也可作该实验)
探究活动
题目:做一个关于失重或超重的实验装置(或设计一个小实验)
(提示:用火柴盒和发光二极管演示完全失重现象)
组织:自愿结组.
方式:展示、比赛,评出优胜奖.
评价:培养学生动手能力和学习兴趣.
4.6超重和失重学案(粤教版必修1)
1.力的合成和分解的两种重要方法是:_________________、____________________.
2.匀变速直线运动的规律:vt=______________,s=________________________,v2t-v20=2asv=________________=.
3.自由落体运动的规律:vt=______,s=________________,v2t=2gs
4.牛顿第二定律:F=ma,特点是:______性、矢量性、同向性.
5.(1)视重:重力是地球对物体的吸引作用,当物体挂在竖直方向放置的弹簧秤下或放在水平台秤上时,弹簧秤或台秤的示数称为“______”,大小等于测力计所受拉力或台秤所受的压力.视重实际上反映的是“弹力”,只有在平衡状态时,这个“弹力”即______与物体的______才有相等的关系.
(2)超重现象:当物体处于非平衡状态时,物体对________________(或对悬挂物的拉力)大于______________的情况,即______大于______时,称为超重现象.
(3)失重现象:当物体处于非平衡状态时,物体对__________________(或对悬挂物的拉力)小于______________的情况,即______小于______时,称为失重现象.
(4)完全失重:当物体处于非平衡状态时,物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)________的状态,即视重________时,称为完全失重状态.
6.产生超重或失重现象的条件
(1)物体具有________________时产生超重现象.
(2)物体具有________________时产生失重现象.
(3)物体具有__________________时,物体出现完全失重状态.
超重和失重
[问题情境]
小星家住十八楼,每天上学放学均要乘垂直升降电梯上下楼.上学时,在电梯里,开始他总觉得有种“飘飘然”的感觉,背的书包也感觉变“轻”了.快到底楼时,他总觉得自己有种“脚踏实地”的感觉,背的书包也似乎变“重”了.这是什么原因呢?
[要点提炼]
1.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”,大小等于测力计所受的拉力或台秤所受的压力.
2.超重、失重的分析
特征
状态加速
度a视重(F)
与重力
(mg)关系运动情况受力示
意图
平衡a=0F=mg静止或____________
超重向上F=m(g+
a)mg向上________或向下______运动
失重向下F=m(g-
a)mg向下________或向上________运动
完全
失重a=gF=0自由落体运动、抛体运动、正常运行的卫星
[问题延伸]
超重和失重是常见的现象,那么当物体发生超重或失重现象时,物体的重力真的增加或减少了吗?超重和失重现象的实质是什么?你是怎样理解的?
例1弹簧上挂一个质量m=1kg的物体,在下列各种情况下,弹簧秤的示数各为多少?(取g=10m/s2)
(1)以v=5m/s的速度匀速下降;
(2)以a=5m/s2的加速度竖直加速上升;
(3)以a=5m/s2的加速度竖直加速下降;
(4)以重力加速度g竖直减速上升.
变式训练1一个人站在磅秤上,在他蹲下的过程中,磅秤的示数将()
A.先小于体重,后大于体重,最后等于体重
B.先大于体重,后小于体重,最后等于体重
C.先小于体重,后等于体重
D.先大于体重,后等于体重
例2北京欢乐谷游乐场天地双雄是目前亚洲唯一的双塔太空梭.它是能体验强烈失重、超重感觉的娱乐设施,先把乘有十多人的座舱,送到76m高的地方,让座舱自由落下,当落到离地面28m时制动系统开始启动,座舱匀减速运动到地面时刚好停止.若某游客手中托着质量为1kg的饮料瓶进行这个游戏,g取9.8m/s2,问:
(1)当座舱落到离地面高度为40m的位置时,饮料瓶对手的作用力多大?
(2)当座舱落到离地面高度为15m的位置时,手要用多大的力才能托住饮料瓶?
图1
变式训练2如图1所示,电梯的顶部挂有一个弹簧秤,秤下端挂了一个重物,电梯匀速直线运动时,弹簧秤的示数为10N,在某时刻电梯中的人观察到弹簧秤的示数变为8N,关于电梯的运动,以下说法正确的是()
A.电梯可能向上加速运动,加速度大小为2m/s2
B.电梯可能向下加速运动,加速度大小为2m/s2
C.电梯可能向上减速运动,加速度大小为2m/s2
D.电梯可能向下减速运动,加速度大小为2m/s2
【即学即练】
1.下列说法中正确的是()
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
图2
2.如图2所示,斜面体始终处于静止状态,当物体沿斜面下滑时有()
A.匀速下滑时,M对地面压力等于(M+m)g
B.加速下滑时,M对地面压力小于(M+m)g
C.减速下滑时,M对地面压力小于(M+m)g
D.无论如何下滑,M对地面压力始终等于(M+m)g
图3
3.直升机悬停在空中向地面投放装有救灾物资的箱子,如图3所示.设投放初速度为零,箱子所受的空气阻力与箱子下落速度的平方成正比,且运动过程中箱子始终保持图示姿态.在箱子下落过程中,下列说法正确的是()
A.箱内物体对箱子底部始终没有压力
B.箱子刚从飞机上投下时,箱内物体受到的支持力最大
C.箱子接近地面时,箱内物体受到的支持力比刚投下时大
D.若下落距离足够长,箱内物体有可能不受底部支持力而“飘起来”
图4
4.升降机地板上放一个弹簧式台秤,秤盘上的物体质量为20kg.如图4所示.
(1)当升降机以4m/s的速度匀速上升时,台秤的读数是多少?
(2)当升降机以1m/s2的加速度匀加速竖直上升时,台秤的读数是多少?
(3)当升降机以1m/s2的加速度匀减速上升时,台秤的读数是多少?
参考答案
课前自主学习
1.平行四边形定则(或三角形定则)力的正交分解法
2.v0+atv0t+12at212(v0+vt)
3.gt12gt24.瞬时
5.(1)视重视重重力(2)支持物的压力物体所受重力视重重力(3)支持物的压力物体所受重力
视重重力(4)等于零等于零
6.(1)向上的加速度(2)向下的加速度(3)向下的加速度a=g
核心知识探究
[问题情境]
每个人在乘电梯时都会有这种感觉,这就是我们常说的超重、失重现象.只要你留心观察,在我们的日常生活中就会发现许多超重、失重现象.
[要点提炼]
2.匀速直线运动加速减速加速减速
[问题延伸](1)物体处于超重或失重状态时,物体所受的重力始终不变,只是物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力发生了变化,看起来物重好像有所增大或减小,这是超重和失重的实质.
(2)发生超重或失重的现象与物体的速度方向无关,只取决于物体加速度的方向.
(3)物体具有向上的加速度,其运动状态可以是加速向上,也可以是减速下降,这时物体对支持物的压力将大于物体的重力,物体处于超重状态,超出的部分为ma;物体减速上升或加速下降时,具有向下的加速度,物体对支持物的压力将小于物体的重力,这时物体处于失重状态.
解题方法探究
例1(1)10N(2)15N(3)5N(4)0N
解析对物体受力分析,如图所示.
(1)匀速下降时,由平衡条件得F=mg=10N.
(2)取向上为正方向,由牛顿第二定律,知F-mg=ma,F=m(g+a)=15N.
(3)取向下方向为正方向,由牛顿第二定律,知mg-F=ma,F=m(g-a)=5N.
(4)取向下方向为正方向,由牛顿第二定律,知mg-F=mg,F=0N
处于完全失重状态.
变式训练1A[人蹲下的过程经历了加速向下,减速向下和静止这三个过程.
在加速向下时,人获得向下的加速度a,由牛顿第二定律得:
mg-FN=ma
FN=m(g-a)mg
由此可知弹力FN将小于重力mg.
在向下减速时,人获得向上的加速度a,由牛顿第二定律得:
FN-mg=ma
FN=m(g+a)mg
弹力FN将大于mg.
当人静止时,FN=mg.]
例2(1)0(2)41.16N
解析(1)在离地面高于28m时,座舱做自由落体运动,处于完全失重状态,因为40m28m所以饮料瓶对手没有作用力,由牛顿第三定律可知,手对饮料瓶也没有作用力.
(2)设手对饮料瓶的作用力为F,座舱自由下落高度为h1后的速度为v,制动时的加速度为a,制动高度为h2,由v2t-v20=2as得,v2t=2gh1,v2t=2ah2
联立解得,a=h1h2g
对饮料瓶根据牛顿运动定律F-mg=ma得,F=mg(h1h2+1)=mgh1+h2h2
代入数据得,F=41.16N.
变式训练2BC[由电梯做匀速直线运动时,可知重物的重力为10N,质量为1kg;当弹簧秤的示数变为8N时,则重物受到的合力为2N,方向竖直向下,由牛顿第二定律得物体产生向下的加速度,大小为2m/s2,因没有明确电梯的运动方向,故电梯可能向下加速,也可能向上减速.]
即学即练
1.B[当加速度方向竖直向下时,物体处于失重状态;当加速度方向竖直向上时,物体处于超重状态,蹦床运动员在空中上升和下降的过程中加速度方向均竖直向下,且a=g,为完全失重状态,所以B正确.而A、C、D中运动员均为平衡状态,F=mg,既不超重也不失重.]
2.AB[对M和m组成的系统,当m匀速下滑时,系统在竖直方向上没有加速度,所以不失重也不超重,对地面的压力等于系统的重力;当m加速下滑时,整个系统在竖直方向上有向下的加速度,处于失重状态,对地面的压力小于系统的重力.当m减速下滑时,系统在竖直方向上具有向上的加速度,处于超重状态,对地面的压力大于系统的重力.]
3.C[对于箱子和箱内物体组成的整体,a=M+mg-fM+m,随着下落速度的增大,空气阻力f增大,加速度a减小直至箱子做匀速运动时a=0.对箱内物体,mg-FN=ma,所以FN=m(g-a)将逐渐增大,故C正确,A、B、D错.]
4.(1)200N(2)220N(3)180N
解析选取物体为研究对象,它受两个力,重力mg和支持力FN,FN的大小即为台秤的读数.
(1)当升降机匀速上升时,a=0
所以FN-mg=0,FN=mg=200N.
(2)当升降机匀加速上升时,a方向向上,由牛顿第二定律得FN-mg=ma,FN=m(g+a)=220N.
(3)当升降机匀减速上升时,a方向向下,由牛顿第二定律得mg-FN=ma,FN=m(g-a)=180N.
高三物理《原子和原子核公式》必备知识点
原子和原子核公式总结
1.α粒子散射试验结果a)大多数的α粒子不发生偏转;(b)少数α粒子发生了较大角度的偏转;(c)极少数α粒子出现大角度的偏转(甚至反弹回来)
2.原子核的大小:10-15~10-14m,原子的半径约10-10m(原子的核式结构)
3.光子的发射与吸收:原子发生定态跃迁时,要辐射(或吸收)一定频率的光子:hν=E初-E末{能级跃迁}
4.原子核的组成:质子和中子(统称为核子),{A=质量数=质子数+中子数,Z=电荷数=质子数=核外电子数=原子序数〔见第三册P63〕}
5.天然放射现象:α射线(α粒子是氦原子核)、β射线(高速运动的电子流)、γ射线(波长极短的电磁波)、α衰变与β衰变、半衰期(有半数以上的原子核发生了衰变所用的时间)。γ射线是伴随α射线和β射线产生的〔见第三册P64〕
6.爱因斯坦的质能方程:E=mc2{E:能量(J),m:质量(Kg),c:光在真空中的速度}
7.核能的计算ΔE=Δmc2{当Δm的单位用kg时,ΔE的单位为J;当Δm用原子质量单位u时,算出的ΔE单位为uc2;1uc2=931.5MeV}〔见第三册P72〕。
注:
(1)常见的核反应方程(重核裂变、轻核聚变等核反应方程)要求掌握;
(2)熟记常见粒子的质量数和电荷数;
(3)质量数和电荷数守恒,依据实验事实,是正确书写核反应方程的关键;
(4)其它相关内容:氢原子的能级结构〔见第三册P49〕/氢原子的电子云〔见第三册P53〕/放射性同位数及其应用、放射性污染和防护〔见第三册P69〕/重核裂变、链式反应、链式反应的条件、核反应堆〔见第三册P73〕/轻核聚变、可控热核反应〔见第三册P77〕/人类对物质结构的认识。
文章来源:http://m.jab88.com/j/68656.html
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