第四章第四章 牛顿运动定律牛顿运动定律第第7 7节节 用牛顿运动定律解决问题（二）用牛顿运动定律解决问题（二）太空中的超重和失重现象太空中的超重和失重现象问题情境：1、什么是超重和失重？2、什么条件下出现超重和失重？3、超重和失重的实质有何奥秘？4、超重和失重是否是重力发生变化了？一、超重、失重的定义1、定性演示：用一个弹簧挂一个钩码，观察钩码静止时和上下运动过程中弹簧长度的变化。2、定量分析知识储备库知识储备库知识储备库知识储备库弹簧秤（台秤）的示数表示的弹簧秤（台秤）的示数表示的弹簧秤（台秤）的示数表示的弹簧秤（台秤）的示数表示的是物体对弹簧秤的拉力大小是物体对弹簧秤的拉力大小是物体对弹簧秤的拉力大小是物体对弹簧秤的拉力大小（物体对台秤压力大小）（物体对台秤压力大小）（物体对台秤压力大小）（物体对台秤压力大小） FFFFGG视重：视重：当物体挂在弹簧测力计下或放在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水平台秤上时，弹簧测力计或台秤的示数视为数视为“视重视重”，大小等于弹簧测力计，大小等于弹簧测力计所受的拉力或台秤所受的压力。所受的拉力或台秤所受的压力。物体处于平衡状态时，对支持面的压力或对悬挂物的拉力等于物体本身的重力，即视重等于实重若视重大于实重是超重，反之是失重。3、合作探究：、合作探究：给出器材：弹簧秤，钩码（两人一组）给出器材：弹簧秤，钩码（两人一组）布置任务：布置任务：1、分工协作，一个做实验，一个观察，并交流彼、分工协作，一个做实验，一个观察，并交流彼此感受此感受2、让弹簧测力计分别处于静止，缓慢上升，缓慢、让弹簧测力计分别处于静止，缓慢上升，缓慢下降下降向上运动（从静止开始突然加速上升，减速上升向上运动（从静止开始突然加速上升，减速上升至最后停止）至最后停止）向下运动（从静止开始突然加速下降，减速下降向下运动（从静止开始突然加速下降，减速下降至最后停止）至最后停止）观察测力计的读数，看弹簧测力计的读数和钩码观察测力计的读数，看弹簧测力计的读数和钩码所受重力有什么关系。所受重力有什么关系。运动状态 速度方向加速度方向比较F与G的大小超重失重的情况匀速上升匀速下降加速上升减速上升加速下降减速下降运动状态 速度方向加速度方向比较F与G的大小超重、失重的情况匀速上升上F=G 匀速下降下F=G 加速上升上上FG 超重减速上升上下FG 失重加速下降下下FG 超重你认为什么是超重？什么是失重？4、现象：、现象：超重超重：物体对支持物的压力（或对悬挂：物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）物的拉力）大于大于物体所受重力的现象。物体所受重力的现象。失重失重：物体对支持物的压力（或对悬挂：物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）物的拉力）小于小于物体所受重力的现象。物体所受重力的现象。思考问题：物体在什么条件下发生超重和失重？思考问题：物体在什么条件下发生超重和失重？根据牛顿第二定律根据牛顿第二定律: F-G=ma 所以所以F=G+ma GaGF由牛顿第三定律可知：由牛顿第三定律可知：物体对弹簧秤的拉力物体对弹簧秤的拉力F = F GF = F G总结：总结：物体对悬挂物的拉力（或物体对悬挂物的拉力（或对支持物的压力）大于物体所受对支持物的压力）大于物体所受重力的现象称为重力的现象称为超重现象超重现象。FmgmgF F F FaaFGGFaG - F = m G - F = m 所以：所以：所以：所以：F = G - m F = G - m G G由牛顿第三定律可知：由牛顿第三定律可知：物体对弹簧秤的拉力物体对弹簧秤的拉力F = F GF = F G根据牛顿第二定律根据牛顿第二定律:总结：总结：物体对悬挂物的拉力（或物体对悬挂物的拉力（或对支持物的压力）小于物体所受对支持物的压力）小于物体所受重力的现象称为重力的现象称为失重现象失重现象。减速上升减速上升减速上升减速上升NG NG NG 超重超重超重超重加速下降加速下降加速下降加速下降NG NG NG 超重超重超重超重 ：物体具有物体具有向上向上的加速度时，它就的加速度时，它就处于处于超重超重状态；状态；物体具有物体具有向下向下的加速度时，的加速度时，它就处于它就处于失重失重状态状态与运动的方向无关。与运动的方向无关。mvmvmvmvGNNGNGGN二、超重和失重的条件超重：（l）超超重重现现象象：物物体体对对支支持持物物的的压压力力（或或对对悬悬挂挂物物的的拉拉力力）大大于于物物体体所所受受重重力力的的情情况况称称为为超超重重现现象象（2）超超重重的的动动力力学学特特征征：支支持持面面（或或悬悬线线）对对物物体的（向上）作用力大于物体所受的重力体的（向上）作用力大于物体所受的重力（3）超超重重的的运运动动学学特特征征：物物体体的的加加速速度度向向上上，它它包包括括可可能能的的两两种种运运动动情情况况：向向上上加加速速运运动动或或向向下下减速运动减速运动失重（1）失失重重现现象象：物物体体对对支支持持物物的的压压力力 （或或对对悬悬挂挂物物的的拉拉力力）小小于于物物体体所所受受重重力力的的情情况况称称为为失失重重现象现象（2）失失重重的的动动力力学学特特征征：物物体体对对支支持持物物的的压压力力 （或对悬挂物的拉力）（或对悬挂物的拉力）小于物体所受的重力小于物体所受的重力 （3）失重的运动学特征：失重的运动学特征：物体的加速度向下，物体的加速度向下， 它包括可能的两种运动情况：向下加速运动或向它包括可能的两种运动情况：向下加速运动或向上减速运动上减速运动例：升降机以0.5m/s2的加速度匀加速上升，站在升降机里的人质量是50kg，人对升降机地板的压力是多大？如图，人站在升降机的测力计上，测力计的示数是多大？解：人在升降机中受重力和地面的支持力取竖直向上为正方向根据牛顿第二定律得F-G=maF-G=ma由此可得由此可得 F=F=G+maG+ma= = m(g+a)代入数据得515根据牛顿第三定律，人对地板的压力大小也是515，方向竖直向下，所以测力计的示数就是515若人站在升降机里和升降机一起以重力加速度g下降，测力计的示数是多少？思考：分析：以人为研究对象，人受到分析：以人为研究对象，人受到重力和支持力作用根据牛重力和支持力作用根据牛顿第二定律得顿第二定律得G - F = m G - F = m =mg=mg由此可得支持力由此可得支持力由此可得支持力由此可得支持力F F根据牛顿第三定律，人对地板的根据牛顿第三定律，人对地板的压力也是，测力计的示数是压力也是，测力计的示数是完全失重现象：完全失重现象：当物体对支持物（或当物体对支持物（或对悬挂物的拉力）等于零时，我们称对悬挂物的拉力）等于零时，我们称物体处于完全失重状态物体处于完全失重状态GF=0（1）完全失重现象：）完全失重现象：当物体对支持物的压当物体对支持物的压力力 （或对悬挂物的拉力）等于零时，我（或对悬挂物的拉力）等于零时，我们称物体们称物体处于完全失重状态处于完全失重状态（2）完全失重的动力学特征：物体处于完全失）完全失重的动力学特征：物体处于完全失重状态时，物体对支持物的压力重状态时，物体对支持物的压力 （或对悬挂物（或对悬挂物的拉力）为零的拉力）为零（3）完全失重的运动学特征：物体处于完全失）完全失重的运动学特征：物体处于完全失重状态时加速度向下且等于重力加速度。重状态时加速度向下且等于重力加速度。 3.完全失重完全失重弹簧测力计无法测量物弹簧测力计无法测量物弹簧测力计无法测量物弹簧测力计无法测量物体的重力，但仍能测量体的重力，但仍能测量体的重力，但仍能测量体的重力，但仍能测量拉力或压力的大小。拉力或压力的大小。拉力或压力的大小。拉力或压力的大小。无法用天平测量物无法用天平测量物体的质量体的质量完全失重的情况下所有和重力有关的仪器都无法使用！分析：当杯子自由下落时，杯中的分析：当杯子自由下落时，杯中的分析：当杯子自由下落时，杯中的分析：当杯子自由下落时，杯中的水处于完全失重状态，水的内部没水处于完全失重状态，水的内部没水处于完全失重状态，水的内部没水处于完全失重状态，水的内部没有压力，故水不会喷出。但杯子中有压力，故水不会喷出。但杯子中有压力，故水不会喷出。但杯子中有压力，故水不会喷出。但杯子中水的重力仍然存在，其作用效果是水的重力仍然存在，其作用效果是水的重力仍然存在，其作用效果是水的重力仍然存在，其作用效果是用来产生重力加速度。用来产生重力加速度。用来产生重力加速度。用来产生重力加速度。完全失重实验完全失重实验侧面有一个洞的水瓶里面装满水，让水瓶侧面有一个洞的水瓶里面装满水，让水瓶做自由落体运动，水会不会从洞中射出来做自由落体运动，水会不会从洞中射出来？为什么？为什么？三三、超重和失重的实质超重和失重的实质物体处于超重或失重状态时，只是物体处于超重或失重状态时，只是物体对支持物的压力或物体对悬线物体对支持物的压力或物体对悬线的拉力不等于物体的重力，物体受的拉力不等于物体的重力，物体受到的到的重力大小和方向还是不变的重力大小和方向还是不变的。四四、超重和失重现象的应用超重和失重现象的应用人造地球卫星、宇宙飞船、航天飞机都绕地球做圆周运动。所受的地球引力只改变物体的速度方向，不改变速度大小。航天飞机中的人和物都航天飞机中的人和物都处于处于 状态。状态。近地卫近地卫近地卫近地卫星星星星远离地球的卫星远离地球的卫星远离地球的卫星远离地球的卫星航天器中的宇航航天器中的宇航航天器中的宇航航天器中的宇航员员员员g gg g0 0g g完全失重 地地球球在太空失重的条件下在太空失重的条件下, ,会生产出地面上难以生产会生产出地面上难以生产的一系列产品的一系列产品, ,建立空间工厂已经不再是幻想！建立空间工厂已经不再是幻想！利用完全失重条件的科学研究利用完全失重条件的科学研究制造泡沫金属制造泡沫金属液液体体呈呈绝绝对对球球形形制造理想的滚珠总结：1、什么是超重和失重？2、什么条件下出现超重和失重？3、超重和失重的实质有何奥秘？4、超重和失重是否是重力发生变化了？ 1. 人在体重人在体重计上迅速下蹲计上迅速下蹲至静止的过程至静止的过程中，体重计的中，体重计的示数怎样变化示数怎样变化？五、课外探究活动五、课外探究活动思维点拨：分析思维点拨：分析人下蹲过程的加速度情况人下蹲过程的加速度情况人下蹲过程分析：人下蹲过程分析：由静止开始向下运由静止开始向下运动，速度增加，具有动，速度增加，具有向下向下的加速度的加速度（失重）；蹲下后最终速度变为零，（失重）；蹲下后最终速度变为零，故还有一个向下减速的过程，加速度故还有一个向下减速的过程，加速度向上向上（超重）。（超重）。思考：思考：如果人下蹲后又突然站起，情况又如果人下蹲后又突然站起，情况又会怎样？会怎样？2、 电梯中的学电梯中的学问：人站在体问：人站在体重计上重计上,当电梯当电梯从静止开始加从静止开始加速上升再减速速上升再减速上升的过程中上升的过程中, 体重计示数如体重计示数如何变化？何变化？总结:升降机的几种运动，人站在体重计上视重的变化情况升降机的几种运动，人站在体重计上视重的变化情况速度方向速度方向加速度方向加速度方向视重与重力视重与重力静止静止无无F=G匀速上升匀速上升向上无F=G加速上升加速上升向上向上FG超重超重减速上升减速上升向上向下FG失重失重匀速下降匀速下降向下无F=G加速下降加速下降向下向下FG超重超重作业： 学校作业1、书P91 42、学习指导P84 例1 迁移应用1 家庭作业学习指导P83-86