1、4 46 6 超重与失重超重与失重 学习目标 1.认识超重和失重现象， 理解产生超重、 失重现象的条件和实质.2.能应用牛顿运 动定律处理超重、失重问题.3.会利用超重、失重知识解释一些现象 什么是超重和失重 1超重 (1)定义：物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)大于物体所受重力的现象 (2)产生条件：物体具有竖直向上(选填“竖直向上”或“竖直向下”)的加速度 2失重 (1)定义：物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)小于物体所受重力的现象 (2)产生条件：物体具有竖直向下(选填“竖直向上”或“竖直向下”)的加速度 3完全失重 (1)定义：物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)等于零的状态
2、 (2)产生条件：ag，方向竖直向下 1判断下列说法的正误 (1)超重就是物体受到的重力增加了( ) (2)物体处于完全失重状态时，物体的重力就消失了( ) (3)物体处于超重状态时，物体一定在上升( ) (4)物体处于失重状态时，物体可能在上升( ) 2质量为 50 kg 的人站在电梯内的水平地板上，当电梯以大小为 0.5 m/s2的加速度匀减速上 升时，人对电梯地板的压力大小为_ N(g 取 10 m/s2) 答案 475 一、超重和失重的判断 导学探究导学探究 如图 1 所示，某人乘坐电梯正在向上运动 图 1 (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
3、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？ 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 知识深化 1当物体处于超重或失重状态时，物体的重力并未变化 2超重、失重的比较 特征状态 加速度 拉力(或支持力)T 与重力的关系 运动情况 受力图 平衡 a0 Tmg 静止或匀速直线 运动 超重 竖直向上或有竖 直向上的分量
4、 由 Tmgma 得 Tm(ga) mg 向上加速或向下 减速 失重 竖直向下或有竖 直向下的分量 由 mgTma 得 Tm(ga) mg 向下加速或向上 减速 完全失重 ag T0 自由落体运动、 竖直上抛运动 2016 年 10 月 17 日，“神舟十一号”载人飞船发射成功，如图 2 所示宇航员在火 箭发射与飞船回收的过程中均要经受超重与失重的考验，下列说法正确的是( ) 图 2 A火箭加速上升时，宇航员处于超重状态 B飞船落地前减速下落时，宇航员处于失重状态 C火箭加速上升时，宇航员对座椅的压力小于自身重力 D在飞船绕地球运行时，宇航员处于完全失重状态，则宇航员的重力消失了 答案 A 解
5、析 火箭加速上升时，加速度方向向上，根据牛顿第二定律可知宇航员受到的支持力大于 自身的重力，宇航员处于超重状态，对座椅的压力大于自身重力，选项 A 正确，C 错误；飞 船落地前减速下落时，加速度方向向上，根据牛顿第二定律可知宇航员受到的支持力大于自 身的重力，宇航员处于超重状态，选项 B 错误；宇航员处于完全失重状态时，仍然受重力， 选项 D 错误 发生超重或失重现象只取决于加速度的方向，与物体的速度方向、大小均无关. (2019 枣庄三中高一上月考)某同学站在电梯底板上，如图 3 所示的 vt 图像是计算 机显示的电梯在某一段时间内速度变化的情况(竖直向上为正方向)根据图像提供的信息， 可以
6、判断下列说法正确的是( ) 图 3 A在 020 s 内，电梯向上运动，该同学处于超重状态 B在 05 s 内，电梯在加速上升，该同学处于失重状态 C在 510 s 内，电梯处于静止状态，该同学对电梯底板的压力等于他所受的重力 D在 1020 s 内，电梯在减速上升，该同学处于失重状态 答案 D 解析 在 vt 图像中，图像的斜率表示加速度，故 05 s 内斜率为正，加速度为正，方向竖 直向上，处于超重状态，速度为正，即电梯向上加速运动；在 510 s 过程中，电梯匀速运 动，该同学加速度为零，该同学对电梯底板的压力等于他所受的重力，处于平衡状态；10 20 s 过程中，斜率为负，加速度竖直向
7、下，速度为正，即电梯向上做减速运动，处于失重状 态，D 正确 如图 4 所示，A、B 两物体叠放在一起，以相同的初速度上抛(不计空气阻力)下列 说法正确的是( ) 图 4 A在上升和下降过程中 A 对 B 的压力一定为零 B上升过程中 A 对 B 的压力大于 A 物体受到的重力 C下降过程中 A 对 B 的压力大于 A 物体受到的重力 D在上升和下降过程中 A 对 B 的压力等于 A 物体受到的重力 答案 A 解析 A、B 整体只受重力作用，做竖直上抛运动，处于完全失重状态，不论上升还是下降过 程，A 对 B 均无压力，只有 A 选项正确 1 完全失重状态的说明： 在完全失重状态下， 平时一切
8、由重力产生的物理现象都将完全消失， 比如物体对支持物无压力、摆钟停止摆动、液柱不再产生向下的压强等，靠重力才能使用的 仪器将失效，不能再使用(如天平、液体压强计等) 2完全失重时重力本身并没有变化 二、超重、失重的有关计算 (多选)(2019 石家庄市高一上期末)小明站在电梯内的体重计上，电梯静止时体重计示 数为 50 kg，若电梯在竖直方向运动过程中，他看到体重计的示数为 45 kg 时，取重力加速度 g10 m/s2.下列说法中正确的是( ) A电梯可能在加速上升，加速度大小为 9 m/s2 B电梯可能在加速下降，加速度大小为 1 m/s2 C电梯可能在减速上升，加速度大小为 1 m/s2
9、 D电梯可能在减速下降，加速度大小为 9 m/s2 答案 BC 解析 小明的质量为 50 kg，体重计的示数为 45 kg，说明处于失重状态，有向下的加速度， 运动情况可能为：向下加速或向上减速；小明受支持力和重力，由牛顿第二定律可知其加速 度为 amgN m 50104510 50 m/s21 m/s2，故 B、C 正确，A、D 错误 针对训练 质量是60 kg的人站在升降机中的体重计上， 如图5所示， 重力加速度g取10 m/s2， 当升降机做下列各种运动时，求体重计的示数 图 5 (1)匀速上升； (2)以 4 m/s2的加速度加速上升； (3)以 5 m/s2的加速度加速下降 答案 (
10、1)600 N (2)840 N (3)300 N 解析 (1)当升降机匀速上升时，由平衡条件得： N1mg600 N， 由牛顿第三定律得，人对体重计压力大小为 600 N，即体重计示数为 600 N. (2)当升降机以 a14 m/s2的加速度加速上升时，由牛顿第二定律得：N2mgma1， 则 N2mgma1840 N 由牛顿第三定律得，人对体重计的压力大小为 840 N，即体重计示数为 840 N. (3)当升降机以 a25 m/s2的加速度加速下降时，由牛顿第二定律得：mgN3ma2， 则 N3mgma2300 N， 由牛顿第三定律得，人对体重计的压力大小为 300 N，即体重计示数为
11、300 N. 三、超重、失重的综合应用 1若加速度方向向上(或斜向上)，物体处于超重状态； 若加速度方向向下(或斜向下)，物体处于失重状态 2若系统中某一部分有向上或向下的加速度，则系统整体也处于超重或失重状态 如图 6 所示，质量为 M 的斜面体始终处于静止状态，当质量为 m 的物体以加速度 a 沿斜面加速下滑时有(重力加速度为 g)( ) 图 6 A地面对斜面体的支持力大于(Mm)g B地面对斜面体的支持力等于(Mm)g C地面对斜面体的支持力小于(Mm)g D由于不知 a 的具体数值，无法计算地面对斜面体的支持力的大小 答案 C 解析 对 M 和 m 组成的系统，当 m 具有向下的加速度
12、而 M 保持平衡时，可以认为系统的重 心向下运动，故系统具有向下的加速度，处于失重状态，所受到的地面的支持力小于系统的 重力 1(超重、失重的理解和判断)下列对超重现象的认识正确的是( ) A处在加速上升的电梯中的人感觉脚掌受到的力比静止时大，说明人受到的重力增大了 B处在匀速上升的电梯中的人处于超重状态 C物体在水中受浮力，悬浮在水中处于失重状态 D人在竖直方向上的绳子的牵引下向上加速运动时处于超重状态 答案 D 2(超重和失重的判断)如图 7 甲所示是某人站在力传感器上做下蹲起跳动作的部分示意 图如图乙所示是根据传感器画出的力时间图像，其中力的单位是 N，时间的单位是 s.两 图中的点均对
13、应，取重力加速度 g10 m/s2.请根据这两个图所给出的信息，判断下列选项正 确的是( ) 图 7 A此人的质量约为 60 kg B此人从站立到蹲下的过程对应乙图中 1 到 6 的过程 C此人在状态 2 时处于超重状态 D此人向上的最大加速度约为 1.9g 答案 D 解析 根据题图乙中图线的 1 点，由平衡条件得此人的质量约为 70 kg，故选项 A 错误；同 理根据图线可判断， 此人从站立到蹲下的过程中先失重后超重， 对应题图乙中 1 到 4 的过程， 故选项 B 错误；由题图乙知，人在状态 2 时传感器对人的支持力小于人自身的重力，处于失 重状态， 选项 C 错误； 根据图线和牛顿第二定
14、律， 可得此人向上的最大加速度为 aFmaxmg m 1.9g，所以选项 D 正确 3(超重和失重的判断)(多选)(2019 辽宁实验中学等五校高一上期末)某地一观光塔总高度达 600 m，游客乘坐观光电梯大约 1 min 就可以到达观光平台若电梯简化成只受重力与绳索拉 力，已知电梯在 t0 时由静止开始上升，at 图像如图 8 所示则下列说法正确的是( ) 图 8 At4.5 s 时，电梯处于超重状态 B555 s 时间内，绳索拉力最小 Ct59.5 s 时，电梯处于超重状态 Dt60 s 时，电梯速度恰好为 0 答案 AD 4(超重、失重的有关计算)某人在地面上最多能举起 60 kg 的重
15、物，要使此人在升降机中最 多能举起 100 kg 的重物，已知重力加速度 g 取 10 m/s2，则下列说法可能正确的是( ) A升降机正加速上升，加速度大小为 4 m/s2 B升降机正加速下降，加速度大小为 4 m/s2 C升降机正减速下降，加速度大小为 4 m/s2 D升降机正减速上升，加速度大小为 6 m/s2 答案 B 解析 某人在地面上最多能举起 60 kg 的物体，则知此人的最大举力为 Fmg6010 N 600 N在升降机中， 对重物根据牛顿第二定律有 mgFma，解得 ag F m(10 600 100) m/s 24 m/s2，方 向竖直向下，故升降机应减速上升或加速下降，加速度大小为 4 m/s2，B 正确