1、第第 5 5 节节 超重与失重超重与失重 学习目标要求 核心素养和关键能力 1.结合生活体验，通过实验认识超重和失 重现象。 2.理解产生超重、 失重现象的条件和实质。 3.进一步熟练掌握应用牛顿运动定律解决 问题的方法和步骤。 1.科学思维 能用牛顿运动定律相关的证据表达自 己的观点；能从不同的角度解决动力 学问题，具有质疑和创新的意识。 2.关键能力 分析解决实际问题的能力。 1超重现象 (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：物体具有竖直向上的加速度。 2失重现象 (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、。 (2)产生条件：物体具有竖直向下的加速度。 3完全失重现象 (1)定义：物体对支持物(或悬挂物)完全没有作用力的现象。 说明：物体的重力始终存在，大小没有变化。 (2)产生条件：ag，方向竖直向下。 【想一想】 人站在体重计上静止时，体重计的示数就显示了人的体重。人从站立状态到完全 蹲下，体重计的示数如何变化？为什么会发生这样的变化？ 答案 人在下蹲的过程中，重心下移，即向下做先加速后减速的运动，加速度的 方向先向下后向上， 所以人先处于失重状态再处于超重状态， 最后处于平衡状态， 体重计的示数先减小后增大，最后等于重力 G。 【判一判】 (1)超重就是物体受到的重力增加了。() (2)完
3、全失重就是物体不受重力了。() (3)超重和失重可根据物体速度方向判定。() (4)超重和失重可根据物体的加速度方向判定。() 探究 1 超重与失重现象的理解及判断 情境导入 如图所示，某人乘坐电梯正在向上运动。 (1)电梯启动瞬间加速度方向向哪？人受到的支持力比其重力大还是小？电梯匀 速向上运动时，人受到的支持力与其重力大小关系是怎样的？ (2)电梯将要到达目的地减速运动时加速度方向向哪？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， 所以支持力大小等于重力。 (2)减速运动时
4、，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，支持力小于重力。 归纳拓展 1视重 当将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”，大小等于弹簧测力计所受的拉力或台秤所受的压力。 2超重与失重的理解 (1)物体处于超重还是失重状态，只取决于加速度的方向，与物体的运动方向无 关。 (2)发生超重或失重时，物体所受的重力并没有变化。 超重、失重或完全失重时，不是重力变化了，只是物体对支持物的压力(或对悬 挂物的拉力)发生了变化(即“视重”发生了变化)。 3判断超、失重现象的“三”技巧 (1)从受力的角度判断：在竖直方向上，当物体所受向上的拉力(或支
5、持力)大于重 力时，物体处于超重状态，小于重力时处于失重状态，等于零时处于完全失重状 态。 (2)从加速度的角度判断：当物体具有向上的加速度时处于超重状态，具有向下 的加速度时处于失重状态，向下的加速度为重力加速度时处于完全失重状态。 (3)从速度变化的角度判断： 物体向上加速或向下减速时超重。 物体向下加速或向上减速时失重。 【例 1】 (多选)如图所示，某同学站在体重计上观察超重与失重现象。由稳定的 站姿变化到稳定的蹲姿称为“下蹲”过程； 由稳定的蹲姿变化到稳定的站姿称为 “起立”过程。他稳定站立时，体重计的示数为 500 N，关于实验现象，下列说 法正确的是( ) A“起立”过程是超重现
6、象，“下蹲”过程是失重现象 B“起立”和“下蹲”过程都有超重和失重现象出现 C图像记录的是他先“下蹲”稳定后又“起立”的过程 D“下蹲”过程先出现失重现象，“起立”过程先出现超重现象 答案 BCD 解析 从下蹲状态站起来的过程中，人先向上做加速运动，后向上做减速运动， 最后回到静止状态，即人先处于超重状态后处于失重状态，从站立状态蹲下去的 过程中，人先向下做加速运动，后向下做减速运动，最后回到静止状态，即人先 处于失重状态，后处于超重状态，故 A 错误，B、D 正确；物体对支持物的压力 大于物体所受重力的情况称为超重现象，即显示重量大于实际重量；物体对支持 物的压力小于物体所受重力的情况称为失
7、重现象，即显示重量小于实际重量，图 像中第一次变化，显示重量先小于实际重量再大于实际重量，即先失重后超重， 因此为“下蹲”，第二次变化，显示重量先大于实际重量再小于实际重量，即先 超重后失重，因此为“起立”，故 C 正确。 【针对训练 1】 2020 年 5 月 5 日，长征五号 B 运载火箭在海南文昌首飞成功， 正式拉开我国载人航天工程“第三步”任务的序幕。如图，火箭点火后刚要离开 发射台竖直起飞时( ) A火箭处于平衡状态 B火箭处于失重状态 C火箭处于超重状态 D空气推动火箭升空 答案 C 解析 火箭点火后刚要离开发射台竖直起飞时， 火箭向上得到的反冲力大于其本 身的重力，火箭具有向上的
8、加速度，不是处于平衡状态，A 错误；当物体做向下 加速运动或向上减速运动时，物体处于失重状态；当物体做向上加速运动或向下 减速运动时， 物体处于超重状态， 火箭刚要离开发射台时， 是在向上做加速运动， 此时火箭处于超重状态，B 错误，C 正确；火箭点火后，火箭向下喷出大量高速 气体， 根据牛顿第三运动定律知火箭本身获得向上的很大反冲力来推动火箭升空， D 错误。 探究 2 超重与失重的分析与计算 1超重与失重的分析 (1)物体超重与运动状态的关系 (2)物体失重与运动状态的关系 2平衡、超重、失重和完全失重状态的比较 平衡 超重 失重 完全失重 加速度 a0 方向向上 方向向下 ag 视重(F
9、)与重力 的关系 Fmg Fm(ga) mg Fm(ga) mg F0 运动情况 静止或匀速直 线运动 向上加速或向 下减速 向下加速或向 上减速 抛体运动或自 由落体运动 受力图 【例 2】 (多选)小明为了研究超重和失重现象， 站在电梯内水平放置的体重秤上， 小明质量为 55 kg，电梯由启动到停止的过程中，下列说法正确的是( ) A图 1 可知电梯此时处于静止或匀速运动状态 B图 2 可知该同学此时一定处于超重状态 C图 2 可知电梯此时一定处于加速上升状态 D图 2 可知电梯此时的加速度约为 0.7 m/s2 答案 ABD 解析 图1可知小明处于平衡状态， 电梯此时处于静止或匀速运动状
10、态， A正确； 图 2 可知小明处于超重状态，有向上的加速度，则电梯向上加速或向下减速，B 正确，C 错误；此时小明受到的支持力大小为 N59 kg10 N/kg590 N，则加 速度大小为 aNmg m 0.7 m/s2，D 正确。 【针对训练 2】 (多选)(2021 重庆巴蜀中学高一上学期期末)某人在地面上用弹 簧测力计称得体重为 490 N。他将弹簧测力计移至电梯内称其体重，t0至 t3时间 段内，弹簧测力计的示数如图所示，电梯运行的 vt 图可能是(取电梯向上运动 的方向为正)( ) 答案 AD 解析 某人将弹簧测力计移至电梯内称其体重，人与电梯运动情况相同。由题图 可知，t0至 t
11、1时间段弹簧测力计的示数小于 G，人与电梯处于失重状态，其加速 度向下，故电梯可能向下加速，也可能向上减速；t1至 t2时间段弹力等于重力， 故合力为零，电梯可能匀速也可能静止；而 t2至 t3时间段内合力向上，故电梯加 速度向上，电梯可能向上加速也可能向下减速，故选项 A、D 正确。 1(超重与失重的理解)(多选)下列有关超重与失重的说法正确的是( ) 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不论是超重、失重或是完全失重，物体所受的重力都没有发生改变 答案 BD 解析 体操运
12、动员双手握住单杠吊在空中不动时单杠对他的拉力等于运动员的 重力，运动员既不处于超重状态也不处于失重状态，A 错误；蹦床运动员在空中 上升和下落过程中都只受重力，加速度大小等于当地的重力加速度，方向竖直向 下，即都处于失重状态，B 正确；举重运动员在举起杠铃后不动的那段时间内地 面对他和杠铃的支持力大小等于他和杠铃的重力， 运动员和杠铃既不处于超重状 态也不处于失重状态，C 错误；不论是超重、失重或是完全失重，物体所受的重 力都没有发生改变，D 正确。 2(超重与失重的判断)(2021 北京东城区高一上学期期末)如图所示，小孩在蹦 床上沿竖直方向蹦跳，对其从最低点到离开床面的过程，下列说法正确的
13、是 ( ) A小孩一直处于超重状态 B小孩一直处于失重状态 C小孩会经历先超重后失重的过程 D小孩刚离开蹦床时的速度最大 答案 C 解析 开始小孩受到的弹力大于重力，向上加速，小孩处于超重状态；当小孩受 到的弹力小于重力时，向上减速，小孩处于失重状态。小孩经历先超重后失重的 过程，故 A、B 错误，C 正确；当小孩所受弹力等于重力时，加速度为零，速度 最大，故 D 错误。 3(超重与失重的分析)(2021 湖北葛洲坝中学高一期末)小明站在电梯中的体重 计上， 电梯静止时体重计示数为47 kg， 电梯运行经过5楼时体重计示数为41 kg， 则此时( ) A电梯一定在向上运动 B电梯一定在向下运动
14、 C电梯的加速度方向可能向上 D电梯的加速度方向一定向下 答案 D 解析 物体对支撑物的压力或对悬挂物的拉力小于物体重力的现象为失重， 由体 重计示数可知人处于失重状态，失重时加速度方向向下，故可知电梯具有向下的 加速度，则可能的运动情况是向下的加速运动或向上的减速运动，电梯可能向上 也可能向下运动，A、B 错误；电梯具有向下的加速度，C 错误，D 正确。 4(超重与失重的计算)(2021 山西大学附中高一上学期期末)如图所示，升降机 天花板上用轻弹簧悬挂一物体，升降机静止时弹簧伸长 10 cm，运动时弹簧伸长 9 cm，则升降机的运动状态可能是(g 取 10 m/s2)( ) A以 a1 m/s2的加速度加速下降 B以 a1 m/s2的加速度加速上升 C以 a9 m/s2的加速度减速上升 D以 a9 m/s2的加速度减速下降 答案 A 解析 当升降机静止时，根据胡克定律和二力平衡条件得 kx1mg0，其中 k 为弹簧的劲度系数，x10.1 m。当弹簧伸长量为 x29 cm 时，kx2mg，说明物 体处于失重状态，升降机加速度 a 的方向必向下，由牛顿第二定律得 mgkx2 ma，解得 a1 m/s2。升降机加速度方向向下，如果向下运动，则为加速运动， 如果向上运动，则为减速运动。由此可知，选项 A 正确。