1、6 超重和失重 学习目标1.了解超重和失重现象,知道超重和失重现象中地球对物体的作用力并没有变化。2.能用牛顿运动定律分析归纳产生超、失重的条件,解决有关超重和失重的实际问题。一、重力的测量测量方法(1)先测量物体做自由落体运动的加速度g,再用天平测量物体的质量,则重力G=mg,测量结果为“实重”。(2)将待测物体悬挂或放置在测力计上,使它处于静止状态,则测力计的示数反映了物体所受的重力大小,测量结果为“视重”。二、超重和失重1.超重(1)定义:视重大于实重的现象叫作超重现象。(2)产生条件:物体具有竖直向上的加速度(物体向上加速或物体向下减速)。2.失重(1)定义:视重小于实重的现象叫作失重
2、现象。(2)产生条件:物体具有竖直向下的加速度(物体向上减速或物体向下加速)。3.完全失重(1)定义:视重为零的状态。(2)产生条件:a=g,其方向竖直向下(物体只受重力的运动)。1.思考判断(1)物体处于超重时,物体一定在上升。()(2)物体处于失重时,物体可能在上升。()(3)物体处于完全失重时,物体的重力就消失了。()(4)物体做竖直上抛运动时,处于超重状态。()2.小芳站在电梯中的体重计上,电梯静止时体重计示数如图甲所示,电梯运行经过5楼时体重计示数如图乙所示,则此时(A)A.电梯可能在向上运动B.电梯一定在向下运动C.电梯的加速度方向一定向上D.电梯的加速度方向不能确定解析:由题图可
3、知体重计示数减小,由物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力小于重力为失重可知,人处于失重状态,失重时加速度向下,故可知电梯具有向下的加速度,则可能的运动情况是向下加速运动或向上减速运动,故A正确,B、C、D错误。3.如图所示是小明同学在参加跳高决赛的现场,他以背越式姿势跳过了横杆,则小明同学(A)A.下降过程中处于失重状态B.脚离地起跳以后在上升过程中处于超重状态C.起跳时地面对他的支持力等于他的重力D.起跳以后在下降过程中重力消失了解析:小明下降过程和起跳后的上升过程中,只受重力的作用,有向下的重力加速度,处于失重状态,故A正确,B错误;小明起跳的初始阶段加速度的方向向上,所以地面对他的支持力大
4、于他的重力,故C错误;人处于超重或失重状态时,人的重力并没变,故D错误。4.如图所示,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竖直向下做匀加速直线运动时,以下关于物体受力的说法正确的是(D)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的作用C.因物体处于失重状态,所以物体所受重力变为零,其他力不变D.物体处于失重状态,物体除了受到的重力不变以外,不受其他力的作用解析:当升降机以加速度g向下做匀加速直线运动时,物体做自由落体运动,处于完全失重状态,因而斜面对其作用力为零。5.如图所示,电梯的顶部挂
5、一个弹簧测力计,弹簧测力计下端挂了一个质量为1 kg 的重物,电梯匀速直线运动时,弹簧测力计的示数为10 N,在某时刻电梯中的人观察到弹簧测力计的示数变为8 N。关于电梯的运动,以下说法正确的是(g取10 m/s2)(D)A.电梯可能向上做加速运动,加速度大小为2 m/s2B.电梯可能向下做加速运动,加速度大小为4 m/s2C.电梯可能向下做减速运动,加速度大小为2 m/s2D.电梯可能向上做减速运动,加速度大小为2 m/s2解析:电梯匀速直线运动时,弹簧测力计的示数为10 N,可知重物的重力等于10 N。在某时刻电梯中的人观察到弹簧测力计的示数变为 8 N,对重物有F-mg=ma,解得a=-
6、2 m/s2,方向竖直向下,则电梯可能向下做加速运动,也可能向上做减速运动,故选项D正确。要点一超重和失重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”,大小等于弹簧测力计所受的拉力或台秤所受的压力。2.超重、失重的比较特征状态加速度视重(F)与重力关系运动情况受力示意图平衡a=0F=mg静止或匀速直线运动超重向上由F-mg=ma得F=m(g+a)mg向上加速或向下减速失重向下由mg-F=ma得F=m(g-a)mg向下加速或向上减速完全失重a=g由mg-F=ma得F=0自由落体运动典例1 在升降电梯内的地面上放一体重计,电梯静止时,小敏同学站在体重计上,
7、体重计示数为50 kg,电梯运动过程中,某一段时间内小敏同学发现体重计示数如图所示,在这段时间内下列说法正确的是(D)A.小敏同学所受的重力变小了B.小敏对体重计的压力大于小敏的重力C.电梯一定在竖直向下运动D.电梯的加速度大小为g5,方向一定竖直向下解析:该同学在这段时间内处于失重状态,对体重计的压力变小了,而该同学的重力没有改变,A、B错误;人处于失重状态,加速度向下,运动方向可能向上,也可能向下,C错误;以竖直向下为正方向,根据牛顿第二定律有mg-F=ma,即50g-40g=50a,解得a=g5,方向竖直向下,D正确。(1)物体处于超重和失重状态时,物体的重力并未变化,只是视重变了。(2
8、)超重或失重只取决于加速度的方向,与物体的速度大小、方向均无关。(3)物体加速度存在竖直方向的分量时,同样出现超重、失重现象。变式1 如图所示为一物体随升降机由一楼运动到某高层的过程中的vt图像,则(C)A.物体在02 s处于失重状态B.物体在28 s处于超重状态C.物体在810 s处于失重状态D.由于物体的质量未知,所以无法判断超重、失重解析:由题意知物体向上运动,根据vt图像知,02 s物体的加速度竖直向上,则物体处于超重状态;28 s物体的加速度为零,物体处于平衡状态;810 s物体的加速度竖直向下,则物体处于失重状态,故C正确。要点二对超重、失重现象的理解与应用1.物体处于超重、失重和
9、完全失重状态时,物体的重力始终存在,大小不变。2.物体处于超重状态时,物体的加速度一定有竖直向上的分量;物体处于失重状态时,物体的加速度一定有竖直向下的分量。3.在完全失重状态下,平时一切由重力产生的物理现象都将完全消失,比如物体对支持它的物体无压力、摆钟停止摆动、浸在水中的物体不再受浮力、液体柱不再产生向下的压强等,靠重力才能使用的仪器将失效(如天平、液体气压计等)。典例2 一人乘电梯上楼,在竖直上升过程中加速度a随时间t变化的图像如图所示,以竖直向上为a的正方向,则人对地板的压力(B)A.t=2 s时最小B.t=2 s时最大C.t=10 s时最小D.t=8.5 s时最大解析:在时间轴的上方
10、,表示加速度向上,此时处于超重状态,在时间轴的下方,表示加速度向下,此时处于失重状态,对地板的压力减小,在t=2 s时向上的加速度最大,此时对地板的压力最大;在t=8.5 s时具有向下的最大的加速度,此时对地板的压力最小,故选项B正确。超重和失重现象与加速度的方向有关,只由加速度的方向确定,而与物体运动方向无关,不要被物体的运动方向所迷惑。此外,一个恒定的加速度可以对应多种不同的运动形式,应注意考虑周全。变式2 在电梯的地板上放置一个压力传感器,在传感器上放一个重为20 N的物块,如图甲所示。计算机显示出传感器所受物块的压力大小随时间变化的关系,如图乙所示。根据图像分析得出的结论正确的是(C)A.从时刻t1到t2,物块处于失重状态B.从时刻t3到t4,物块处于超重状态C.电梯可能开始停在低楼层,先加速向上,接着匀速向上,再减速向上,最后停在高楼层D.电梯可能开始停在高楼层,先加速向下,接着匀速向下,再减速向下,最后停在低楼层解析:由题图乙可知,t1t2时间内,物块受到的支持力大于重力,有向上的加速度,处于超重状态,选项A错误;t3t4时间内,物块受到的支持力小于重力,有向下的加速度,处于失重状态,选项B错误;整个过程中,先平衡,再有向上的加速度,然后匀速运动,再有向下的加速度,最后停止,选项C正确,D错误。