1、6 超重与失重学习目标 1.知道超重和失重现象，并理解产生超重、失重现象的条件 .2.能够运用牛顿运动定律分析超重和失重现象一、超重与失重的概念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：物体具有向上的加速度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)等于零的现象(2)产生条件：物体竖直向下的加速度等于 g.二、超重、失重的定量分析设物体质量为 m，在拉力 F 作用下在竖直方向上运动，竖直方向加速度为 a，重力
2、加速度为g.1超重：由 Fmgma 可得 Fmgma，即拉力大于重力超重“ma” ，加速度 a 越大，超重越多2失重：由 mgFma 可得 Fmgma，即拉力小于重力失重“ma” ，加速度 a 越大，失重越多3完全失重：由 mgFma 和 ag 联立解得 F0，即拉力为 0，失重“mg” 即学即用 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)物体处于完全失重时，物体的重力就消失了( )(3)物体处于超重时，物体一定在上升( )(4)物体处于失重时，物体可能在上升( )(5)物体做竖直上抛运动时，处于超重状态( )一、超重和失重导学探究 如图 1 所示，某人乘坐电梯正在向上运
3、动图 1(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，支持力小于重力知识深化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当物体处于超重或失重时，
4、物体的重力并未变化，只是视重变了2判断物体超重与失重的方法(1)从受力的角度判断：超重：物体所受向上的拉力(或支持力) 大于重力，即视重大于实重失重：物体所受向上的拉力(或支持力) 小于重力，即视重小于实重完全失重：物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力) 为零，即视重为零(2)从加速度的角度判断：当物体的加速度方向向上(或竖直分量向上) 时，处于超重状态根据牛顿第二定律：Nmgma，此时 Nmg，即处于超重状态当物体的加速度方向向下(或竖直分量向下) 时，处于失重状态根据牛顿第二定律：mgNma，此时 Nmg，故 D 错误二、超、失重的比较及有关计算特征状态加速度视重( F)与重力关系运动情况
5、受力示意图平衡 a0由 Fmg0得 Fmg静止或匀速直线运动超重 向上由 Fmgma 得Fm(ga)mg向上加速或向下减速失重 向下由 mgFma 得Fm(ga)mg，则电梯一定在加速运动C若 Fmg，则电梯一定在减速运动D若 F mg，鱼处于超重状态， 电梯可能加速上升也可能减速下降；Fmg，B 错误；工人甲在将砖块抛出后，砖块受重力作用具有向下的加速度， 处于失重状态 ，C 正确；工人甲在将砖块抛出后，砖块间的作用力等于 0，D 错误故 选 C.4一质量为 m 的人站在电梯中，电梯减速上升，加速度大小为 g，g 为重力加速度人对13电梯底部的压力为( )A. mg B2mg23Cmg D.
6、 mg43答案 A解析 由于电梯减速上升，故加速度向下，对人受力分析，受到重力 mg、地板支持力 N，由牛顿第二定律：mgNma，即：mgN mg，解得：N mg，根据牛顿第三定律， 则人对电梯13 23底部的压力为 mg，A 正确235.如图 3 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 3A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 由于空气阻力不计
7、，两物体只受重力作用，处于完全失重状态，A 对 B 的压力在上升和下降阶段都为零6.放在电梯地板上的一个木箱，被一根处于伸长状态的弹簧拉着而处于静止状态，如图 4 所示，后发现木箱突然被弹簧拉动，据此可判断出电梯的运动情况是( )图 4A匀速上升B加速上升C减速上升D减速下降答案 C解析 木箱静止时的受力情况如图所示则支持力 Nmg，静摩擦力 fF.若木箱突然被弹簧拉动，说明最大静摩擦力减小，则压力减小，即木箱所受支持力 N 减小，所以竖直方向 mgN，物体处于失重状态， 则电梯可能加速下降，也可能减速上升，C 正确7某同学站在装有力传感器的轻板上做下蹲起立的动作如图 5 所示为记录的力随时间
8、变化的图线，由图线可以得到以下信息正确的是( )图 5A下蹲过程中人处于失重状态B起立过程中人处于超重状态C该同学做了两次下蹲起立的动作D该同学做了四次下蹲起立的动作答案 C解析 人下蹲过程中，先是加速下降失重，到达一个最大速度后再减速下降超重，故下蹲对应先失重再超重，起立对应先超重再失重，对应图像可知，该同学做了两次下蹲起立的动作，故 C 正确， A、B、D 错误8.有一种大型娱乐器械可以让人体验超重和失重，其环形座舱套在竖直柱子上(如图 6 所示) ，由升降机送上几十米的高处，然后让座舱自由下落落到一定位置时，制动系统启动，座舱做减速运动，到地面时刚好停下下列说法正确的是( )图 6A座舱
9、自由下落的过程中人处于超重状态B座舱自由下落的过程中人处于失重状态C座舱减速下落的过程中人处于超重状态D座舱下落的整个过程中人处于失重状态答案 BC解析 在自由下落的过程中人只受重力作用，做自由落体运 动， 处于失重状态，故 A 错误，B正确；在减速运动的过程中人受重力和座位对人向上的支持力，做减速运动，所以加速度向上，人处于超重状态，故 C 正确，D 错误9在一电梯的地板上有一压力传感器，其上放一物块，如图 7 甲所示，当电梯运行时，传感器示数大小随时间变化的关系图像如图乙所示，根据图像分析得出的结论中正确的是( )图 7A从时刻 t1 到 t2，物块处于失重状态B从时刻 t3 到 t4，物
10、块处于失重状态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，最后停在低楼层答案 BC解析 从 Ft 图像可以看出，0t 1，Fmg ，电梯可能处于静止状态或匀速运动状态；t1t 2，Fmg，电 梯具有向上的加速度，物块处于超重状态，可能加速向上运动或减速向下运动；t 2t 3，Fmg，可能静止或匀速运 动；t 3t 4，Fmg，电梯具有向下的加速度，物块处于失重状态，可能加速向下或减速向上运动 综上分析可知，B 、C 正确二、非选择题10在电梯中，把一重物置于水平台秤上，台秤与压力传感器相连，电梯由
11、静止开始竖直上升的过程中，传感器所受的压力与时间的关系(Ft)图像如图 8 所示，取 g10 m/s2，由图像可知：图 8(1)电梯减速上升过程经历的时间是_s；(2)重物的质量是_kg；(3)电梯的最大加速度是_m/s 2.答案 (1)4 (2)3 (3)5解析 (1)由 Ft 图像可知，t0 时刻， F30 N，即重物的重力为 30 N，电梯先加速再匀速后减速运动，减速上升阶段 F 小于重力，因此 1014 s 为 减速过程，减速时间为 4 s.(2)由 Gmg30 N，得 m 3 kg.Gg(3)加速过程中，当 F 最大时，加速度最大，其最大值为 a1 m/s2 Fmax mgm 40
12、303 103m/s2；电 梯减速 过程中，当 F 最小时，加速度最大，其最大值 a2 m/s25 mg Fminm 30 153m/s2，故 电梯运 动过程中的最大加速度为 5 m/s2.11小明用台秤研究人在升降电梯中的超重与失重现象他在地面上用台秤称得其体重为500 N，再将台秤移至电梯内称其体重，电梯从 t0 时由静止开始运动到 t11 s 时停止，得到台秤的示数 F 随时间 t 变化的图像如图 9 所示，g 取 10 m/s2.求：图 9(1)小明在 02 s 内加速度 a1 的大小，并判断在这段时间内他处于超重还是失重状态；(2)在 1011 s 内，台秤的示数 F3；(3)小明运
13、动的总位移 x.答案 (1)1 m/s 2 失重 (2)600 N (3)19 m解析 (1)由图可知，在 02 s 内，台秤对小明的支持力 F1450 N由牛顿第二定律有 mgF 1 ma1解得 a11 m/s 2加速度方向竖直向下，故小明 处于失重状态(2)设在 1011 s 内小明的加速度 为 a3，时间为 t3，02 s 的时间为 t1，则 a1t1a 3t3解得 a32 m/s 2由牛顿第二定律有 F3mg ma3解得 F3600 N(3)02 s 内位移 x1 a1t 2 m12 21210 s 内位移 x2a 1t1t216 m1011 s 内位移 x3 a3t 1 m12 23
14、小明运动的总位移 xx 1x 2x 319 m.12一种巨型娱乐器械由升降机送到离地面 75 m 的高处，然后让座舱自由落下落到离地面 30 m 高时，制动系统开始启动，座舱均匀减速，到地面时刚好停下若座舱中某人用手托着 m5 kg 的铅球，g 取 10 m/s2，试求：(1)从开始下落到最后着地经历的总时间(2)当座舱落到离地面 35 m 的位置时，手对球的支持力是多大？(3)当座舱落到离地面 15 m 的位置时，球对手的压力是多大？答案 (1)5 s (2)0 (3)125 N解析 (1)由题意可知，座 舱先自由下落h175 m30 m45 m由 h1 gt 得 t1 3 s12 21 2h1g下落 45 m 时的速度 v1gt 130 m/s减速过程中的平均速 15 m/s度 vv12减速时间 t2 2 s，总时间 tt 1t 25 sh2v(2)离地面 35 m 时，座舱自由下落，处于完全失重状态，所以手对球的支持力为零(3)由 v 2gh 12ah 2 得，减速过程中加速度的大小21a15 m/s 2(或 a 15 m/s 2)v1t2根据牛顿第二定律：Nmgma解得：N125 N根据牛顿第三定律可知，球对 手的压力大小为 125 N.
