第4章7超重与失重.docx

7 .超重与失重学习目标：1.物理观念理解超重、失重和完全失重现象.2.科学思维 能够在具体实例中判断超重、失重现象.3.科学思维能用牛顿运动定律解 释生活中的超重和失重现象.阅读本节教材，回答第126页“讨论交流”并梳理必要知识点.教材P126页“讨论交流”.提示：（1）重力不会变化.（2）物体对于弹簧测力计的拉力.（3）静止或匀速直线运动；有加速度.F-mg=maF=mg-ma.一、超重现象1 .定义：物体对悬挂物的拉力（或对支持物的压力）大王物体所受重力的现 象.2 .产生条件：物体有向上的加速度.3 .运动状态：包括向上加速运动和向下减速运动两种运动情况.二、失重现象1 .定义：物体对悬挂物的拉力（或对支持物的压力）小壬物体所受重力的现 象.2 .产生条件：物体有向下的加速度.3 .运动状态：包括向上减速运动和向下加速运动两种运动情况.4 .完全失重（1）定义：物体对悬挂物的拉力（或对支持物的压力）笠王雯的状态.（2）产生完全失重现象的条件：当物体竖直向下的加速度等于重力加速度时,就产生完全失重现象.1 .思考判断（正确的打“，错误的打“X”）（1）超重就是物体受到的重力增加了.（ X）（2）物体处于完全失重时，物体的重力就消失了.（X）（3）物体处于超重时，物体一定在上升.（X）（4）物体处于失重时，物体可能在上升.（J）的水平底板上所能承受的最大支持力为重力的2.5倍.为安全起见，实验时飞机 高度不得低于800 m(g取10 m/s2).问题：飞机的飞行高度至少为多少？解析前30秒飞机做自由落体运动，解得下降高度小=；=4 500 m,此时。=勖=300 m/s接着要做匀减速运动，而研究人员站在飞机的水平底板上所能承受的最大支 持力为重力的2.5倍.根据牛顿第二定律，有：N。所以最大a=L5 g=15 m/s?炉 3002又下降的图度：入2=h=勺丫 1勺m=3 000 m,为了安全起见，实验时，飞机高度不得低于800米，得总高度为H=3 000m +4 500 m+800 m=8 300 m.答案8 300 m2.下面关于失重和超重的说法，正确的是（）A.物体处于失重状态时，所受重力减小；处于超重状态时，所受重力增大B.在电梯上出现失重现象时，电梯必定处于下降过程C.在电梯上出现超重现象时，电梯有可能处于下降过程D.只要物体运动的加速度方向向上，物体必定处于失重状态C只要物体加速度方向向上，物体就处于超重状态，加速度方向向下，物 体就处于失重状态，运动可能处于上升也可能处于下降过程，故选项B、D错误, C正确；超重和失重时物体的重力不变，故选项A错误.3.下列说法正确的是（）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.游泳运动员仰卧在水面静止不动时处于失重状态B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，即“上超下失”，故B正确.超重现象人站在体重计上，一起随电梯向上运动，体重计的示数等于人的体重吗？ 提示：不等于.1 .实重与视重（1）实重：物体实际所受重力.物体所受重力不会因为物体运动状态的改变 而变化.（2）视重：用弹簧测力计或台秤来测量物体重力时，弹簧测力计或台秤的示 数叫作物体的视重.当物体与弹簧测力计保持静止或者匀速运动时，视重等于实 重；当存在竖直方向的加速度时，视重不再等于实重.2 .产生超重的原因当物体具有竖直向上的加速度。时，支持物对物体的支持力（或悬绳的拉力） 为足由牛顿第二定律可得：b一根g=/na.所以户=机痣+。）加0由牛顿第三定律 知，物体对支持物的压力（或对悬绳的拉力）P机g.3 .超重的动力学特点'向上加速运动、超重一十甘廿一川加速度方向向上(或有向上的分量).向下减速运动J【例1】质量是60 kg的人站在升降机中的体重计上，如图所示，当升降机做下列各种运动时，体重计的读数是多少？(g取10m/s2)(1)升降机匀速上升；(2)升降机以4 m/s2的加速度匀加速上升.解析以人为研究对象受力分析如图所示：(1)匀速上升时=0,所以N-mg=0N=/wg=600 N据牛顿第三定律知N'=N=600 N.匀加速上升时，Q向上，取向上为正方向，则Nmg=maN=/w(g+) = 60X (10+4) N=840 N据牛顿第三定律知N'=N=840 N.答案(1)600 N (2)840 N对超重现象理解的两点注意(1)物体处于超重状态时，实重(即所受重力)并不变，只是视重变了，视重比 实重增加了 ma.(2)决定物体超重的因素是物体具有向上的加速度，与速度无关，即物体可 以向上加速运动，也可以向下减速运动.跟进训练1.如图所示，轻质弹簧的上端固定在电梯的天花板上，弹簧下端悬挂一个小铁球，在电梯运行时，乘客发现弹簧的伸长量比电梯静止时的伸长量大，这一 现象表明()A.电梯一定是在上升B.电梯一定是在下降C.电梯的加速度方向一定是向下D.乘客一定处在超重状态D电梯静止时，弹簧的拉力和小铁球的重力相等.现在，弹簧的伸长量变大，则弹簧的拉力增大，小铁球受到的合力方向向上，加速度方向向上，小铁球 处于超重状态.但是电梯的运动方向可能向上也可能向下，故D正确.出点”失重现象电梯加速下降，体重计的示数为什么会减少？提示：。向下，Fn小于mg.-1.对失重现象的理解(1)从力的角度看：失重时物体受到竖直悬绳(或测力计)的拉力或水平支撑面 (或台秤)的支持力小于重力，好像重力变小了，正是由于这样，把这种现象定义 为“失重”.(2)从加速度的角度看：根据牛顿第二定律，处于失重状态的物体的加速度 方向向下如图)，这是物体失重的条件，也是判断物体失重与否的依据.(3)从速度的角度看：只要加速度向下物体就处于失重状态，其速度可以向 上也可以向下.常见的失重状态有两种：加速向下或减速向上运动.2.对完全失重的理解：物体处于完全失重状态(a=g)时，重力全部产生加 速度，不再产生压力(如图)，平常一切由重力产生的物理现象都会完全消失，如 天平失效、浸在水中的物体不再受浮力、液柱不再产生压强等.【例2】(多选)在升降机内，一人站在磅秤上,发现自己的体重减轻了 20%, 则下列判断可能正确的是(g取10 m/s2)()A.升降机以8 m/s2的加速度加速上升B.升降机以2 m/s2的加速度加速下降C.升降机以2 m/s2的加速度减速上升D.升降机以8 m/s?的加速度减速下降思路点拨：磅秤示数显示体重减轻了 20%,说明处于失重状态.判断 加速度方向，由牛顿第二定律求出a.BC人发现体重减轻，说明人处于失重状态，加速度向下，由mgN=ma, N=S00/omg,故a=0.2g=2 m/s2,方向向下.升降机可能加速下降，也可能减速上升，故B、C正确.对失重现象理解的两点注意(1)处于完全失重状态的物体，并不是所受重力消失了，重力并不变，只是 物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)等于零.(2)若物体不在竖直方向上运动，但只要其加速度在竖直方向上有分量，即 的W0,即当的的方向竖直向上时，物体处于超重状态；当的的方向竖直向下时, 物体处于失重状态.跟进训练2 .如图所示，4、3两物体叠放在一起，以相同的初速度上抛(不计空气阻 力).下列说法正确的是()A.在上升和下降过程中A对万的压力一定为零8 .上升过程中A对3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3的压力等于A物体受到的重力A以A、5作为整体，上升过程只受重力作用，所以系统的加速度为g,方 向竖直向下，故系统处于完全失重状态，A、3之间无弹力作用，A正确，B错 误；下降过程，A、区仍是处于完全失重状态，4、区之间也无弹力作用，C、D 错误.»点3超重、失重的比较及有关计算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？提示：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.1.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4 = 0由 Fmg=0 得 F=mg静止或匀速 直线运动1L 71g超重向上由 Fmg=ma 得 F=m(g+a)>mg向上加速或 向下减速1a失重向下由 mgF=ma 得 F=m(ga)<mg向下加速或 向上减速mga完全 失重a=g由 mgF=ma得尸=0自由落体，抛 体，正常运行 的卫星等千 mgg2.超重、失重的定量计算设物体质量为/“竖直方向加速度为“，重力加速度为g,支持力为N.(1)超重：由N帆可得N=m(g+a),即视重大于重力，超重“ma”, 加速度Q越大，超重越多.(2)失重：由机gN=/w可得N=m(ga),即视重小于重力.失重“ma”， 加速度。越大，失重越多.完全失重：由mg-N=ma和a=g联立解得N=0,即视重为0,失重3.解答超重、失重问题的步骤明确题意，确定研究对象.对研究对象受力分析和运动情况的分析.(3)确定加速度的方向.(4)根据牛顿第二定律列式求解.【例3】 在电梯中，把一重物置于台秤上，台秤与力的传感器相连，当电梯从静止起加速上升，然后又匀速运动一段时间，最后停止运动时，传感器的荧 屏上显示出其受的压力与时间的关系图像如图所示.试由此图回答问题：(g取 10 m/s2)(1)该物体的重力是多少？电梯在超重和失重时物体的重力是否变化？算出电梯在超重和失重时的最大加速度分别是多大?思路点拨：压力大于重力时超重、压力小于重力时失重，平衡时压力等于 重力.利用牛顿第二定律，结合超、失重时加速度的方向列方程求解.解析(1)根据题意4 s到18 s物体随电梯一起匀速运动，由共点力平衡的条 件知：压力和重力相等，即G=30N;根据超重和失重的本质得：物体的重力不变.超重时：支持力最大为50 N,由牛顿第二定律得“1=2 = 50° ，0m/s26.67 m/s2,方向向上F，30-10失重时：支持力最小为10 N,由牛顿第二定律得2 =*=，夕m/s2=6.67 m/s2,方向向下.答案(1)30 N 不变(2)6.67 m/s2 6.67 m/s2超重、失重问题的本质超重、失重问题本质上是牛顿第二定律的应用,其求解的思路方法与应用牛 顿第二定律的思路方法相同.跟进训练3.某人在以加速度=¥m/s?匀加速下降的升降机中最多可举起西=90kg的物体:则此人在地面上最多可举起质量为多少的物体?若此人在一匀加速上升的升降机中最多能举起加2=40 kg的物体，则此升降机上升的加速度为多大？ (g取10 m/s2)解析人在不同环境中最大“举力”是恒定不变的，设此人的最大“举力” 为F.(1)以物体为研究对象，对物体进行受力分析及运动分析，如图甲所示，由 牛顿第二定律得mg-F=ma9甲乙故 F=nti(g«i) = 600 N.当他在地面上举物体时，设最多可举起质量为mo的物体，则有m.g=F, 故 /io=6O kg.（2）此人在某一匀加速上升的升降机中最多能举起加2=40 kg的物体，由于 帆o=6O kg>m2=40 kg,此时物体一定处于超重状态，对物体进行受力分析和运 动情况分析，如图乙所示.由牛顿第二定律得Fmig=miaiy- Fmig 60040 X10.故"2= 石 m/s2=5 m/s2,即升降机匀加速上升的加速度mi4U是 5 m/s2.答案(1)60 kg (2)5 m/s21 .物理观念：超重、失重的概念.2 .科学思维：理解超重、失重的条件，会用牛顿运动定律解释生活中的超重和失重现象.1 .下列关于超重与失重的说法中，正确的是（）A.超重就是物体的重力增加了B.失重就是物体的重力减少了C.完全失重就是物体的重力没有了D.不论是超重、失重，还是完全失重，物体所受的重力是不变的D超重是物体对接触面的压力大于物体的真实重力，物体的重力并没有增 加，所以A错误；失重是物体对接触面的压力小于物体的真实重力，物体的重 力并没有减小，所以B错误；完全失重是说物体对接触面的压力为零，此时物 体的重力也不变，所以C错误；不论是超重、失重，还是完全失重，物体所受 的重力是不变的，只是对接触面的压力不和重力相等了，所以D正确.2 .（多选）“天宫二号”绕地球运动时，里面所有物体都处于完全失重状态, 则在其中可以完成下列哪个实验（）A.水银温度计测量温度8 .做托里拆利实验C.验证阿基米德原理D.用两个弹簧测力计验证牛顿第三定律AD物体处于完全失重状态，与重力有关的一切物理现象都消失了.托里拆 利实验用到了水银的压强，由于p="地与重力加速度g有关，故该实验不能完 成；阿基米德原理中的浮力户=网>排也与重力加速度g有关，故该实验也不能 完成；水银温度计测温度利用了液体的热胀冷缩原理，弹簧测力计测拉力与重力 无关.A、D正确.3 .（多选）“跳水”是一项传统的体育运动项目.如图，某运动员从跳板上被 竖直向上弹起，不考虑空气阻力，则下列说法正确的是（）A.运动员离开跳板向上运动的过程中，处于超重状态B.运动员离开跳板向上运动的过程中，处于完全失重状态C.设运动员被跳板弹起后又落回到跳板上，则运动员从刚离开跳板到刚接触跳板这一过程，上升和下降所用的时间相等D.运动员上升到最高点时的速度为零，此时运动员处于平衡状态BC运动员离开跳板向上运动的过程中，运动员仅受重力作用，根据牛顿第 二定律得知，运动员的加速度竖直向下，大小等于重力加速度，处于完全失重状 态，选项B正确，选项A错误；运动员离开跳板后做竖直上抛运动，运动过程 中加速度保持不变，是重力加速度，上升和下落的过程中，速度变化量的数值相7）等，加速度大小相等，根据加速度定义式。=7可得，上升和下落所用的时间相 等，选项C正确；运动员上升到最高点时的速度等于零，但合外力不等于零， 合外力是运动员的重力，因此在最高点时受力不平衡，选项D错误.4 .（多选）如图所示，木箱内有一竖直放置的弹簧，弹簧上方有一物块；木箱 静止时弹簧处于压缩状态且物块压在箱顶上，若在某一段时间内，物块对箱顶刚 好无压力，则在此段时间内，木箱的运动状态可能为（）A.加速下降B.加速上升C.减速上升D.减速下降BD若在某一段时间内，物块对箱顶刚好无压力，相当于物块的视重变大， 处于超重状态，即加速度向上，所以可能向上做加速运动，向下做减速运动，故 B、D正确.5 .（新情景题）情境：随着航空技术的发展，飞机的性能越来越好，起飞的 跑道要求也是越来越短，有的还可以垂直起降.为了研究在失重情况下的实验, 飞行员将飞机开到高空后，让其自由下落，模拟一种无“重力”（完全失重状态） 的环境，以供研究人员进行科学实验.每次下降过程可以获得持续30秒之久的 “零重力”状态，以便研究人员进行不受重力影响的实验，而研究人员站在飞机