第四章 第7节 超重与失重-【高考领航】2023-2024学年高中物理必修第一册同步核心辅导与测评（教科版）

第7节　超重与失重 1．知道什么是超重和失重。 2．能够利用牛顿第二定律分析超重、失重现象。 3．能够利用超重、失重分析生活中的有关现象。 1．物理观念：超重、失重、完全失重。 2．科学思维：利用牛顿第二定律分析超重、失重现象。 3．科学探究：探究超重、失重现象及其实质。 4．科学态度与责任：能够解释生活场景中的超重、失重现象；了解太空中的完全失重现象。　　　　　　　　　　　　　 　测量重力的两种方法 1．方法一：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，利用牛顿第二定律可得G＝mg。 2．方法二：利用力的平衡条件对重力进行测量。 　超重与失重现象 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)产生条件：a＝g，方向竖直向下。 [课前小练] 1．判断下列说法是否正确。 (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.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球，电梯中有质量为50 kg的乘客，在电梯运行时乘客发现轻质弹簧的伸长量始终是电梯静止时的，已知重力加速度g＝10 m/s2，由此可判断(　　) A．电梯可能加速下降，加速度大小为5 m/s2 B．电梯可能减速上升，加速度大小为2.5 m/s2 C．乘客处于超重状态 D．乘客对电梯地板的压力为625 N 解析：B　电梯静止不动时，小球受力平衡，有mg＝kx，电梯运行时弹簧的伸长量比电梯静止时小，说明弹力变小了，根据牛顿第二定律，有mg－kx＝ma，即 mg＝ma，解得a＝2.5 m/s2，加速度向下，电梯可能加速下降或减速上升，乘客处于失重状态，故A、C错误，B正确；以乘客为研究对象，根据牛顿第二定律可得m′g－N＝m′a，得N＝m′g－m′a。根据牛顿第三定律知乘客对地板的压力大小为N′＝m′g－m′a＝500 N－125 N＝375 N，故D错误。 　对超重、失重的理解 [思考探究] 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？ 提示：(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。 [思维深化] 1．重力与视重 (1)重力：物体所受重力不会因物体运动状态的改变而变化。 (2)视重：当物体竖直悬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．对超重、失重的分析 特征 状态　　 加速度 视重(N)与重力的关系 运动情况 受力图 平衡 a＝0 N＝mg 静止或匀速直线运动 超重 向上 N＝m(g＋a)>mg 向上加速或向下减速 失重 向下 N＝m(g－a)<mg 向下加速或向上减速 完全失重 向下a＝g N＝0 自由落体、抛体、正常运行的卫星等 提醒：在完全失重状态下，由重力引起的现象将消失。例如：液体的压强、浮力将为0；水银压强计、天平将无法使用；摆钟停摆；弹簧测力计不能测重力等。 　某同学站在电梯底板上，如图所示的v-t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，可以判断下列说法正确的是(　　) A．在0～20 s内，电梯向上运动，该同学处于超重状态 B．在0～5 s内，电梯在加速上升，该同学处于失重状态 C．在5～10 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10～20 s内，电梯在减速上升，该同学处于失重状态 解析：D　在v-t图像中，图像的斜率表示加速度，0～5 s内斜率为正，故加速度为正，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5～10 s内，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内，斜率为负，加速度竖直