4.6 超重和失重-2023-2024学年高一元创物理提前学+强基础（人教版2019必修第一册）

2023-2024学年 高一 元创物理 提前学 + 强基础 必修一第四章：运动和力的关系 6 超重和失重 核心目标 1. 认识超重和失重现象，能发现、分析超重和失重现象产生的条件及发生的原因，理解超重和失重现象的本质。 2. 了解超重和失重现象在各个领域中的应用，能解释生活中的超重和失重现象。 【阅读+理解】----提前学知识要点 问题 站在体重计上向下蹲，你会发现，在下蹲的过程中，体重计的示数先变小，后变大，再变小。当人静止后，保持某一数值不变。这是为什么呢？ 1. 重力的测量 在地球表面附近，物体由于地球的吸引而受到重力。 测量重力常用两种方法：一种方法是，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。 另一种方法是，利用力的平衡条件对重力进行测量。将待测物体悬挂或放置在测力计上，使它处于静止状态。这时物体所受的重力和测力计对物体的拉力或支持力的大小相等，测力计的示数反映了物体所受的重力大小。这是测量重力最常用的方法。 2. 超重和失重 人站在体重计上向下蹲的过程中，为什么体重计的示数会变化呢？ 体重计的示数称为视重，反映了人对体重计的压力。根据牛顿第三定律，人对体重计的压力与体重计对人的支持力FN大小相等，方向相反。如图，选取人为研究对象。人体受到重力mg 和体重计对人的支持力FN，这两个力的共同作用使人在下蹲的过程中，先后经历加速、减速和静止三个阶段。 设竖直向下方向为坐标轴正方向。人加速向下运动的过程中（如下左图），根据牛顿第二定律，有mg－FN＝ma ，FN＝m（g－a）< mg ，即体重计的示数所反映的视重（力）小于人所受的重力。 物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）小于物体所受重力的现象，叫作失重现象。 同理，人减速向下运动的过程中（如下右图），加速度方向与运动方向相反，有mg－FN＝－ma ，FN ＝m（g＋a）> mg 此时，体重计的示数大于人受到的重力。 物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）大于物体所受重力的现象，叫作超重现象。 当人相对于体重计静止不动时，有FN＝mg 思考与讨论：人站在力传感器上完成下蹲动作。观察计算机采集的图线。如下左图呈现的是某人下蹲过程中力传感器的示数随时间变化的情况。很明显，图线直观地描绘了人在下蹲过程中力传感器的示数先变小，后变大，再变小，最后保持某一数值不变的全过程。 如下右图，图线显示的是某人站在力传感器上，先“下蹲”后“站起”过程中力传感器的示数随时间的变化情况。请你分析力传感器上的人“站起”过程中超重和失重的情况。 可见，人的运动状态对体重计上显示出的结果是有影响的。那么，如果站在体重计上的人既不蹲下，也不站起，体重计上的示数就不会变吗？ 做一做：在电梯地板上放一台体重计。站在体重计上，观察电梯启动、制动和运行过程中体重计示数的变化。 【例题】设某人的质量为60 kg，站在电梯内的水平地板上，当电梯以 0.25 m/s2的加速度匀加速上升时，求人对电梯的压力。g取 9.8 m/s2。 分析 人站在电梯内的水平地板上，随电梯上升过程中受到两个力的作用：重力mg和地板的支持力FN，受力分析如图所示。 解 设竖直向上方向为坐标轴正方向。 根据牛顿第二定律，有 FN－mg＝ma FN＝m（g＋a）＝ 60×（9.8＋0.25）N＝603 N 根据牛顿第三定律，人对电梯地板的压力FN′为FN′＝－FN＝－603 N 人对电梯的压力大小为 603 N，方向竖直向下。 这个结果说明，当人与电梯共同向上加速或向下减速运动时，FN > G，人对电梯的压力将大于人所受的重力，出现超重现象。同理，如果电梯加速下降（或减速上升），FN < G，人对电梯的压力将小于人的重力，出现失重现象。 如果人在加速下降的过程中加速度a＝g，那么，体重计的示数为0。这时物体对支持物（或悬挂物）完全没有作用力，这种现象被叫作完全失重状态。 实际中有许多领域涉及超重和失重现象。例如，火箭发射时向上的加速度很大，火箭底部所承受的压力要比静止时大得多。如果是载人航天，在火箭发射阶段，航天员要承受数倍于自身体重的压力。只有很好地研究材料、机械结构、人体自身所能承受的压力问题，才能使火箭成功发射、航天员顺利飞向太空。 航天器在太空轨道上绕地球或其他天体运行时，航天器内的物体将处于完全失重状态。完全失重时，物体将飘浮在空中，液滴呈球形，气泡在液体中将不会上浮，走路时稍有不慎，将会“上不着天，下不着地”…… 超重和失重现象在实际中还有许多，请你通过读书、上网、请教专业人员等多种途径进一步学习和了解。 【理解+记忆】----常思考笔记重点 一、重力的测量 1.重力的测