第四章 7 超重与失重-【导与练】2023-2024学年高中物理必修第一册同步全程学习全书word（新教材，教科版）

7　超重与失重 [学习目标] 1.了解超重和失重现象,理解产生超重和失重现象的条件及实质。 2.会根据牛顿运动定律分析、解决超重和失重问题。 知识点一　超重现象 1.定义 物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)大于物体所受重力的现象。 2.条件 物体具有竖直向上的加速度。 3.视重 若物体质量为m,具有竖直向上的加速度a,则视重为T=m(g+a)。 知识点二　失重现象 1.定义 物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)小于物体所受重力的现象。 2.条件 物体具有竖直向下的加速度。 3.视重 若物体质量为m,具有竖直向下的加速度a,则视重为T=m(g-a)。 4.完全失重 当物体具有竖直向下的加速度a=g时,物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)等于零的现象。 1.思考判断 (1)处于失重状态的物体其重力变小。(　×　) (2)竖直向上运动的物体一定处于超重状态。(　×　) (3)物体减速运动时处于超重状态。(　×　) (4)物体处于完全失重状态时就不受重力了。(　×　) (5)不论物体处于超重、失重,还是完全失重状态,物体所受重力都是不变的。(　√　) (6)做自由落体运动和竖直上抛运动的物体都处于完全失重状态。(　√　) 2.思维探究 (1)超重状态物体一定向上运动吗?失重状态物体一定向下运动吗? 答案:都不一定。超重状态物体可能向下减速运动,失重状态物体可能向上减速运动。 (2)如图所示一个盛满水的杯子底部有一小孔,静止在手中时,水会喷射而出;如果突然松手,让杯子自由下落时,会发生什么现象?为什么? 答案:杯子和水一起下落,水不会喷射而出。每一部分水和杯子它们做的都是自由落体运动,运动情况完全一样,所以它们之间没有挤压,均处于完全失重状态。 要点一　对超重和失重现象的理解 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? 答案:体重计的示数先减小后增大,最后等于重力G。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。 1.实重与视重 (1)实重:物体实际所受的重力(不随物体的运动状态而变化)。 (2)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.对超重和失重的理解与判断 (1)当视重与物体的实重不同时,即发生了超重或失重现象。 (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(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(视重小于实重)。 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。 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。 [例1] 某实验小组利用DIS(数字系统)观察超重和失重现象。他们在学校电梯房内做实验,在电梯天花板上固定一个力传感器,测量挂钩向下,并在挂钩上悬挂一个重为10 N的钩码,在电梯运动过程中,计算机显示屏上显示出如图所示图像,以下根据图像分析所得结论错误的是(　D　) A.该图像显示出了力传感器对钩码的拉力大小随时间的变化情况 B.从时刻t1到t2,钩码处于失重状态,从时刻t3到t4,钩码处于超重状态 C.电梯可能先加速向下,接着匀速向下,再减速向下,最后静止 D.电梯可能先加速向上,接着匀速向上,再减速向上,最后静止 思路点拨:(1)拉力大于重力处于超重状态,拉力小于重力处于失重状态。 (2)超重时电梯可能向上加速运动,也可能向下减速运动。 (3)失重时,电梯可能向下加速运动,也可能向上减速运动。 解析:题图中图像显示了力传感器对钩码的拉力大小随时间的变化情况。0～t1,钩码受力平衡;t1～t2,拉力小于10 N,钩码处于失重状态;t2～t3,钩码受力平衡;t3～t4,拉力大于10 N,钩码处于超重状态,故D项错误。 关于超重、失重现象应注意的几个问题 (1)物体超重和失重并不是物体的实际重力变大或变小,物体所受重力G=mg始终存在,且大小、方向都不随运动状态变化。只是因为由于物体在竖直方向有加速度,从而使物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)超过或小于物体实际的重力。 (2)物体由于处于地球上不同地理位置而使重力G值略有不同的现象不属于超重和失重现象。 (3)在完全失重状态下,平常由重力产生的一切物理现象都会消失,比如物体对桌面无压力、浸在水中的物体不受浮力、液体对容器壁没有压强等。靠重力才能使用的仪器也不能再使用,如天平、液体气压计等。 [针对训练1] “蹦极”是一项非常刺激的体育运动。某人身系弹性绳自高空P点自由下落,图中a