4.6 超重和失重(word教参)-【状元桥·优质课堂】2024-2025学年新教材高中物理必修第一册（人教版2019）

第6节　超重和失重 （见学生用书P102） 　　[学习目标]1.了解测量重力的两种方法，知道什么是视重（物理观念）.2.知道什么是超重和失重现象，会利用牛顿运动定律分析超重和失重的问题（科学思维）. 重力的测量 1.方法一：利用牛顿第二定律 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m　，利用牛顿第二定律可得G＝　mg　. 2.方法二：利用力的平衡条件 将待测物体悬挂或放置在　测力计　上，使它处于静止状态.这时物体受到的重力的大小　等于　测力计对物体的拉力或支持力的大小. 超重和失重 1.视重：体重计的　示数　称为视重，反映了人对体重计的　压力　. 2.失重现象 （1）定义：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. （2）产生条件：物体具有　竖直向下　（选填“竖直向上”或“竖直向下”）的加速度. 3.超重现象 （1）定义：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. （2）产生条件：物体具有　竖直向上　（选填“竖直向上”或“竖直向下”）的加速度. 4.完全失重状态 （1）定义：物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）　等于零　的状态. （2）产生条件：a＝g，方向　竖直向下　. 1.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.质量为50 kg的人站在电梯内的水平地板上，当电梯以大小为0.5 m/s2的加速度匀减速上升时，人对电梯地板的压力大小为　475　N（g取10 m/s2）. 超重和失重的判断 【情境导学】如图所示，某人乘坐电梯正在向上运动.电梯做哪种运动人处于超重状态？哪种运动处于失重状态？ 答案　向上加速运动时处于超重状态，向上减速运动时处于失重状态. 1.对视重的理解 当物体挂在弹簧测力计下或放在水平台秤上相对静止时，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状态时，物体的重力并未变化，只是视重变大或变小了. 2.超重、失重的比较 特征状态 加速度 视重（F）与重力的关系 运动情况 受力图 平衡 a＝0 F＝mg 静止或匀速直线运动 超重 竖直向上或有竖直向上的分量 由F－mg＝ma得F＝m（g＋a）＞mg 向上加速或向下减速 失重 竖直向下或有竖直向下的分量 由mg－F＝ma得F＝m（g－a）＜mg 向下加速或向上减速 完全 失重 a＝g F＝0 自由落体运动、竖直上抛运动 【例题1】关于超重和失重，下列说法正确的是（　　） A.物体在超重或失重时重力发生了改变 B.只要物体向上运动，就一定处于超重状态 C.物体向上运动，且受到向上的力，就一定处于超重状态 D.无论物体做何种运动，若只受重力，则都处于失重状态 答案　D　 解析　物体处于超重或失重状态时，其重力都没有变化，选项A错误；物体向上运动，可以是向上的减速运动，此时有向下的加速度，处于失重状态，选项B错误；物体向上运动，且受到向上的力，加速度可能向下，处于失重状态，选项C错误；无论物体做何种运动，若只受重力，则加速度一定竖直向下，所以都处于失重状态，选项D正确. 【变式1】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，该同学始终处于超重状态 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 答案　D　 解析　在v－t图像中，图像的斜率表示加速度，故0～5 s内斜率为正，加速度为正，方向竖直向上，速度为正，即电梯向上做加速运动，处于超重状态；在5～10 s过程中，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过程中，斜率为负，加速度竖直向下，速度为正，即电梯向上做减速运动，处于失重状态，选项D正确. 超重和失重的应用 解决超重和失重问题的一般思路 超重和失重现象的实质就是牛顿第二定律的应用，解答有关问题时： （1）分析物体运动的加速度方向； （2）判断物体处于超重状态还是失重状态； （3）对物体进行受力分析； （4）利用牛顿第二定律列式和求解. 【例题2】升降机地板上放一个弹簧式台秤，秤盘放一个质量为20 kg的物体（g取10 m/s2），则： （1）当升降机匀速上升时，物体对台秤的压力大小是多少？ （2）当升降机以1 m/s2的加速度竖直上升时，物体处于超重状态还是失重状态？物体对台秤的压力大小是多少？ （3）当升降机以5 m/s2的加速度减速上升时，物体处于超重状态还是失重状态？物体对台秤的压力大小是多少？ （4）当升降机自由下落时，物体对台秤的压力为多少？ 解析　（1）当升降机匀速上升时，根据FN＝mg＝200 N， 根据牛顿第三定律，物体对台秤的压力大小为200 N. （2）当升降机以1 m/s2的加速度竖直上升时，加速度方向向上，物体处于超重状态， 根据牛顿第二定律FN'－mg＝ma1， 解得FN'＝220 N，由牛顿第三定律， 物体对台秤的压力大小为220 N. （3）当升降机以5 m/s2的加速度减速上升时， 加速度方向向下，物体处于失重状态， 根据牛顿第二定律mg－F″N＝ma2 解得F″N＝100 N， 由牛顿第三定律，物体对台秤的压力大小为100 N. （4）当升降机自由下落时，加速度等于重力加速度， 则物体处于完全失重状态，则物体对台秤的压力为0. 答案　（1）200 N　（2）超重　220 N　（3）失重　100 N　（4）0 【变式2】如图所示，质量为M的斜面体始终处于静止状态，重力加速度为g，当质量为m的物体以加速度a沿斜面加速下滑时有（　　） A.地面对斜面体的支持力大于（M＋m）g B.地面对斜面体的支持力等于（M＋m）g C.地面对斜面体的支持力小于（M＋m）g D.由于不知道a的具体数值，无法判断地面对斜面体的支持力的大小与（M＋m）g的关系 答案　C　 解析　对斜面体和物体组成的系统，当物体具有向下的加速度而斜面体保持平衡时，可以认为系统的重心向下运动，故系统具有向下的加速度，处于失重状态，所受到的地面的支持力小于系统的重力（M＋m）g，选项C正确. 1.（超重与失重的判断）如图所示，A、B两人用安全带连接在一起，从飞机上跳下进行双人跳伞运动，降落伞未打开时不计空气阻力.下列说法正确的是（　　） A.在降落伞未打开的下降过程中，安全带的作用力一定为零 B.在降落伞未打开的下降过程中，安全带的作用力大于B的重力 C.在降落伞未打开的下降过程中，安全带的作用力等于B的重力 D.在降落伞打开后的下降过程中，安全带的作用力小于B的重力 答案　A　 解析　由题意可知，降落伞未打开时，A、B两人一起做自由落体运动，处于完全失重状态，则A、B之间的安全带作用力为零，选项A正确，B、C错误；降落伞打开后，A、B减速下降，加速度向上，则A、B处于超重状态，对B有FT－G＝ma，得FT＝G＋ma，故安全带的作用力大于B的重力，选项D错误. 2.（超重与失重的判断）在一个封闭装置中，用弹簧测力计测一物体的重力，根据读数与物体实际重力之间的关系，判断以下说法中正确的是（　　） A.读数偏大，表明装置一定加速上升 B.读数偏小，表明装置一定加速下降 C.读数为0，表明装置运动的加速度等于重力加速度，但无法判断是向上运动还是向下运动 D.读数准确，表明装置一定匀速上升或下降 答案　C　 解析　读数偏大，表明装置处于超重状态，其加速度方向向上，可能的运动情况是加速上升或减速下降，选项A错误；同理可知，选项B错误；弹簧测力计读数为0，即完全失重，这表明整个装置运动的加速度等于重力加速度g，但是a＝g时，速度方向有可能向上，也有可能向下，还有可能沿其他方向，选项C正确；读数准确，装置可能静止，也可能正在沿任意一个方向做匀速直线运动，选项D错误. 3.（超重与失重的应用）如图所示是某同学站在压力传感器上做下蹲—起立的动作时记录的力随时间变化的图线，纵坐标为力，横坐标为时间.由图线可知（　　） A.该同学做了两次下蹲—起立的动作 B.该同学做了一次下蹲—起立的动作 C.下蹲过程中人处于失重状态 D.下蹲过程中人先处于超重状态，后处于失重状态 答案　B　 解析　在一次下蹲过程中，该同学的重心先加速向下运动，后减速向下运动，先后经历了失重状态和超重状态，所以开始时对压力传感器的压力小于重力，之后阶段对压力传感器的压力大于重力，而在一次起立过程中，该同学要先后经历超重状态和失重状态，所以对压力传感器的压力先大于重力后小于重力，因此此图记录的应该是一次下蹲—起立的动作过程，选项A、C、D错误，B正确. 4.（超重与失重的应用）为了测量某住宅大楼每层的平均高度（层高）及电梯的运行情况，甲、乙两位同学在一楼电梯内用电子体重计和秒表进行了以下实验，一质量为m＝50 kg的甲同学站在体重计上，乙同学记录了电梯从一楼到顶层的过程中体重计示数随时间的变化情况，并作出了如图所示的图像，已知t＝0时，电梯静止不动，从电梯厢内的楼1层按钮上得知该大楼共19层（g取10 m/s2）.求： （1）电梯启动和制动时的加速度大小； （2）该大楼的层高. 解析　（1）电梯启动时由牛顿第二定律得F1－mg＝ma1， 电梯加速度大小为a1＝－g＝2 m/s2； 电梯制动时由牛顿第二定律得mg－F3＝ma3， 电梯加速度大小为a3＝g－＝2 m/s2. （2）电梯匀速运动的速度为v＝a1t1＝2 m/s， 从题图中读得电梯匀速上升的时间为t2＝26 s，减速运动的时间为t3＝1 s， 所以总位移为s＝a1＋vt2＋a3＝54 m， 层高为h＝＝3 m. 答案　（1）2 m/s2　2 m/s2　（2）3 m 学科网（北京）股份有限公司 $$