4.6 超重与失重（导学案）--【优学堂】2024-2025学年高一上学期物理同步高效备课（人教版2019必修第一册）

4.6 超重与失重 1．知道超重、失重和完全失重的定义。 2.能够在具体实例中判断超重、失重现象。 3.会利用牛顿运动定律分析超重和失重现象。 【知识点一 重力的测量】 公式法：先测量物体做自由落体运动的加速度g，再用 测量物体的质量，根据G＝ 算出重力大小。 平衡条件法：将待测物体悬挂或放置在测力计上，使它处于 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 。这是测量重力最常用的方法。 【知识点二 超重和失重】 1．人站在体重计上向下蹲的过程中，体重计的示数会 。体重计的示数反映了 。 2．超重 (1)定义：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力) 物体所受重力的现象。 (2)产生条件：物体具有 的加速度。 3．失重 (1)定义：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力) 物体所受重力的现象。 (2)产生条件：物体具有 的加速度。 (3)完全失重 ①定义：物体对支持物(或悬挂物) 作用力的现象。 ②产生条件：a＝ ，方向 。 思考：超重或失重时，物体的重力改变了吗？ 提示：没有。 【必记一 超重和失重的理解与分析】 1．视重与失重、超重 (1)视重：当物体用弹簧测力计竖直悬挂或放在水平台秤上时，弹簧测力计或台秤的示数称为“视重”，其大小等于弹簧测力计所受的拉力或台秤所受的压力。 (2)失重：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。 (3)超重：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．超重、失重现象的分析 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 向上 F＝m(g＋a)>mg 向上加速或向下减速 失重 向下 F＝m(g－a)<mg 向下加速或向上减速 完全 失重 a＝g F＝0 抛体、正常运行的卫星 3.两点说明 (1)处于完全失重状态时，一切与重力有关的现象都消失，所有依据重力原理制作的仪器都不能正常工作。比如液体对容器壁的压力消失，浸在液体中的物体受到的浮力消失，天平、水银气压计等仪器都不能正常使用。 (2)无论物体沿哪个方向运动，只要在竖直方向有向上的加速度，就处于超重状态；有向下的加速度，就处于失重状态。 【典型例题1】（23-24高一下·浙江杭州·期中）超级高铁是一种以磁悬浮和“真空钢管运输”为理论核心的交通工具，因其胶囊形外表，被称为胶囊高铁。2017年8月29日，中国航天科工公司在武汉宣布，已启动时速1000公里“高速飞行列车”的研发项目，如果研制成功的“高速飞行列车”最高时速为1080km/h，其加速与减速时加速度大小恒为2，据此可以推测（　　） A．“高速飞行列车”加速时间为540s B．“高速飞行列车”的加速位移为22.5km C．“高速飞行列车”在真空管道中处于完全失重状态 D．北京到上海的距离约为1080km，假设轨道为直线，“高速飞行列车”一个小时即可到达 【巩固检测1】（22-23高一上·广东广州·单元测试）如图所示，跳高运动员起跳后向上运动，越过横杆后开始向下运动，则运动员越过横杆前、后在空中运动的过程中，下列说法正确的是（　　） A．一直处于超重状态 B．一直处于失重状态 C．先处于超重状态，后处于失重状态 D．先处于失重状态，后处于超重状态 【巩固检测2】(多选）（23-24高一下·湖南·期末）某举重运动员在力传感器上训练做“下蹲”“站起”动作，某段时间内力传感器的示数随时间变化的图像如图所示。由稳定的站姿到稳定的蹲姿称为“下蹲”过程，由稳定的蹲姿到稳定的站姿称为“站起”过程，重力加速度取，下列说法正确的是（　　） A．“下蹲”过程中，该运动员先处于失重状态后处于超重状态 B．“站起”过程中，该运动员先处于失重状态后处于超重状态 C．“下蹲”时，该运动员对力传感器的压力小于力传感器对他的支持力 D．这段时间内，该运动员加速度的最大值为 【巩固检测3】 （多选）（23-24高一下·四川雅安·开学考试）如图是某同学站在压力传感器上做下蹲—起立的动作时传感器记录的压力随时间变化的图线，纵坐标为压力，横坐标为时间，重力加速度。由图线可知，该同学的体重约为650N。除此以外，还可以得到以下信息（　　） A．该同学完成一次站起动作 B．该同学完成一次下蹲动作 C．该同学完成两组下蹲—起立动作 D．该同学下蹲时最大加速度约 【巩固检测4】（多选）（22-23高一上·辽宁大连·期末）纵跳是体育运动的基本动作之一，可以分为原地纵跳和助跑纵跳。如图甲所示，人光脚在原地纵跳时，快速下蹲后立即蹬伸，在起跳过程中，人受到地面的支持力随时间变化的关系图像如图乙所示，下列说法正确的是（　　） A．地面对人的支持力是由于地面发生微小形变引起的 B．人能够原地纵跳是由于地面对人的支持力大于人对地面的压力 C．在点人达到最大速度 D．曲线上的A点表示人下蹲至最低点 1．（23-24高一下·海南省直辖县级单位·阶段练习）小华站在体重秤上，静止时体重秤显示的示数为，此时小华突然下蹲，观察发现，在下蹲的初始阶段体重秤的示数减小了，此时的小华（    ） A．受到的重力变小了 B．其质量减小了 C．处于超重状态 D．处于失重状态 2．（23-24高一下·贵州安顺·开学考试）某游乐场中有一个游戏项目名字叫“太空飞梭”，深受游客喜爱。实际上“太空飞梭”就是一个可以加速和减速的升降机，游客乘坐时可以体会超重与失重的感觉，下列描述正确的是（　　） A．当“太空飞梭”升降机加速上升时，游客处于失重状态 B．当“太空飞梭”升降机减速下降时，游客处于超重状态 C．当“太空飞梭”升降机减速上升时，游客处于超重状态 D．当“太空飞梭”升降机加速下降时，游客处于超重状态 3．（2024高一·全国·专题练习）如图所示，升降机内的水平桌面上，用轻弹簧连接一个质量为m的物体，当升降机以速度v向下做匀速运动，把弹簧拉长x时，物体恰好能在桌面上静止，若突然发现物体向右运动，则升降机的运动可能是（　　） A．保持原来匀速运动 B．向下做加速运动 C．向上做加速运动 D．已停止不动 4．（23-24高一下·湖北·开学考试）如图所示，是一种自动扶梯，无人乘行时运转很慢，有人站上扶梯时，它会先慢慢加速，再匀速运转。一顾客乘扶梯上楼，正好经历了这两个过程，则能正确反映该乘客在这两个过程中的受力示意图的是（　　） A．匀速 B．匀速 C．匀加速 D．匀加速 5．（23-24高一上·江西上饶·期末）蹦极是一项深受年轻人喜爱的极限运动。一名游客在三清山神仙谷景区体验蹦极，蹦极过程可简化为如图，游客身系弹性绳自高空P点自由下落。图中a点是弹性绳的原长位置，c点是游客所到达的最低点，b点是游客静止地悬吊着时的平衡位置。游客在从P点下落到最低点c的过程中（不计空气阻力），以下说法正确的是（　　） A．P到a的过程中，该游客做自由落体运动，处于失重状态 B．P到a的过程中，该游客做自由落体运动，处于超重状态 C．a到b的过程中，该游客做加速运动，处于超重状态 D．b到c的过程中，该游客做减速运动，处于失重状态 6．（23-24高三上·云南曲靖·开学考试）如图所示，一个盛水的容器底部有一小孔。静止时用手指堵住小孔不让它漏水，假设容器在下述几种运动过程中始终保持平动，且忽略空气阻力，则（    ） A．容器自由下落时，小孔向下漏水 B．将容器竖直向上抛出，容器向上运动时，小孔向下漏水；容器向下运动时，小孔不向下漏水 C．将容器竖直向上抛出，不管是容器向上运动，还是向下运动，小孔都向下漏水 D．将容器竖直向上抛出，不管是容器向上运动，还是向下运动，小孔都不向下漏水 7．（多选）（23-24高一上·新疆阿勒泰·期末）如图所示，电梯的顶部挂有一个弹簧测力计，其下端挂了一个重物，电梯匀速直线运动时测力计的示数为10N。在某时刻测力计的示数变为8N，关于电梯的运动，以下说法正确的是（g取）（　　） A．电梯可能向上加速运动，加速度大小为2 B．电梯可能向下加速运动，加速度大小为2 C．电梯可能向上减速运动，加速度大小为2 D．电梯可能向下减速运动，加速度大小为2 8．（多选）（23-24高一下·山西太原·阶段练习）物理探究小组同学用手机中安装的加速度传感器测量一架电梯运行过程中的加速度，他们利用电脑分析软件得到了一段时间内加速度与时间的关系图像如图所示（图中两曲线关于t轴对称）。规定竖直向上的方向为正方向，已知从时刻开始的一段时间内电梯处于静止状态，重力加速度g取10。下列说法正确的是（　　） A．时电梯处于超重状态，时电梯处于失重状态 B．在16s~21s时间内，电梯一直处于失重状态 C．在10s~15s时间内，电梯保持静止状态 D．在时，电梯的速度方向向上 9．（2024高一·全国·专题练习）摩天大楼中一部直通高层的客运电梯，行程超过百米，电梯的简化模型如图甲所示。考虑安全、舒适、省时等因素，电梯的加速度a是随时间t变化的。已知电梯在t＝0时由静止开始上升，图像如图乙所示。电梯总质量m＝2.0×103 kg。忽略一切阻力，重力加速度g取10 m/s2。 （1）求电梯在上升过程中受到的最大拉力F1和最小拉力F2； （2）类比是一种常用的研究方法。对于直线运动，教科书中讲解了由图像求位移的方法。请你借鉴此方法，对比加速度和速度的定义，根据图乙所示图像，求电梯在第1 s 内的速度改变量Δv1和第2 s末的速率v2。 【知识点一 重力的测量】 天平、mg 静止、相等 【知识点二 超重和失重】 1． 变化、人对体重计的压力 2．超重 (1) 大于 (2) 向上 3．失重 (1) 小于 (2) 向下 (3)完全失重 ① 完全没有 ② g、竖直向下 【必记一 超重和失重的理解与分析】 【典型例题1】 【答案】B 【详解】A．根据题意 所以加速时间为 故A错误； B．加速位移为 故B正确； C．“高速飞行列车”在真空管道中，竖直方向受磁铁作用，处于悬浮状态，故竖直加速度不可能为重力加速度，不处于完全失重状态，故C错误； D．北京到上海的距离约为1080km，因为有加速和减速过程，“高速飞行列车”一个小时不可能到达，故D错误｡ 故选B。 【巩固检测1】【答案】B 【详解】运动员离开地面后做斜上抛运动，越过横杆前、后在空中运动的过程中，加速度为重力加速度，方向竖直向下，所以运动员始终处于完全失重状态。 故选B。 【巩固检测2】【答案】AD 【详解】A．“下蹲”过程中，该运动员先向下加速后向下减速，同时力传感器上的示数先小于重力，后大于重力，则该运动员先处于失重状态后处于超重状态，故A正确； B．“站起”过程中，该运动员先向上加速后向上减速，同时力传感器上的示数先大于重力，后小于重力，则该运动员先处于超重状态后处于失重状态，故B错误； C．“下蹲”时，该运动员对力传感器的压力和力传感器对他的支持力是一对相互作用力，一定大小相等，方向相反，故C错误； D．根据图像可知举重运动员在稳定的站姿和稳定的蹲姿状态中在竖直方向上受平衡力作用，可知该运动员重力为，则该运动员质量 力传感器示数最小时，处于失重状态，此时向下的加速度最大，此加速度大小 力传感器示数最大时，处于超重状态，此时向上的加速度最大，此加速度大小 则这段时间内，该运动员加速度的最大值为，故D正确。 故选AD。 【巩固检测3】 【答案】BD 【详解】AB．下蹲过程应先向下加速后再向下减速，先失重后超重；起立过程应先向上加速后再向上减速，先超重后失重；根据图像可知，该同学先失重后超重，故该时间段内该同学完成一次下蹲动作，故B正确，A错误； C．该同学先失重后超重，然后再超重后又失重，故完成一组下蹲—起立动作，故C错误； D．由图可知，该同学的质量为 根据牛顿第二定律可知，该同学下蹲时的最大加速度约为 故D正确。 故选BD。 【巩固检测4】【答案】AC 【详解】A．地面对人的支持力是由于地面发生微小形变引起的，A正确； B．根据牛顿第三定律知，地面对人的支持力大小等于人对地面的压力大小，B错误； C．人处于C点时，加速起立结束，加速度为零，速度最大，C正确； D．人处于A点时，仍处于加速下蹲阶段，没有下蹲到最低点，D错误。 故选AC。 1．【答案】D 【详解】下蹲的初始阶段体重秤的示数减小了，此时小华向下加速，处于失重状态，但是他的重力和质量都是不变的。 故选D。 2．【答案】B 【详解】A．当“太空飞梭”升降机加速上升时，加速度方向向上，游客处于超重状态，故A错误； B．当“太空飞梭”升降机减速下降时，加速度方向向上，游客处于超重状态，故B正确； C．当“太空飞梭”升降机减速上升时，加速度方向向下，游客处于失重状态，故C错误； D．当“太空飞梭”升降机加速下降时，加速度方向向下，游客处于失重状态，故D错误。 故选B。 3．【答案】B 【详解】当升降机以速度v向下做匀速运动时，物体在水平方向受弹簧的拉力及摩擦力而处于静止状态，弹簧伸长，故拉力向右，摩擦力向左；因物体处于平衡状态，故拉力等于摩擦力；物体向右运动，而在动的瞬间弹力不变，故最大静摩擦力应减小，物体对接触面的压力应减小，即物体应处于失重状态，故升降机加速度应向下，即物体应向下做加速运动或向上做减速运动。 故选B。 4．【答案】C 【详解】AB．当匀速时重力和台阶支持力平衡，受力分析如图 故AB错误； CD．当匀加速时物体受力分析如图所示 故C正确；D错误。 故选C。 5．【答案】A 【详解】AB．P到a的过程中，该游客只受重力，做自由落体运动，处于完全失重状态，故A正确，B错误； C．a到b的过程中，重力大于弹力，该游客做加速运动，加速度向下，处于失重状态，故C错误； D．b到c的过程中，弹力大于重力，该游客做减速运动，加速度向上，处于超重状态，故D错误。 故选A。 6．【答案】D 【详解】无论是让容器自由下落，还是竖直上抛，水和容器都是处于完全失重状态，运动情况相同。所以不管怎样，水都不会漏下来，所以ABC错误，D正确。 故选D。 7．【答案】BC 【详解】根据题意，物体质量 电梯中的人观察到弹簧秤的示数变小了，物体所受的拉力小于重力，合力竖直向下，处于失重状态，可能加速下降，也可能减速上升。设电梯的加速度大小为a，根据牛顿第二定律得 G-F=ma 代入解得 a=2m/s2 故选BC。 8．【答案】BD 【详解】由图像可知，电梯由静止开始4-9s内向上加速运动，处于超重状态；9-16s时间内向上匀速运动。16s-21s时间内加速度方向向下，电梯向上做减速运动，处于失重状态。故AC错误，BD正确。 故选BD。 9．【答案】（1）2.2×104N，1.8×104N；（2）0.5m/s；1.5m/s 【详解】（1）由牛顿第二定律，有 F－mg＝ma 可得，加速度最大时，电梯受到的拉力最大，加速度向下且数字最大时，电梯受到拉力最小，的由a-t图像可知，F1和F2对应的加速度分别是 a1＝1.0 m/s2，a2＝－1.0 m/s2 则 F1＝m(g＋a1)＝2.0×103×(10＋1.0) N＝2.2×104 N F2＝m(g＋a2)＝2.0×103×(10－1.0) N＝1.8×104 N （2）类比可得，所求速度变化量等于第1 s内a-t图线下的面积 同理可得，在0~2s内，电梯速度变化量为 由于v0＝0，第2 s末的速率 v2＝1.5 m/s 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！1 学科网（北京）股份有限公司 $$