第4章 第7节 超重与失重-【优学精讲】2024-2025学年高中物理必修第一册教用Word(教科版)

第7节　超重与失重 1．知道超重、失重和完全失重现象，会根据条件判断超重、失重现象。 2．能够运用牛顿运动定律分析超重和失重现象。 一、重力的测量 用弹簧测力计测量物体所受重力的原理如图所示。物体对弹簧测力计的拉力T的大小决定了弹簧测力计的示数，它和弹簧测力计对物体的拉力T′是一对____________，即T与T′大小相等。但是物体所受的重力与弹簧测力计对物体的拉力大小相等，即G＝T′是有条件的。由牛顿第二定律可知，只有物体在竖直方向上加速度____________，弹簧测力计的示数才等于物体所受的重力。 二、超重与失重现象 1．超重 如果物体具有竖直__________的大小为a的加速度，由牛顿第二定律：T′－mg＝ma可知，弹簧测力计的示数T____________物体所受的重力。此时T＝m(g＋a)，我们把物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)________物体所受重力的现象称为超重。 2．失重 如果物体具有竖直________的大小为a的加速度，由牛顿第二定律：mg－T＝ma可知，弹簧测力计的示数________物体所受的重力。此时T＝m(g－a)，我们把物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)________物体所受重力的现象称为失重。 3．完全失重 如果物体竖直向下的加速度a＝g，那么弹簧测力计的示数就等于零，我们把物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)等于零的现象称为完全失重。 4．视重：物体在竖直方向做加速运动时，物体对悬挂物的拉力或对支持物的压力称为视重。 5．实重：重力是由于地球作用于物体而产生的，始终存在，大小也不受运动状态改变影响，我们称它为实重。 判断下列说法是否正确。 (1)物体向上运动时一定处于超重状态。(　　) (2)物体减速向下运动时处于失重状态。(　　) (3)物体处于失重状态时重力减小了。(　　) (4)物体处于完全失重状态时就不受重力了。(　　) (5)不论物体超重、失重，还是完全失重，物体所受的重力都是不变的。(　　) (6)超重和失重可根据物体的加速度方向判定。(　　) 提示：(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√　(6)√ [答案自填] 作用力与反作用力　等于零　向上　大于　大于　向下　小于　小于 知识点一　对超重、失重现象的理解 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所受重力大还是小？电梯匀速向上运动时，人受到的支持力比其所受重力大还是小？ (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所受重力大还是小？ 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0，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。 1．实重：物体实际所受的重力，物体所受重力不会因物体运动状态的改变而变化。 2．视重：当物体在竖直方向上有加速度时，物体对弹簧测力计的拉力或对台秤的压力将不等于物体所受重力，此时弹簧测力计或台秤的示数叫物体的视重。 3．判断物体超重与失重的方法 (1)从受力的角度判断 ①超重：物体所受向上的拉力(或支持力)大于重力。 ②失重：物体所受向上的拉力(或支持力)小于重力。 (2)从加速度的角度判断 ①当物体的加速度方向向上(或加速度有竖直向上的分量)时，处于超重状态。 ②当物体的加速度方向向下(或加速度有竖直向下的分量)时，处于失重状态。 注意：物体处于超重还是失重状态，只取决于加速度的方向，与物体的运动方向无关。 　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。 　(2024·湖北高一学业考试)关于超重与失重，下列说法正确的是(　　) A．处于超重状态的物体，重力增加了 B．处于失重状态的物体，重力减小了 C.处于完全失重状态的物体，重力消失了 D．处于超重状态的物体，重力大小不变 [解析]　无论物体处于超重、失重还是完全失重状态，其所受重力大小都不变，故A、B、C错误，D正确。 [答案]　D 　(2024·新疆阿克苏阶段练)人站在电梯内的体重计上，体重计示数增大，可能的原因是　(　　) A．电梯匀速上升　　　　 B．电梯匀速下降 C．电梯减速上升 D．电梯加速上升 [解析]　人站在电梯内的体重计上，体重计示数增大，说明人处于超重状态，则加速度方向竖直向上，则只有可能是加速上升或减速下降。 [答案]　D 　(多选)(2024·浙江北仑中学校考)如图所示，升降机的水平底面上放有所受重力为G的物体，它受升降机底面的支持力大小为F支，它对升降机底面压力大小为F压，下列说法正确的是(　　) A．不管升降机怎样运动，总有F压＝F支 B．当升降机自由下落时，F支＝0，G＝0 C．当F支>G时，升降机正上升 D．当F支>G时，物体超重，升降机的加速度一定向上 [解析]　不管升降机怎样运动，总有F压＝F支，因为二者是相互作用力，故A正确；当升降机自由下落时，F支＝0，重力不为零，故B错误；当F支>G时，合力向上，可能向下减速，故C错误；当F支>G时，物体超重，升降机的加速度一定向上，故D正确。 [答案]　AD 知识点二　超重、失重的分析和计算 1．超重与失重问题，实质上是牛顿第二定律应用的延续，解题时仍应抓住联系力和运动的桥梁——加速度。 2．基本思路 (1)确定研究对象； (2)把研究对象从运动体系中隔离出来，进行受力分析并画出受力图； (3)选取正方向，分析物体的运动情况，明确加速度的方向； (4)根据牛顿运动定律和运动学公式列方程； (5)解方程，找出所需的结果。 3．注意使用牛顿第三定律，因为压力和支持力并不是一回事，同时注意物体具有向上(或向下)的加速度与物体向上运动还是向下运动无关。 角度1　应用图像分析超重和失重 　(2024·安徽滁州联考期末)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。由图线可知，该同学的体重约为650 N，除此以外，还可以得到的信息为(　　) A．1 s时人处在下蹲的最低点 B．2 s时人处于起立静止状态 C．下蹲过程中人处于先失重后超重的状态 D．该同学做了2次下蹲—起立的动作 [解析]　人处在下蹲的最低点时应该有向上的最大加速度，由题图可知在1 s时人有向下的加速度最大，故A错误；2 s时传感器示数等于人所受的重力，故此时人处于下蹲静止状态，故B错误；人在下蹲的过程中，先加速向下运动，此时加速度方向向下，故人处于失重状态，最后人静止，故后半段是人减速向下的过程，此时加速度方向向上，人处于超重状态，故下蹲过程中人先失重后超重，故C正确；该同学在前2 s是下蹲过程，后2 s是起立的过程，所以共做了1次下蹲—起立的动作，故D错误。 [答案]　C 　(多选)(2024·福建厦门三中校考)如图所示的是东方明珠广播电视塔，是上海的标志性文化景观之一，塔高约468米。游客乘坐观光电梯大约1 min就可以到达观光平台。若电梯简化成只受重力与绳索拉力，已知电梯在t＝0由静止开始上升，其加速度a与时间t的关系如图所示。下列相关说法正确的是　(　　) A．t＝6 s时，电梯处于超重状态 B．7 s到53 s时间内，绳索拉力最小 C．t＝59 s时，电梯处于超重状态 D．t＝60 s时，电梯速度恰好为0 [解析]　t＝6 s时，电梯加速度向上，则处于超重状态，A正确。7 s到53 s时间内，电梯匀速上行，此时绳索拉力等于重力；53 s到60 s时间内，电梯减速上行，加速度向下，此时电梯处于失重状态，此时绳索拉力小于重力；7 s到53 s时间内，绳索拉力不是最小的，B、C错误。因a－t图像的面积等于速度的变化量，则在60 s内速度的变化量为零，即t＝60 s时电梯速度恰好为0，D正确。 [答案]　AD 角度2　超重和失重的计算 　(2024·辽宁阜新二中月考)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)。 (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？物体所受的支持力大小是多少？ (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？物体所受的支持力大小是多少？ (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，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 F′N－mg＝ma1 解得F′N＝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。 (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，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 知识点三　沿斜面运动物体的超重失重问题 　如图所示，质量为M的斜面体始终处于静止状态，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a的具体数值，无法计算地面对斜面体的支持力的大小 [解析]　对M和m组成的系统，当m具有向下的加速度而M保持平衡时，可以认为系统的重心加速向下运动，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所受重力。 [答案]　C 　(多选)(2024·四川泸州统考期末)同一乘客三次分别乘坐不同的电梯上楼，过程中都经历了电梯加速上升阶段，假设三次的加速度大小相同，且乘客均相对于电梯静止，如图甲、乙、丙所示。在上述加速阶段中，下列说法正确的是(　　) A．三种方式乘客均受到了电梯地板的摩擦力作用 B．只有在甲种方式中，乘客才受到了摩擦力作用 C.在丙种方式中，乘客受到电梯地板的支持力最大 D．三种方式中的乘客均处于超重状态 [解析]　电梯加速上升阶段，在甲种方式中，乘客受到支持力、重力、沿斜面向上的摩擦力作用，在乙种方式中，乘客受到支持力、重力、水平向右的摩擦力作用，在丙种方式中，乘客受到支持力、重力，故在甲、乙两种方式中，乘客受到了摩擦力作用，故A、B错误；在甲种方式中，乘客受到电梯地板的支持力FN1＝mg cos θ，在乙种方式中，根据牛顿第二定律有FN2－mg＝ma sin θ，乘客受到电梯地板的支持力FN2＝mg＋ma sin θ，在丙种方式中，根据牛顿第二定律有FN3－mg＝ma，乘客受到电梯地板的支持力FN3＝mg＋ma，可得FN1<FN2<FN3，故在丙种方式中，乘客受到电梯地板的支持力最大，故C正确；三种方式中的乘客均有向上的加速度，处于超重状态，故D正确。 [答案]　CD 1.(对超重和失重的理解)(2024·广东深圳统考期末)如图，用手托住几本教材，下列哪种情况下教材对手的作用力比教材所受的重力大(　　) A．使教材匀速向上运动 B．使教材匀速向下运动 C．使教材匀减速向下运动 D．使教材匀减速向上运动 解析：选C。使教材匀速向上、向下运动时教材均处于平衡状态，其受到的支持力等于重力大小，由牛顿第三定律可知压力大小等于支持力大小，说明教材对手的作用力与教材所受的重力大小相同，A、B错误；使教材匀减速向下运动，合力向上，其受到的支持力大于重力大小，教材对手的作用力比教材所受的重力大，C正确；使教材匀减速向上运动，合力向下，其受到的支持力小于重力大小，则教材对手的作用力比教材所受的重力小，D错误。 2.(应用图像分析超重和失重)很多智能手机都有加速度传感器。用手托着手机，打开加速度传感器，手掌迅速向下运动，让手机脱离手掌而自由下落，然后接住手机，观察手机屏幕上加速度传感器的图像，如图所示。下列说法正确的是(　　) A．当地重力加速度大于10 m/s2 B．图中波谷处有一小段时间的数值接近－10 m/s2，这就是自由落体加速度 C．图中波谷处手机处于匀速直线运动状态 D．自由落体之后有一个向上的波峰，这是用手接住手机时手机做减速运动的加速度，方向向下 解析：选B。根据图像可知，开始一段，手机脱离手掌而自由下落，加速度为－10 m/s2，当地重力加速度等于10 m/s2，故A错误；题图中波谷处有一小段时间的数值接近－10 m/s2，这就是自由落体加速度，加速度为重力加速度，故B正确；题图中波谷处手机加速度为重力加速度，处于失重状态，故C错误；自由落体之后有一个向上的波峰，这是用手接住手机时手机做减速运动的加速度，向下减速，加速度方向向上，故D错误。 3．(沿斜面运动物体的超重失重问题)(多选)某商场安装了智能化电动扶梯，无人站在扶梯上时扶梯运转得很慢。现有顾客乘扶梯下楼，扶梯自动先加速再匀速运转。下列说法正确的是(　　) A.扶梯匀速运转过程中，顾客受到的支持力大小等于扶梯受到的压力大小 B．扶梯加速运转过程中，顾客受到的支持力大小等于扶梯受到的压力大小 C．扶梯加速过程中，顾客处于失重状态 D．扶梯加速过程中，顾客共受到两个力作用 解析：选ABC。无论电梯匀速还是加速，顾客受到的支持力和扶梯受到的压力总是一对作用力与反作用力，因此它们的大小总是相等的，故A、B正确；在加速的过程中，物体加速度与速度同方向，具有竖直向下的加速度分量，顾客处于失重状态，故C正确；在加速的过程中，物体受到的合力斜向左下方，因而顾客受到的摩擦力与接触面平行水平向左，同时顾客还受重力、支持力的作用，故D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $