1、7 超重与失重超重与失重 学习目标 1.知道什么是超重和失重现象.2.知道什么是视重.3.会利用牛顿运动定律分析超 重和失重的问题 超重与失重现象 1超重 (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)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 2失重 (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)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完全失重 (1)定义:物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)等于零的现象 (2)产生条件:ag,方向竖直向下 4视重与实重 (1)视重
2、:物体在竖直方向做加速运动时,物体对悬挂物的拉力(弹簧测力计的示数 T)或对支 持物的压力(台秤示数 N),通常我们称它(T 或 N)为视重 (2)实重: 重力是由于地球作用于物体而产生的, 始终存在, 大小也不会受运动状态改变影响, 我们通常称它为实重 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
3、为_ N(g 取 10 m/s2) 答案 475 一、超重、失重和完全失重 导学探究 如图 1 所示,某人乘坐电梯正在向上运动 图 1 (1)电梯启动瞬间加速度沿什么方向?人受到的支持力比其重力大还是小?电梯匀速向上运 动时,人受到的支持力比其重力大还是小? (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重力大还是小? 答案 (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,人受到的合力为零,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 知识深化 1对
4、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 平衡状态 a0 Fmg 静止或匀速 直线运动 超重 竖直向上或 有竖直向上 分量 由 Fmgma 得 F m(ga) mg 向上加速或 向下减速 失重 竖直向下或 有竖直向下 分量 由 mgFma 得 F m(ga) mg 向下加速或 向上减速 完全失重 ag F0 自由落体运 动、 抛体运动 2016 年 1
5、0 月 17 日,“神舟十一号”载人飞船发射成功,如图 2 所示宇航员在火 箭发射与飞船回收的过程中均要经受超重与失重的考验,下列说法正确的是( ) 图 2 A火箭加速上升时,宇航员处于超重状态 B飞船落地前减速下落时,宇航员处于失重状态 C火箭加速上升时,宇航员对座椅的压力小于自身重力 D在飞船绕地球运行时,宇航员处于完全失重状态,则宇航员的重力消失了 答案 A 解析 火箭加速上升时,加速度方向向上,根据牛顿第二定律可知宇航员受到的支持力大于 自身的重力,宇航员处于超重状态,对座椅的压力大于自身重力,选项 A 正确,C 错误;飞 船落地前减速下落时,加速度方向向上,根据牛顿第二定律可知宇航员
6、受到的支持力大于自 身的重力,宇航员处于超重状态,选项 B 错误;宇航员处于完全失重状态时,仍然受重力, 选项 D 错误 发生超重或失重现象只取决于加速度的方向,与物体的速度方向、大小均无关. (2019 枣庄三中高一上月考)某同学站在电梯底板上,如图 3 所示的 vt 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( ) 图 3 A在 020 s 内,电梯向上运动,该同学处于超重状态 B在 05 s 内,电梯在加速上升,该同学处于失重状态 C在 510 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
7、在 1020 s 内,电梯在减速上升,该同学处于失重状态 答案 D 解析 在 vt 图像中,图像的斜率表示加速度,05 s 内斜率为正,故加速度为正,方向竖 直向上,处于超重状态,速度为正,即电梯向上加速运动;在 510 s 内,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;1020 s 内, 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, 该同学处于失重状态, D 正确 如图 4 所示,A、B 两物体叠放在一起,以相同的初速度上抛(不计空气阻力)下列 说法正确的是( ) 图 4 A在上升和下降过程中 A 对 B 的压力一定为零 B上
8、升过程中 A 对 B 的压力大于 A 物体受到的重力 C下降过程中 A 对 B 的压力大于 A 物体受到的重力 D在上升和下降过程中 A 对 B 的压力等于 A 物体受到的重力 答案 A 解析 A、B 整体只受重力作用,做竖直上抛运动,处于完全失重状态,不论上升还是下降过 程,A 对 B 均无压力,只有 A 选项正确 1 完全失重状态的说明: 在完全失重状态下, 平时一切由重力产生的物理现象都将完全消失, 比如物体对支持物无压力、摆钟停止摆动、液柱不再产生向下的压强等,靠重力才能使用的 仪器将失效,不能再使用(如天平、液体压强计等) 2完全失重时重力本身并没有变化 二、超重、失重的有关计算 (
9、多选)(2019 石家庄市高一上期末)小明站在电梯内的体重计上,电梯静止时体重计示 数为 50 kg,若电梯在竖直方向运动过程中,他看到体重计的示数为 45 kg 时,取重力加速度 g10 m/s2.下列说法中正确的是( ) A电梯可能在加速上升,加速度大小为 9 m/s2 B电梯可能在加速下降,加速度大小为 1 m/s2 C电梯可能在减速上升,加速度大小为 1 m/s2 D电梯可能在减速下降,加速度大小为 9 m/s2 答案 BC 解析 小明的质量为 50 kg,体重计的示数为 45 kg,说明处于失重状态,有向下的加速度, 运动情况可能为:向下加速或向上减速;小明受支持力和重力,由牛顿第二
10、定律可知其加速 度为 amgN m 50104510 50 m/s21 m/s2,故 B、C 正确,A、D 错误 针对训练 质量是60 kg的人站在升降机中的体重计上, 如图5所示, 重力加速度g取10 m/s2, 当升降机做下列各种运动时,求体重计的示数 图 5 (1)匀速上升; (2)以 4 m/s2的加速度加速上升; (3)以 5 m/s2的加速度加速下降 答案 (1)600 N (2)840 N (3)300 N 解析 (1)当升降机匀速上升时,由平衡条件得: N1mg600 N, 由牛顿第三定律得,人对体重计压力为 600 N,即体重计示数为 600 N. (2)当升降机以 a14
11、m/s2的加速度加速上升时,由牛顿第二定律得:N2mgma1, 则 N2mgma1840 N 由牛顿第三定律得,人对体重计的压力为 840 N,即体重计示数为 840 N. (3)当升降机以 a25 m/s2的加速度加速下降时,由牛顿第二定律得:mgN3ma2, 则 N3mgma2300 N, 由牛顿第三定律得,人对体重计的压力为 300 N,即体重计示数为 300 N. 三、超重、失重的综合应用 1若加速度方向向上(或斜向上),物体处于超重状态;若加速度方向向下(或斜向下),物体 处于失重状态 2若系统中某一部分有向上或向下的加速度,则系统整体也处于超重或失重状态 如图 6 所示,质量为 M
12、 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(重力加速度为 g)( ) 图 6 A地面对斜面体的支持力大于(Mm)g B地面对斜面体的支持力等于(Mm)g C地面对斜面体的支持力小于(Mm)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 答案 C 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 1(超重、失重的理解和判断)下列对超重现象的认识正确的是( ) A处在加速上升的电梯中的人感觉脚掌受到的力比静止
13、时大,说明人受到的重力增大了 B处在匀速上升的电梯中的人处于超重状态 C物体在水中受浮力,悬浮在水中处于失重状态 D人在竖直方向上的绳子牵引下向上加速运动时处于超重状态 答案 D 2(超重和失重的判断)如图 7 甲所示是某人站在力传感器上做下蹲起跳动作的部分示意 图如图乙所示是根据传感器画出的力时间图像,其中力的单位是 N,时间的单位是 s.两 图中的点均对应,取重力加速度 g10 m/s2.请根据这两个图所给出的信息,判断下列选项正 确的是( ) 图 7 A此人的质量约为 60 kg B此人从站立到蹲下的过程对应乙图中 1 到 6 的过程 C此人在状态 2 时处于超重状态 D此人向上的最大加
14、速度约为 1.9g 答案 D 解析 根据题图乙中图线的 1 点,由平衡条件得此人的质量约为 70 kg,故选项 A 错误;同 理根据图线可判断, 此人从站立到蹲下的过程中先失重后超重, 对应题图乙中 1 到 4 的过程, 故选项 B 错误;由题图乙知,人在状态 2 时传感器对人的支持力小于人自身的重力,处于失 重状态, 选项 C 错误; 根据图线和牛顿第二定律, 可得此人向上的最大加速度为 aFmaxmg m 1.9g,所以选项 D 正确 3(超重和失重的判断)(多选)(2019 辽宁实验中学等五校高一上学期期末)某地一观光塔总高 度达 600 m,游客乘坐观光电梯大约 1 min 就可以到达
15、观光平台若电梯简化成只受重力与 绳索拉力,已知电梯在 t0 时由静止开始上升,at 图像如图 8 所示则下列说法正确的是 ( ) 图 8 At4.5 s 时,电梯处于超重状态 B555 s 时间内,绳索拉力最小 Ct59.5 s 时,电梯处于超重状态 Dt60 s 时,电梯速度恰好为 0 答案 AD 4(超重、失重的有关计算)某人在地面上最多能举起 60 kg 的重物,要使此人在升降机中最 多能举起 100 kg 的重物,已知重力加速度 g 取 10 m/s2,则下列说法可能正确的是( ) A升降机正加速上升,加速度大小为 4 m/s2 B升降机正加速下降,加速度大小为 4 m/s2 C升降机正减速下降,加速度大小为 4 m/s2 D升降机正减速上升,加速度大小为 6 m/s2 答案 B 解析 某人在地面上最多能举起 60 kg 的物体,则知此人的最大举力为 Fmg6010 N 600 N在升降机中,对重物根据牛顿第二定律有 mgFma,解得 ag F m(10 600 100) m/s 24 m/s2,方向竖直向下,故升降机应减速上升或加速下降,加速度大小为 4 m/s2.