4.6失重和超重 学案－2021年粤教版（新教材）物理必修第一册

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1、第六节第六节 失重和超重失重和超重 学习目标 1.知道失重、超重和完全失重现象，会根据条件判断失重、超重现象.2.会利用失重、超重知 识解释一些实际现象. 一、失重和超重现象及其产生的条件 1.失重 (1)定义：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)小于物体所受的重力的现象. (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. 2.超重 (1)定义：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)大于物体所受的重力的现象. (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. 二、失重和超重现象的解释 如图 1，以重物为研究对象，挂在弹簧测力计上的重物受

2、到重力 G 和拉力 T 的作用 图 1 (1)当整个装置以加速度 a 加速下降或减速上升时， 选竖直向下为正方向， 根据牛顿第二定律得： GTma， 即 TGma. 根据牛顿第三定律，重物对弹簧测力计的拉力 TT 所以 TG，发生超重现象. 三、完全失重现象 1.完全失重现象：如果一个物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)为零，这种情况是失重现象中的极限， 称为完全失重现象. 2.完全失重现象的解释：当以加速度 ag 加速下降或减速上升时，T0，即完全失重. 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

3、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 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 2 所示，某人乘坐电梯正在向上运动. 图 2 (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

4、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 a0 Fmg 静止或匀速直线 运动 超重 竖直向上或 有竖直向上 的分

5、量 由 Fmgma 得 Fm(ga) mg 竖直向上加速或 竖直向下减速 失重 竖直向下或 有竖直向下 的分量 由 mgFma 得 Fm(ga) mg 竖直向下加速或 竖直向上减速 完全失重 ag F0 自由落体运动、 抛 体运动 深度思考 在完全失重的情况下，下列仪器中仍然可以使用的有哪些？ 天平 杆秤 水银气压计 弹簧测力计 体温计 答案 工作原理与重力有关的仪器不能使用，如天平、杆秤、水银气压计.弹簧测力计不能用来测重力，但 可以测拉力.体温计仍可以使用. 2016 年 10 月 17 日，“神舟十一号”载人飞船发射成功，如图 3 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

6、失重的考验，下列说法正确的是( ) 图 3 A.火箭加速上升时，宇航员处于超重状态 B.火箭加速上升时，宇航员对座椅的压力小于自身重力 C.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 D.飞船落地前减速下落时，宇航员处于失重状态 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，B 错误；宇航员处于完全失重状态时， 仍然受重力，选项 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受到 的支持力大于自身的重力，宇航员处于超重状态，选

7、项 D 错误. 判断超重、失重状态的方法 1.从受力的角度判断：当物体所受向上的拉力(或支持力)大于重力时，物体处于超重状态，小于重力时处于 失重状态，等于零时处于完全失重状态. 2.从加速度的角度判断：当物体具有向上的加速度时处于超重状态，具有向下的加速度时处于失重状态，向 下的加速度为 g 时处于完全失重状态. 3.注意：超重、失重与物体的运动方向即速度方向无关. 针对训练 1 (2021 枣庄三中高一上月考)某同学站在电梯底板上，如图 4 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 4

8、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.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，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 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；1020 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

9、动，处于失重状态，D 正确. 如图 5 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 5 A.在上升和下降过程中 A 对 B 的压力一定为零 B.上升过程中 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 的压力均等于 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

10、象都将完全消失，比如物体对支 持物无压力、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 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)利用牛顿第二定律分析和求解. 质量为 60 kg 的人站在升降机中的体重计上，如图 6 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 6 (1)匀速上升；

11、 (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： FN1mg600 N， 由牛顿第三定律得，人对体重计的压力为 600 N，即体重计示数为 600 N. (2)当升降机以 a14 m/s2的加速度加速上升时，由牛顿第二定律得：FN2mgma1， 则 FN2mgma1840 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：mgFN3ma2， 则 F

12、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. 针对训练 2 (多选)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

13、电梯处于失重状态，有向下的加速度，运动情况 可能为：加速下降或减速上升；小明受支持力和重力，由牛顿第二定律可知其加速度为 amgFN m 50104510 50 m/s21 m/s2，故 B、C 正确，A、D 错误. 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 7 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( ) 图 7 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(Mm)g 的关系 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.