2019沪科版物理必修1学案：5.5 超重与失重

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1、5.5 超重与失重学 习 目 标 知 识 脉 络1.知道什么是超重和失重2理解产生超重和失重的条件(重点)3学会分析、解决超重和失重问题(重点、难点)自 主 预 习探 新 知知识梳理一、超重现象1超重现象：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( 如图 551 所示)图 5512产生条件：物体有向上的加速度3运动状态：超重物体包括向上加速运动和向下减速运动两种运动情况4由牛顿第二定律推理Tmgma T mgmamg二、失重现象1失重现象：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( 如图 552 所示)图 5522产生条件：物体有向下的加速度3运动状态：

2、失重物体包括向上减速运动和向下加速运动两种运动情况4完全失重(1)定义：物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)等于零的状态(2)产生完全失重现象的条件：当物体竖直向下的加速度等于重力加速度时，产生完全失重现象5由牛顿第二定律推理mgTmaError!基础自测1思考判断(1)物体处于超重状态时，物体的重力增加，处于失重状态时物体的重力减小 ()【提示】 物体不论超重、失重，自身的重力都不变(2)在加速上升的电梯中用弹簧测力计测一物体的重力，弹簧测力计的示数大于物体的重力 ()(3)竖直向上抛的物体上升时一定超重 ()【提示】 物体上升速度方向向上，而加速度方向向下，物体失重(4)完全失重就是物体

3、重力完全消失，不再受重力作用 ()【提示】 完全失重并不是重力消失(5)在水平面上做加速运动，也会引起失重现象 ()【提示】 水平方向的加速度不会引起超重、失重现象(6)只要物体有向下的加速度，就会引起失重现象 ()2下列说法中正确的是( ) 【导学号：79092126】A只有正在向上运动的物体，才有可能处于超重状态B超重就是物体所受的重力增大C物体处于超重状态时，地球对它的引力变大D超重时物体所受的重力不变D 只要物体加速度方向向上，物体就处于超重状态，物体也可能向下做减速运动，故 A 错误超重时物体的重力不变，地球对物体的吸引力也不变，故 B、 C 错误， D 正确 3学校秋季运动会上，飞

4、辉同学以背越式成功跳过了 1.90 m，如图 553所示，则下列说法正确的是( )图 553A飞辉起跳时地面对他的支持力等于他的重力B起跳以后在上升过程中处于超重状态C起跳以后在下降过程中处于失重状态D起跳以后在下降过程中重力消失了C 起跳时做向上的加速运动，加速度向上，所以地面对他的支持力大于他的重力，选项 A 错误；起跳以后，只受重力作用，加速度一直保持竖直向下，所以一直处于失重状态，选项 C 正确，B、D 错误 合 作 探 究攻 重 难超重现象的分析1.实重与视重(1)实重：物体实际所受重力物体所受重力不会因为物体运动状态的改变而变化(2)视重：用弹簧测力计或台秤来测量物体重力时，弹簧测

5、力计或台秤的示数叫做物体的视重当物体与弹簧测力计保持静止或者匀速运动时，视重等于实重；当存在竖直方向的加速度时，视重不再等于实重2产生超重的原因：当物体具有竖直向上的加速度 a 时，支持物对物体的支持力( 或悬绳的拉力) 为 F.由牛顿第二定律可得： Fmgma.所以 Fm (ga)mg.由牛顿第三定律知，物体对支持物的压力(或对悬绳的拉力)F mg.3超重的动力学特点超重 加速度方向向上 (或有向上的分量)向 上 加 速 运 动向 下 减 速 运 动 质量是 60 kg 的人站在升降机中的体重计上，如图 554 所示，当升降机做下列各种运动时，体重计的读数是多少？(g 取 10 m/s2)图

6、 554(1)升降机匀速上升(2)升降机以 4 m/s2 的加速度匀加速上升解析 以人为研究对象受力分析如图所示：(1)匀速上升时 a0，所以Nmg0Nmg600 N.据牛顿第三定律知N N600 N.(2)匀加速上升时，a 向上，取向上为正方向，则NmgmaNm(ga)60(10 4) N840 N据牛顿第三定律知：N N840 N.答案 (1)600 N (2)840 N解题技巧 对超重现象理解的两点技巧(1)物体处于超重状态时，实重(即所受重力) 并不变，只是视重变了，视重比实重增加了 ma.(2)决定物体超重的因素是物体具有向上的加速度，与速度无关，即物体可以向上加速运动，也可以向下减

7、速运动针对训练1.如图 555 所示，轻质弹簧的上端固定在电梯的天花板上，弹簧下端悬挂一个小铁球，在电梯运行时，乘客发现弹簧的伸长量比电梯静止时的伸长量大，这一现象表明( ) 【导学号：79092127】图 555A电梯一定是在上升B电梯一定是在下降C电梯的加速度方向一定是向下D乘客一定处在超重状态D 电梯静止时，弹簧的拉力和小铁球的重力相等现在，弹簧的伸长量变大，则弹簧的拉力增大，小铁球受到的合力方向向上，加速度方向向上，小铁球处于超重状态但是电梯的运动方向可能向上也可能向下，故选 D.2如图 556 所示，A 为电磁铁， C 为胶木秤盘，A 和 C(包括支架)的总质量为 M，B 为铁块，质

8、量为 m，整个装置用轻绳悬挂在 O 点，在电磁铁通电，铁块被吸引加速上升的过程中，轻绳上拉力 F 的大小为 ( )图 556AF mg BMgF(Mm )gCF( M m)g DF(Mm)gD 电磁铁通电后，铁块被吸引加速上升，可认为 A、B、C 组成的系统重心加速上移，有向上的加速度，即整个系统处于超重状态，则轻绳拉力 F 应大于(Mm) g.故选 D.失重现象的分析1.对失重现象的理解(1)从力的角度看：失重时物体受到的竖直悬绳(或测力计)的拉力或水平支撑面( 或台秤 )的支持力小于重力，好像重力变小了，正是由于这样把这种现象定义为“失重”(2)从加速度的角度看：根据牛顿第二定律，处于失重

9、状态的物体的加速度方向向下( a g，如图 557)，这是物体失重的条件，也是判断物体失重与否的依据图 557(3)从速度的角度看：只要加速度向下物体就处于失重状态，其速度可以向上也可以向下常见的失重状态有两种：加速向下或减速向上运动图 5582对完全失重的理解：物体处于完全失重状态(ag)时，重力全部产生加速度，不再产生压力(如图 558)，平常一切由重力产生的物理现象都会完全消失，如天平失效、浸在水中的物体不再受浮力、液体柱不再产生压强等图 559(多选) 如图 559 所示，蹦床运动员从空中落到床面上，运动员从接触床面下降到最低点为第一过程，从最低点上升到离开床面为第二过程，运动员( )

10、A在第一过程中始终处于失重状态B在第二过程中始终处于超重状态C在第一过程中先处于失重状态，后处于超重状态D在第二过程中先处于超重状态，后处于失重状态CD 在第一过程中，运动员刚接触床面时重力大于弹力，运动员向下做加速运动，运动员处于失重状态；随床面形变的增大，弹力逐渐增大，弹力大于重力时，运动员做减速运动，运动员处于超重状态，故 A 错误，C 正确；在第二过程中的运动情况与第一过程中是对称的，加速度方向先向上后向下，先处于超重状态，后处于失重状态，故 B 错误，D 正确 对失重现象理解的两点注意(1)处于完全失重状态的物体，并不是所受重力消失了，重力并不变，只是物体对悬挂物的拉力(或对支持物的

11、压力)等于零(2)若物体不在竖直方向上运动，但只要其加速度在竖直方向上有分量，即ay 0，即当 ay的方向竖直向上时，物体处于超重状态；当 ay的方向竖直向下时，物体处于失重状态针对训练3如图 5510 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 5510A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 的压力等于 A 物体受到的重力A 以 A、B 作为整体，上升过程只受重力作用，所以系统的加速度为

12、 g，方向竖直向下，故系统处于完全失重状态，A、B 之间无弹力作用，A 正确，B错误下降过程，A、B 仍是处于完全失重状态，A 、B 之间也无弹力作用，C、D 错误4.人在平地上静止站立时，受到的支撑力等于人的重力做原地纵跳时，在快速下蹲和蹬伸的过程中，人体受到的支撑力发生变化(如图 5511，G 为重力，F 为支撑力) 下列曲线能正确反映该变化的是( ) 图 5511D 人从静止站立快速下蹲，有向下的加速度，处于失重状态，F G ，当速度最大到腾空之前，重力大于支撑力，腾空后，支撑力为零D 选项正确当 堂 达 标固 双 基1质量为 60 kg 的人，站在升降机内台秤上，测得体重为 480 N

13、，则升降机的运动应是( ) 【导学号：79092128】A匀速上升或匀速下降 B加速上升C减速上升 D减速下降C 对人受力分析，受重力和支持力，支持力小于重力，故合力向下，加速度向下，故升降机的加速度也向下；故升降机加速下降或者减速上升；故A、B、 D 错误，C 正确；故选 C.2为了让乘客乘车更为舒适，某探究小组设计了一种新的交通工具，乘客的座椅能随着坡度的变化而自动调整，使座椅始终保持水平，如图 5512 所示当此车加速上坡时，乘客( )图 5512A处于失重状态B处于超重状态C受到向后的摩擦力作用D所受力的合力沿斜面向下B 当此车加速上坡时，整体的加速度沿斜面向上，乘客具有竖直向上的分加

14、速度，所以根据牛顿运动定律可知乘客处于超重状态，故 A 错误，B 正确；对乘客进行受力分析，乘客受重力、支持力，乘客加速度沿斜面向上，而静摩擦力必沿水平方向，乘客有水平向右的分加速度，所以受到向前(水平向右)的摩擦力作用，故 C 错误；由于乘客加速度沿斜面向上，根据牛顿第二定律得所受合力沿斜面向上，故 D 错误3.一个质量 50 kg 的人站在升降机的地板上，升降机的顶部悬挂了一只弹簧测力计，弹簧测力计下面挂着一个质量 mA5 kg 的物体 A，当升降机向上运动时，人看到弹簧测力计的示数为 40 N，如图 5513 所示，g 取 10 m/s2，求此时人对地板的压力图 5513解析 依题意可知，弹簧测力计读数为 40 N，而物体 A 的重力Gm Ag50 N，显然弹簧测力计的读数小于物体的重力，即视重小于实重，物体 A 处于失重状态由于人和 A 以及升降机三者具有相同的加速度，因此人也处于失重状态以 A 为研究对象，受力分析如图甲所示由牛顿第二定律得mAgT m Aa甲 乙所以 a m/s22 m/s2，方向向下，人的受力如图乙所mAg TmA 510 405示由牛顿第二定律得MgNMa ，所以 NMgMa400 N.由牛顿第三定律可得，人对地板的压力为 400 N，方向向下答案 400 N，方向向下