1、7.超重与失重学习目标：1.物理观念理解超重、失重和完全失重现象2.科学思维能够在具体实例中判断超重、失重现象3科学思维能用牛顿运动定律解释生活中的超重和失重现象阅读本节教材，回答第126页“讨论交流”并梳理必要知识点教材P126页“讨论交流”提示：(1)重力不会变化(2)物体对于弹簧测力计的拉力(3)静止或匀速直线运动；有加速度FmgmaFmgma.一、超重现象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：物体有向上的加速度3运动状态：包括向上加速运动和向下减速运动两种运动情况二、失重现象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
2、产生条件：物体有向下的加速度3运动状态：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，就产生完全失重现象1思考判断(正确的打“”，错误的打“”)(1)超重就是物体受到的重力增加了()(2)物体处于完全失重时，物体的重力就消失了()(3)物体处于超重时，物体一定在上升()(4)物体处于失重时，物体可能在上升()2下面关于失重和超重的说法，正确的是 ()A物体处于失重状态时，所受重力减小；处于超重状态时，所受重力增大B在电梯上出现失重现象时，电梯必定处于下降过程
3、C在电梯上出现超重现象时，电梯有可能处于下降过程D只要物体运动的加速度方向向上，物体必定处于失重状态C只要物体加速度方向向上，物体就处于超重状态，加速度方向向下，物体就处于失重状态，运动可能处于上升也可能处于下降过程，故选项B、D错误，C正确；超重和失重时物体的重力不变，故选项A错误3下列说法正确的是()A体操运动员双手握住单杠吊在空中不动时处于失重状态B蹦床运动员在空中上升和下落过程中都处于失重状态C举重运动员在举起杠铃后不动的那段时间内处于超重状态D游泳运动员仰卧在水面静止不动时处于失重状态B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，即“上超下失”，故B正确超
4、重现象人站在体重计上，一起随电梯向上运动，体重计的示数等于人的体重吗？提示：不等于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，弹簧测力计或台秤的示数叫作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)Fmg.3超重的动力学特点超重加速度方向向上(或有向上
5、的分量)【例1】质量是60 kg的人站在升降机中的体重计上，如图所示，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)(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NN600 N.(2)匀加速上升时，a向上，取向上为正方向，则NmgmaNm(ga)60(104) N840 N据牛顿第三定律知NN840 N.答案(1)600 N(2)840 N对超重现象理解的两点注意(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.(
6、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，也可以向下减速运动跟进训练1如图所示，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()A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D正确失重现象电梯加速下降，体重计的示数为什么会减少？提示：a向下，FN小于
7、mg.1对失重现象的理解(1)从力的角度看：失重时物体受到竖直悬绳(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，处于失重状态的物体的加速度方向向下(ag，如图)，这是物体失重的条件，也是判断物体失重与否的依据(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2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)，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
8、体不再受浮力、液柱不再产生压强等【例2】(多选)在升降机内，一人站在磅秤上，发现自己的体重减轻了20%，则下列判断可能正确的是(g取10 m/s2)()A升降机以8 m/s2的加速度加速上升B升降机以2 m/s2的加速度加速下降C升降机以2 m/s2的加速度减速上升D升降机以8 m/s2的加速度减速下降思路点拨：磅秤示数显示体重减轻了20%，说明处于失重状态判断加速度方向，由牛顿第二定律求出a.BC人发现体重减轻，说明人处于失重状态，加速度向下，由mgNma，N80%mg，故a0.2g2 m/s2，方向向下升降机可能加速下降，也可能减速上升，故B、C正确对失重现象理解的两点注意(1)处于完全失
9、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ay0，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，物体处于失重状态跟进训练2如图所示，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()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g，方
10、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错误超重、失重的比较及有关计算人站在体重计上静止时，体重计的示数就显示了人的体重人从站立状态到完全蹲下，体重计的示数如何变化？为什么会发生这样的变化？提示：人在下蹲的过程中，重心下移，即向下做先加速后减速的运动，加速度的方向先向下后向上，所以人先处于失重状态再处于超重状态，最后处于平衡状态，体重计的示数先减小后增大，最后等于重力G.1超重、失重的比较特征状态加速度视重(F)与重力关系运动情况受力示意图平衡a0由Fmg0得Fmg静止或匀速直线运动超重向上由
11、Fmgma得Fm(ga)mg向上加速或向下减速失重向下由mgFma得Fm(ga)m240 kg，此时物体一定处于超重状态，对物体进行受力分析和运动情况分析，如图乙所示由牛顿第二定律得Fm2gm2a2，故a2 m/s25 m/s2，即升降机匀加速上升的加速度是5 m/s2.答案(1)60 kg(2)5 m/s21物理观念：超重、失重的概念2科学思维：理解超重、失重的条件，会用牛顿运动定律解释生活中的超重和失重现象.1下列关于超重与失重的说法中，正确的是 ()A超重就是物体的重力增加了B失重就是物体的重力减少了C完全失重就是物体的重力没有了D不论是超重、失重，还是完全失重，物体所受的重力是不变的D
12、超重是物体对接触面的压力大于物体的真实重力，物体的重力并没有增加，所以A错误；失重是物体对接触面的压力小于物体的真实重力，物体的重力并没有减小，所以B错误；完全失重是说物体对接触面的压力为零，此时物体的重力也不变，所以C错误；不论是超重、失重，还是完全失重，物体所受的重力是不变的，只是对接触面的压力不和重力相等了，所以D正确2(多选)“天宫二号”绕地球运动时，里面所有物体都处于完全失重状态，则在其中可以完成下列哪个实验()A水银温度计测量温度B做托里拆利实验C验证阿基米德原理D用两个弹簧测力计验证牛顿第三定律AD物体处于完全失重状态，与重力有关的一切物理现象都消失了托里拆利实验用到了水银的压强
13、，由于pgh与重力加速度g有关，故该实验不能完成；阿基米德原理中的浮力FgV排也与重力加速度g有关，故该实验也不能完成；水银温度计测温度利用了液体的热胀冷缩原理，弹簧测力计测拉力与重力无关A、D正确3.(多选)“跳水”是一项传统的体育运动项目如图，某运动员从跳板上被竖直向上弹起，不考虑空气阻力，则下列说法正确的是()A运动员离开跳板向上运动的过程中，处于超重状态B运动员离开跳板向上运动的过程中，处于完全失重状态C设运动员被跳板弹起后又落回到跳板上，则运动员从刚离开跳板到刚接触跳板这一过程，上升和下降所用的时间相等D运动员上升到最高点时的速度为零，此时运动员处于平衡状态BC运动员离开跳板向上运动
14、的过程中，运动员仅受重力作用，根据牛顿第二定律得知，运动员的加速度竖直向下，大小等于重力加速度，处于完全失重状态，选项B正确，选项A错误；运动员离开跳板后做竖直上抛运动，运动过程中加速度保持不变，是重力加速度，上升和下落的过程中，速度变化量的数值相等，加速度大小相等，根据加速度定义式a可得，上升和下落所用的时间相等，选项C正确；运动员上升到最高点时的速度等于零，但合外力不等于零，合外力是运动员的重力，因此在最高点时受力不平衡，选项D错误4.(多选)如图所示，木箱内有一竖直放置的弹簧，弹簧上方有一物块；木箱静止时弹簧处于压缩状态且物块压在箱顶上，若在某一段时间内，物块对箱顶刚好无压力，则在此段时
15、间内，木箱的运动状态可能为()A加速下降B加速上升C减速上升D减速下降BD若在某一段时间内，物块对箱顶刚好无压力，相当于物块的视重变大，处于超重状态，即加速度向上，所以可能向上做加速运动，向下做减速运动，故B、D正确5(新情景题)情境：随着航空技术的发展，飞机的性能越来越好，起飞的跑道要求也是越来越短，有的还可以垂直起降为了研究在失重情况下的实验，飞行员将飞机开到高空后，让其自由下落，模拟一种无“重力”(完全失重状态)的环境，以供研究人员进行科学实验每次下降过程可以获得持续30秒之久的“零重力”状态，以便研究人员进行不受重力影响的实验，而研究人员站在飞机的水平底板上所能承受的最大支持力为重力的2.5倍为安全起见，实验时飞机高度不得低于800 m(g取10 m/s2)问题：飞机的飞行高度至少为多少？解析前30秒飞机做自由落体运动，解得下降高度h1gt4 500 m，此时vgt1300 m/s接着要做匀减速运动，而研究人员站在飞机的水平底板上所能承受的最大支持力为重力的2.5倍根据牛顿第二定律，有：Nmgma所以最大a1.5 g15 m/s2又下降的高度：h2 m3 000 m，为了安全起见，实验时，飞机高度不得低于800米，得总高度为H3 000 m4 500 m800 m8 300 m.答案8 300 m
