1、第6节超重和失重物理观念通过生活实际，体验超重和失重现象。科学思维(1)通过实验，认识什么是超重和失重现象，知道产生超重和失重的条件。(2)能用牛顿运动定律解释生活中的超重和失重现象。知识点一重力的测量情境导学我们站在体重计上测量体重时，要保持什么状态？提示：保持静止状态。知识梳理重力测量的两种常用方法(1)方法一：先测量物体做自由落体运动的加速度g，再用天平测量物体的质量，利用牛顿第二定律可得Gmg。(2)方法二：将待测物体悬挂或放置在测力计上，使它处于静止状态，根据力的平衡条件可得重力等于测力计的示数，即GF。初试小题1判断正误。(1)用弹簧测力计测量重力时，弹簧测力计的示数一定等于物体的
2、重力大小()(2)人站在电梯中的体重计上，当电梯匀速上升时，其视重等于重力()(3)物体重力大小Gmg是根据牛顿第二定律确定的()2思考题。将钩码挂在竖直弹簧测力计上，观察下面几种情况下弹簧测力计的示数：(1)弹簧测力计处于静止状态；(2)弹簧测力计匀速向上或匀速向下运动；(3)弹簧测力计加速向上或加速向下运动。提示：弹簧测力计处于静止状态和匀速向上、向下运动时示数不变且相等，加速向上时示数变大，加速向下时示数变小。知识点二超重和失重情境导学在乘竖直升降电梯上下楼时，你是否有这样的感觉：在电梯里上楼时，开始时觉得自己有“向下坠”的感觉，好像自己变重了，快到楼顶时又觉得自己有“向上飘”的感觉，好
3、像自己变轻了。在电梯里，下楼时，开始觉得有种“向上飘”的感觉，背的书包也感觉变“轻”了，快到楼底时，觉得自己有种“向下坠”的感觉，背的书包也似乎变“重”了。(1)电梯向上启动瞬间加速度方向如何？人处于超重还是失重状态？(2)电梯向上将要到达目的地减速运动时加速度方向如何？人处于超重还是失重状态？(3)若电梯下降启动的瞬间或到达楼梯底前减速运动时，人处于超重还是失重状态？提示：(1)竖直向上，超重。(2)竖直向下，失重。(3)向下启动瞬间，加速度向下，失重；向下减速运动时加速度向上，超重。知识梳理1超重(1)定义：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)大于物体所受重力的现象。(2)产生条件：物体
4、具有向上的加速度。2失重(1)定义：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)小于物体所受重力的现象。(2)产生条件：物体具有向下的加速度。3完全失重(1)定义：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)等于零的状态。(2)产生条件：ag，且方向竖直向下。初试小题1判断正误。(1)人站在体重计上静止不动时视重等于重力。() (2)物体处于超重状态时重力增大了。()(3)做自由落体运动的物体处于完全失重状态。()2如图，跳高运动员起跳后向上运动，越过横杆后开始向下运动，则运动员越过横杆前、后在空中所处的状态分别为()A失重、失重B超重、超重C失重、超重 D超重、失重解析：选A运动员在空中运动的过程中，加
5、速度总是竖直向下且大小为g，则运动员越过横杆前、后在空中所处的状态都是完全失重状态，故选A。超重和失重的理解要点归纳1重力与视重(1)重力：物体所受重力不会因物体运动状态的改变而改变。(2)视重：当物体竖直悬挂在弹簧测力计下或放在水平台秤上时，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。2超重和失重的理解与判断(1)当视重与物体的重力不同时，即发生了超重或失重现象。(2)判断物体超重与失重的方法从受力的角度判断：超重：物体所受向上的拉力(或支持力)大于重力。失重：物体所受向上的拉力(或支持力)小于重力。从加速度的角度判断：当物体的加速度方向向上(或竖直分量
6、向上)时，处于超重状态。当物体的加速度方向向下(或竖直分量向下)时，处于失重状态。特别提醒在完全失重状态下，平常由重力产生的一切物理现象都会消失，比如单摆停止摆动、液体对器壁没有压强、浸在液体中的物体不受浮力等。工作原理与重力有关的仪器也不能再使用，如天平、液体气压计等。例题1“蹦极”是一项体育运动。某人(视为质点)身系弹性绳自高空P点自由下落，如图所示。图中a点是弹性绳的原长位置，c是人所到达的最低点，b是人静止悬吊着时的平衡位置，人在从P点落下到最低点c的过程中()A在ab段，人处于失重状态B在a点，人的速度最大C在bc段，人处于失重状态D在c点，人的速度为零，加速度也为零解析在ab段，弹
7、性绳的拉力小于人的重力，人受到的合力向下，有向下的加速度，人向下做加速运动，处于失重状态，随弹性绳的拉力的增大，向下的合力减小，所以向下的加速度逐渐减小，在bc段，弹性绳的拉力大于人的重力，人受到的合力向上，有向上的加速度，人向下做减速运动，处于超重状态，而且加速度随弹性绳的拉力的增大而增大，所以在ac段人的速度先增加后减小，加速度先减小后增加，在b点人的速度最大，在c点，弹性绳的形变量最大，即弹性绳的拉力最大，向上的加速度最大，人的速度为零，故选项A正确，B、C、D错误。答案A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
8、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多选有一种大型娱乐器械可以让人体验超重和失重，其环形座舱套在竖直柱子上(如图所示)，由升降机送上几十米的高处，然后让座舱自由下落。落到一定位置时，制动系统启动，座舱做减速运动，到地面时刚好停下。下列说法正确的是()A座舱自由下落的过程中人处于超重状态B座舱自由下落的过程中人处于失重状态C座舱减速下落的过程中人处于超重状态D座舱下落的整个过程中人处于失重状态解
9、析：选BC在自由下落的过程中人只受重力作用，做自由落体运动，处于失重状态，故选项A错误，选项B正确；在减速运动的过程中人受重力和座位对人向上的支持力，做减速运动，所以加速度向上，人处于超重状态，故选项C正确，选项D错误。2如图所示，一个盛水的容器底部有一小孔，静止时用手指堵住小孔不让它漏水，假设容器在下述几种运动过程中始终保持平动，且忽略空气阻力，则()A容器自由下落时，小孔向下漏水B将容器竖直向上抛出，容器向上运动时，小孔向下漏水；容器向下运动时，小孔不向下漏水C将容器水平抛出，容器在运动中小孔向下漏水D将容器斜向上抛出，容器在运动中小孔不向下漏水解析：选D题中几种运动，对整体分析，都只受重
10、力作用，运动加速度为g，方向向下，容器中的水处于完全失重状态，对容器底部无压力，故在底部的小孔处水不会漏出。用牛顿第二定律分析超重、失重现象问题探究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，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。要点归纳求解超重与失重问题的基本思路超重和失重问题实质上就是牛顿第二定律的应用，解题的一般思路：(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
11、失重状态；(3)利用牛顿第二定律分析和求解。例题2质量为60 kg的人站在升降机中的体重计上，当升降机做下列各种运动时，体重计的读数是多少？处于什么状态？(g取10 m/s2)(1)升降机匀速上升；(2)升降机以3 m/s2的加速度加速上升；(3)升降机以4 m/s2的加速度加速下降。解析人站在升降机中的体重计上，受力情况如图所示。(1)当升降机匀速上升时，由牛顿第二定律得FNG0，所以人受到的支持力FN600 N。根据牛顿第三定律得，人对体重计的压力大小等于体重计的示数，即600 N，处于平衡状态。(2)当升降机以3 m/s2的加速度加速上升时，由牛顿第二定律得FNGma，计算得FN780
12、N。由牛顿第三定律得，人对体重计的压力大小为780 N，故此时体重计的示数为780 N，大于人的重力，人处于超重状态。(3)当升降机以4 m/s2的加速度加速下降时，由牛顿第二定律得GFNma，计算得出FN360 N。由牛顿第三定律得，人对体重计的压力大小为360 N，故此时体重计的示数为360 N，小于人的重力600 N，人处于失重状态。答案(1)600 N平衡状态(2)780 N超重状态(3)360 N失重状态解决超重、失重问题的基本方法(1)明确研究对象，进行受力分析。(2)判断加速度的方向，并建立合理的坐标轴。(3)应用牛顿第二定律列出方程。(4)代入数据求解，必要时进行讨论。 针对训
13、练1“蹦极”就是跳跃者把一端固定的长弹性绳绑在踝关节等处，从几十米高处跳下的一种极限运动。某人做蹦极运动，所受绳子拉力F的大小随时间t变化的情况如图所示。将蹦极过程近似为在竖直方向的运动，重力加速度为g。据图可知，此人在蹦极过程中最大的加速度约为()AgB2gC3g D4g解析：选B人落下后，振动幅度越来越小，最后静止不动，结合拉力与时间关系图像可以知道，人的重力等于06F0，而最大拉力为18F0，即06F0mgFm18F0结合牛顿第二定律，有Fmgma当拉力最大时，加速度最大，因而有18F0mgmam由两式解得am2g，故B正确。2多选电梯的顶部挂一个弹簧测力计，测力计下端挂了一个质量为1
14、kg的重物，电梯匀速直线运动时，弹簧测力计的示数为10 N，在某时刻电梯中的人观察到弹簧测力计的示数变为12 N。关于电梯的运动(如图所示)，以下说法正确的是(g取10 m/s2)()A电梯可能向上加速运动，加速度大小为2 m/s2B电梯可能向下加速运动，加速度大小为4 m/s2C电梯可能向上减速运动，加速度大小为4 m/s2D电梯可能向下减速运动，加速度大小为2 m/s2解析：选AD电梯匀速直线运动时，弹簧测力计的示数为10 N，知重物的重力等于10 N，在某时刻电梯中的人观察到弹簧测力计的示数变为12 N，对重物有Fmgma，解得a2 m/s2，方向竖直向上，则电梯的加速度大小为2 m/s
15、2，方向竖直向上，电梯可能向上做加速运动，也可能向下做减速运动，故A、D正确，B、C错误。1某同学做引体向上，他两手握紧单杠，双臂竖直，身体悬垂；接着用力上拉使下颌超过单杠(身体无摆动)，稍作停顿。下列说法正确的是()A在上升过程中单杠对人的作用力始终大于人的重力B在上升过程中单杠对人的作用力始终等于人的重力C初始悬垂时，若增大两手间的距离，单臂的拉力变大D初始悬垂时，若增大两手间的距离，两臂拉力的合力变大解析：选C在上升过程中，人先加速后减速，先超重后失重，则单杠对人的作用力先大于重力后小于重力，选项A、B错误；初始悬垂时若增大两手间的距离，则两单臂的拉力夹角变大，因合力一定，大小总等于人的
16、重力的大小，则单臂的拉力会变大，选项C正确，D错误。2多选某海洋馆中的“海豚顶球”节目因其互动性强而深受小朋友们的喜爱。如图所示，一海豚把球顶向空中，并等其落下。下列说法正确的是()A球在最高点时受到重力和海豚对它的顶力作用B球在最高点时速度为零，但加速度不为零C球在上升过程中处于超重状态D球在下落过程中处于失重状态解析：选BD竖直上抛运动是初速度向上，只在重力作用下的运动，球在最高处只受到重力，故A错误；球上升到最高点时受到重力的作用，速度为零，加速度为g，故B正确；竖直上抛运动上升和下落过程都是只受到重力的作用，加速度大小为g，方向竖直向下，处于失重状态，故C错误，D正确。3多选我国长征火
17、箭把卫星送上太空的情境如图所示，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()A火箭加速上升时，宇航员处于失重状态B飞船加速下落时，宇航员处于失重状态C飞船落地前减速，宇航员对座椅的压力大于其重力D火箭上升的加速度逐渐减小时，宇航员对座椅的压力小于其重力解析：选BC火箭加速上升时，加速度向上，对宇航员有FNmgma，则FNmgmamg，所以宇航员处于超重状态，即使上升的加速度逐渐减小时，宇航员对座椅的压力也大于重力，选项A、D错误；飞船加速下落时，加速度向下，对宇航员有mgFNma，则FNmgmamg，所以宇航员处于失重状态，落地前减速，加速度方向向上，宇航员
18、对座椅的压力大于其重力，选项B、C正确。4大型商场(超市)为了方便顾客上下楼，都会安装自动扶梯。自动扶梯一般分为两类：一类有台阶，另一类无台阶，两类自动扶梯分别如图所示，为了节约能源，在没有顾客乘行时，这两类自动扶梯都以较小的速度匀速运行，当有顾客乘行时自动扶梯经过先加速再匀速两个阶段运行。则电梯在运送顾客上楼的整个过程中()A图乙所示的无台阶自动扶梯中，乘客始终受三个力作用B图甲所示的有台阶自动扶梯中，乘客始终受三个力作用C图乙所示的无台阶自动扶梯中，乘客始终处于超重状态D图甲所示的有台阶自动扶梯中，扶梯对乘客始终有摩擦力作用解析：选A乘客在无台阶的扶梯上运动时，在加速和匀速阶段，都受到重力、支持力和静摩擦力三个力的作用，故A正确；由牛顿第二定律知，在加速阶段乘客有沿着扶梯方向斜向上的加速度，加速度有竖直向上的分量，乘客处于超重状态，匀速运动阶段乘客受到的合力为零，即加速度为零，乘客处于平衡状态，故C错误；乘客在有台阶的扶梯上运动时，加速阶段受到重力、支持力和水平方向的静摩擦力三个力作用，匀速阶段乘客只受到重力与支持力的作用且二力平衡，故B、D错误。