1、第六节失重和超重核心素养目标新课程标准1.经历实验和理论探究过程，体会科学探究的方法，领略运用牛顿运动定律解决实际问题。2培养用科学知识解释现象的能力，激发学习热情和兴趣，形成良好的科学态度与责任1.通过体验或者实验，认识超重和失重现象。2通过观察人站在体重计上迅速蹲下、站起时体重计的示数或其他方式发现失重和超重现象产生的条件，并应用牛顿运动定律分析失重和超重现象发生的动力学原因，理解失重和超重现象的本质。3了解失重和超重现象在各个领域中的应用，解释生活中的失重和超重现象知识点一失重和超重现象情境导学让一学生站立在体重计上，(1)观察下列情况下体重计的示数变化：在体重计上静止不动；在体重计上迅
2、速蹲下；在体重计上迅速站起。(2)在情况、中会出现什么现象？取决于什么因素呢？提示：(1)体重计示数不变，体重计的示数就是人对体重计的压力；体重计的示数先减小后增大；体重计的示数先增大，后减小。(2)在情况中，人迅速下蹲的过程分为加速下降和减速下降两阶段，分别属于失重、超重现象；在情况中，人迅速站起的过程分为加速上升和减速上升两个阶段，分别属于超重、失重现象。竖直方向的速度发生变化，即在竖直方向上有加速度时，才会出现失重和超重现象。知识梳理1失重(1)定义：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)小于物体所受重力的现象。(2)产生条件：物体具有向下的加速度。2超重(1)定义：物体对支持物的压力(
3、或对悬挂物的拉力)大于物体所受重力的现象。(2)产生条件：物体具有向上的加速度。初试小题1判断正误。(1)物体处于超重状态时重力增大了。()(2)物体处于失重状态时重力减小了。()(3)物体处于超重或失重状态时，物体的重力没有变化。()2(多选)站在电梯上的人，当电梯竖直减速下降时，下面说法中正确的是()A电梯对人的支持力小于人对电梯的压力B电梯对人的支持力大于人对电梯的压力C电梯对人的支持力等于人对电梯的压力D电梯对人的支持力大于人的重力解析：选CD电梯对人的支持力和人对电梯的压力是一对作用力和反作用力，大小相等，方向相反，故A、B错误，C正确；当电梯竖直减速下降时，加速度向上，人处于超重状
4、态，此时人受到的支持力大于人的重力，故D正确。知识点二完全失重现象情境导学一个盛满水的瓶子底部有一小孔，静止在手中时，水会喷射而出；如果突然松手，让瓶子自由下落时，会发生什么现象？为什么？提示：瓶子和水一起下落，水不会喷射而出。每一部分水和瓶子它们做的都是自由落体运动，运动情况完全一样，所以它们之间没有挤压，均处于完全失重状态。知识梳理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)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。() (2)在完全失重状态下，物体的视重为零。()(3)做自由落体运动的物体处于完全失
5、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。对超重和失重现象的理解问题探究如图所示，某人乘坐电梯正在向上运动。(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？(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？提示：(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。
6、(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。要点归纳超重、失重和运动状态的关系注意：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。例题1某实验小组利用DIS系统观察超重和失重现象。他们在学校电梯房内做实验，在电梯天花板上固定一个力传感器，测量挂钩向下，并在挂钩上悬挂一个重为10 N的钩码，在电梯运动过程中，计算机显示屏上显示出如图所示图像，以下根据图像分析所得结论错误的是() A该图像显示出了力传感器对钩码的拉力大小随时间的变化情况B从时刻t1到t2，钩码处于失重状态，从时刻t3到t4，钩码处于超重状态C电梯可能先加速向下，接着匀速向
7、下，再减速向下，最后静止D电梯可能先加速向上，接着匀速向上，再减速向上，最后静止思路点拨(1)拉力大于重力处于超重状态，拉力小于重力处于失重状态。(2)超重时电梯可能向上加速运动，也可能向下减速运动。(3)失重时，电梯可能向下加速运动，也可能向上减速运动。解析题图中图像显示了力传感器对钩码的拉力大小随时间的变化情况。0t1，钩码受力平衡；t1t2，拉力小于10 N，钩码处于失重状态；t2t3，钩码受力平衡；t3t4，拉力大于10 N，钩码处于超重状态。由以上分析可知，D项错误。答案D关于超重、失重现象应注意的几个问题(1)物体超重和失重并不是物体的实际重力变大或变小，物体所受重力Gmg始终存在
8、，且大小方向不随运动状态变化。只是因为物体在竖直方向有加速度，从而使物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)大于或小于物体实际的重力。(2)由于物体处于地球上不同地理位置而使重力G值略有不同的现象不属于超重和失重现象。(3)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，比如物体对桌面无压力、浸在水中的物体不受浮力、液体对容器壁没有压强等。靠重力才能使用的仪器也不能再使用，如天平、液体气压计等。针对训练如图所示为游乐场中的一种大型游乐设施跳楼机，它可以使人体验超重和失重。参加游戏的游客被安全带固定在座椅上，跳楼机从静止开始经历加速、匀速、减速过程，将座椅提升到一定高度处，然后由静止释放，
9、落到一定位置时，制动系统启动，座椅做减速运动，到达某一高度时停下。在上述过程中，关于座椅上的人所处的状态，下列判断正确的是()A座椅在整个上升的过程中人都处于超重状态B座椅在减速上升的过程中人处于超重状态C座椅在整个下降的过程中人都处于失重状态D座椅在减速下降的过程中人处于超重状态解析：选D座椅在加速上升的过程中人都处于超重状态，在减速上升的过程中人的加速度的方向向下，处于失重状态，故A、B错误；在减速下降的过程中人所受重力小于座位对人向上的支持力，所以加速度向上，人处于超重状态，故C错误，D正确。用牛顿运动定律解决超重和失重问题问题探究找一条纸带，在纸带中间部位剪个小缺口，纸带的一端固定一重
10、物，另一端用手拿住，小心提起重物，这时纸带没有断；然后向上加速提起重物，纸带就断了。做一做，观察现象并说明出现这种现象的原因是什么。提示：当重物以加速度a向上运动时，重物受重力G和纸带的拉力T的作用，由牛顿第二定律知Tmgma，所以Tm(ga)，这时拉力大于重物所受的重力，当拉力达到纸带最大承受力时，纸带就断裂了。要点归纳1平衡、超重、失重、完全失重的比较状态加速度视重(F)与重力关系运动情况受力示意图平衡a0Fmg静止或匀速直线运动超重向上Fm(ga)mg向上加速或向下减速失重向下Fm(ga)mg(ag)向下加速或向上减速完全失重agF0自由落体运动、抛体运动、沿圆轨道运行的卫星2有关超重、
11、失重问题的分析方法求解此类问题的关键是确定物体加速度的大小和方向。首先应根据加速度方向判断物体处于超重状态还是失重状态，然后选加速度方向为正方向，分析物体的受力情况，利用牛顿第二定律进行求解。例题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，下列说法中正确的是(g取 10 cm/s2)()A电梯可能在加速上升，加速度大小为9 m/s2B电梯可能在加速下降，加速度大小为1 m/s2C电梯可能在减速上升，加速度大小为1 m/s2D电梯可能在减速下降，加速度大小为9 m/s2思路点拨小明的体重为50 kg，而他看到
12、体重计的示数为45 kg，可知他处于失重状态，则电梯有向下的加速度，由此来分析各个选项。解析小明的体重为50 kg，体重计的示数为45 kg，说明电梯有向下的加速度，失重，运动情况可能为向上减速或向下加速；小明受支持力和重力，由牛顿第二定律可知其加速度为a m/s21 m/s2，故B、C正确，A、D错误。答案 BC当物体运动的加速度不在竖直方向时，可以将加速度沿水平方向和竖直方向正交分解。(1)当物体有竖直向上的加速度分量ay时，物体即处于超重状态，且物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)超过物体实际重力的值为may。(2)当物体有竖直向下的加速度分量ay时，物体即处于失重状态，且物体对支持物
13、的压力(或对悬挂物的拉力)少于物体实际重力的值为may。 针对训练质量为60 kg的人在电梯里站在体重计上与电梯一起匀加速上升，电梯的加速度为 5 m/s2，则体重计的示数应为(g10 m/s2)()A60 kgB90 kgC65 kgD30 kg解析：选B当电梯静止时体重计示数为60 kg。当电梯以5 m/s2的加速度向上做匀加速运动时，对人根据牛顿第二定律，有FNmgma，解得FNm(ga)60(105)N900 N。由牛顿第三定律得知，人对体重计的压力大小为FNFN900 N，则体重计的示数为m kg90 kg，故B正确。1.如图所示为一物体随升降机由一楼竖直向上运动到某高层的过程中的v
14、t图像，则()A物体在02 s处于失重状态B物体在28 s处于超重状态C物体在810 s处于失重状态D由于物体的质量未知，所以无法判断超重、失重状态解析：选C从加速度的角度判断，由题意知02 s物体的加速度方向竖直向上，则物体处于超重状态；28 s物体的加速度为零，物体处于平衡状态；810 s物体的加速度方向竖直向下，则物体处于失重状态，故C正确。2.如图所示，一只小鸟刚飞落在一棵树枝上时，会随细树枝上下晃动，仅考虑竖直方向的运动，则小鸟从最低点运动到最高点的过程中()A一直处于超重状态B一直处于失重状态C先超重后失重D先失重后超重解析：选C小鸟竖直方向向上先做加速运动后做减速运动，加速度先向
15、上后向下，则该过程小鸟先处于超重状态，后处于失重状态。故A、B、D错误，C正确。3超重与失重是宇航员生活和工作中的两大难题。实际上，在我们的生活中也会遇到超重和失重现象。假如某同学家住10楼，那么，他从一楼开始坐电梯回家的过程中，体验到的将是()A先超重，后等重，再失重B先失重，后等重，再超重C一直超重D一直失重解析：选A上楼时，先向上加速，加速度方向向上，处于超重状态，再匀速，最后向上减速，加速度方向向下，处于失重状态，故A正确，B、C、D错误。4.(多选)“蹦极”是一项非常刺激的运动，某人身系弹性绳由高空P点自由下落，图中A点是弹性绳的原长位置，C点是人所能到达的最低点，B点是人静止悬吊着
16、时的平衡位置，人从P点落下到最低点C的过程中()A人在PA段做自由落体运动，处于完全失重状态B在AB段绳的拉力小于人的重力，人处于失重状态C在BC段绳的拉力小于人的重力，人处于失重状态D在C点，人的速度为0，其加速度为0解析：选AB在PA段绳还没有被拉直，人做自由落体运动，处于完全失重状态，所以A正确；在AB段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，处于失重状态，所以B正确；在BC段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，处于超重状态，所以C错误；在C点，绳的形变量最大，绳的拉力最大，人受到的合力向上，有向上的加速度，处于超重状态，所以D错误。5如图所示，一轻质弹簧上端固定在升降机的天花板上，下端挂一小球，在升降机匀速竖直下降过程中，小球相对于升降机静止，若升降机突然停止运动，设空气阻力可忽略不计，弹簧始终在弹性限度内，且小球不会与升降机的内壁接触，则小球在继续下降的过程中()A加速度逐渐减小，小球处于失重状态B加速度逐渐增大，小球处于超重状态C速度逐渐减小，小球处于失重状态D速度逐渐增大，小球处于超重状态解析：选B升降机突然停止，小球由于惯性继续向下运动，受到弹簧的拉力越来越大，小球加速度增大，拉力方向与其运动方向相反，故小球做减速运动，加速度方向向上，小球处于超重状态，故B正确，A、C、D错误。