1、第5节 超重与失重基础认知自主学习一、超重现象在乘竖直升降的电梯上楼时，电梯向上启动的瞬间大家都有“向下坠”的感觉，好像自己变重了，这是为什么呢？提示：电梯向上启动的瞬间，电梯里的人处于超重状态，电梯对人的支持力大于人的重力，使自己感觉好像变重了。1定义：物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)_物体所受重力的现象。2产生条件：物体具有_的加速度。3运动类型：超重物体做向上的_或向下的_。大于竖直向上加速运动减速运动二、失重现象太空中宇宙飞船里的宇航员，好像都有超能力，都能飘浮在空中，这是为什么？提示：宇宙飞船中的宇航员处于完全失重状态，所以会“飘浮”在空中。1定义：物体对悬挂物的拉力(或对支持
2、物的压力)_物体所受重力的现象。2产生条件：物体具有_的加速度。3运动类型：失重物体做向上的_或向下的_。4完全失重：(1)定义：物体对悬挂物的_(或对支持物的_)等于零的状态。(2)产生条件：物体竖直向下的加速度等于_。(3)所有的抛体运动，在不计阻力的情况下，都处于_状态。小于竖直向下减速运动加速运动拉力压力重力加速度完全失重某同学学习超重和失重现象后，总结出以下结论：弹簧测力计测量重力时其示数一定等于物体的重力大小。物体处于超重状态时，重力增大了。物体处于失重状态时，物体的重力没有变化。处于完全失重状态的物体不受重力作用。做自由落体的物体处于完全失重状态。你的判断：正确的结论有_。在运行
3、的电梯上，某同学站在台秤上突然看到自己的体重变大。思考：体重变大的原因是什么？人有加速度吗？什么方向？可能做什么运动？提示：人对支持面的压力变大。人有加速度，向上，可能加速上升或减速下降。能力形成合作探究一、认识超重和失重(物理观念相互作用观念)我们测量体重时，站在体重计上应保持什么状态？为什么要这样？提示：测体重时应保持静止状态。因为体重计的示数实际是人对体重计压力的大小，保持静止状态，人对体重计的压力大小等于人的重力。超重失重完全失重实验现象视重大于实际重力 视重小于实际重力视重等于零受力情况受到的支持力(拉力)大于重力受到的支持力(拉力)小于重力受到的支持力(拉力)等于 0运动情况加速度
4、竖直向上或有竖直向上分量加速度竖直向下或有竖直向下分量加速度大小为 g，方向竖直向下无论超重、失重还是完全失重，物体的重力没有发生改变。总结：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。【典例】(2021沈阳高一检测)2020 年 1 月 29 日，在意大利举行的国际跳高邀请赛中，中国选手张国伟凭借 2 米 27 高度夺冠，赢得 2020 赛季开门红！若不计空气阻力，对于运动员跳高过程的分析，下列说法正确的是()A.运动员起跳时地面对他的弹力大于他对地面的压力B.运动员起跳后在空中上升过程中处于失重状态C运动员跃杆后在空中下降过程中处于超
5、重状态D运动员落到软垫后一直做减速运动【解析】选 B。运动员起跳时地面对他的弹力与他对地面的压力是一对作用力与反作用力，大小相等，故 A 错误；运动员起跳后在空中上升过程中，加速度的方向向下，处于失重状态，故 B 正确；运动员跃杆后在空中下降过程中，他只受到重力的作用，加速度的方向向下，处于失重状态，故 C 错误；运动员落到软垫后，软垫对他的作用力先是小于重力，所以他仍然要做短暂的加速运动，之后才会减速，故 D 错误。1如图所示，体重为 G 的某同学站在体重计上向下蹲，在下蹲的过程中，体重计的示数 F 发生变化，则在一次完整的下蹲过程中，下列关于体重计的示数随时间变化的图像可能正确的是()【解
6、析】选 D。对人的运动过程分析可知，人下蹲的过程可以分成两段：人在加速下蹲的过程中，有向下的加速度，处于失重状态，此时人对体重计的压力小于人的重力的大小；在减速下蹲的过程中，加速度方向向上，处于超重状态，此时人对体重计的压力大于人的重力大小；故 A、B、C 错误，D 正确。2.如图，垂直电梯里有一个“轿厢”和一个“对重”，它们通过钢丝绳连接起来，驱动装置带动钢丝绳使“轿厢”和“对重”在竖直方向做上下运动。当“轿厢”向上做匀减速直线运动时()A电梯的“对重”处于失重状态B电梯的“对重”向下匀加速运动C钢丝绳的拉力等于“轿厢”的重力D钢丝绳的拉力小于“轿厢”的重力【解析】选 D。当“轿厢”向上做匀
7、减速运动时，“轿厢”加速度向下，处于失重状态，“对重”向下做匀减速运动，加速度向上，处于超重状态，“轿厢”失重，所以钢丝绳受到的拉力小于“轿厢”的重力，故 D 正确，A、B、C 错误。【规律方法】判断超重、失重状态的方法物体究竟处于超重状态还是失重状态，可用三个方法判断：(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)从运动的角度判断：当物体加速上升或减速下降时处于超重状态
8、，当物体加速下降或减速上升时处于失重状态，当物体做自由落体运动时完全失重。【拔高题组】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【解析】选 B、C。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，B 正确；在减速下落的过程中人受重力和座位对人向
9、上的支持力，做减速运动，所以加速度方向向上，人处于超重状态，故选项 C 正确，D 错误。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。运动员在空中的过程中，加速度总是等于竖直向下的重力加速度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 A 正确，B、C、D 错误。二、超重和失重现象的比较和应用(科学思维科学推理)观看我国航天员太空授课的视频，你会发现好多有趣的现象：悬浮于空中的圆形水球、不再摆动的单摆、飘来飘去的航天员等，这些现象是我们地球上无法体验
10、的，你知道这是为什么吗？提示：太空中的物体处于完全失重状态，由重力产生的所有物理现象都消失。比较项目加速度视重(F)与重力关系运动情况受力图平衡a0Fmg静止或匀速直线运动超重向上Fm(ga)mg向上加速，向下减速失重向下Fm(ga)mg(aN 甲，N乙N 乙BN甲N 甲，N乙N 乙CN甲N 乙DN甲N 甲，N乙m 球，故整体处于失重状态，台秤示数减小量为 Fm 水 am 球 a(m 水m 球)a，故 N甲m 水，故整体失重，乙台秤示数减少量为 Fm 球 am 水 a(m 球m 水)a，故 N乙FT，要使下滑时绳子不断，则运动员应该()A以较大的加速度加速下滑 B以较大的速度匀速下滑C以较小的
11、速度匀速下滑D以较小的加速度减速下滑【解析】选 A。下滑过程中运动员受重力和摩擦力，当运动员加速下滑时，合力方向向下，也就是说绳子给运动员的摩擦力小于重力，所以这时绳子承受较小的力，不容易被拉断，故选项 A 正确。【补偿训练】如图所示，载人飞船发射，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，宇航员处于超重状态B飞船落地前减速下落时，宇航员处于失重状态C火箭加速上升时，宇航员对座椅的压力小于自身重力D火箭加速上升过程中加速度逐渐减小时，宇航员处于失重状态【解析】选 A。火箭加速上升时，加速度方向向上，宇航员处于超重状态，宇航员对座椅的压力大
12、于自身重力，故 A 正确，C、D 错误；飞船落地前减速下落时，加速度向上，宇航员处于超重状态，故 B 错误。3(水平 2)2020 年 12 月 17 日，嫦娥五号的返回舱采用“打水漂”的技术来减速并成功着陆在预定区域。返回舱第一次进入大气层时减速下降到距离地面约 60 公里时，利用弓形激波让其加速向上跃起，弹出大气层之后再次进入大气层，实施二次减速，整个过程就像“打水漂”一样(如图)。返回舱在减速下降和加速跃起时分别处于()A.失重状态，超重状态B超重状态，失重状态C超重状态，超重状态D失重状态，失重状态【解析】选 C。返回舱减速下降即向下做减速运动，加速度方向向上，处于超重状态，返回舱加速
13、跃起即向上做加速运动，加速度方向向上，也处于超重状态，故选项 C 正确。4(水平 2)一个质量是 60 kg 的人站在升降机的地板上，升降机的顶部悬挂了一个弹簧测力计，弹簧测力计下面挂着一个质量为 m5 kg 的物体 A，当升降机向上运动时，他看到弹簧测力计的示数为 40 N，g 取 10 m/s2，求：(1)此时升降机的加速度大小；(2)此时人对地板的压力。【解析】(1)弹簧测力计的示数大小等于弹簧测力计对物体的拉力 T，对物体由牛顿第二定律可得：Tmgma解得：aTmgm405105 m/s22 m/s2物体加速度等于升降机加速度，故升降机加速度大小为 2 m/s2，方向竖直向下。(2)升降机的加速度等于人的加速度，设地板对人的支持力为 N，对人由牛顿第二定律可得：NMgMa解得：NMgMa6010 N60(2)N480 N。由牛顿第三定律可得人对地板的压力为 480 N。答案：(1)2 m/s2(2)480 N