1、55超重与失重1.认识超重与失重现象，知道产生超重、失重的条件(重点)2.会用牛顿运动定律分析超重、失重问题(重点、难点)3能够联系实际，探究与日常生活有关的物理问题什么是超重和失重1超重：物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)大于物体重力的现象叫做超重2失重：物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)小于物体重力的现象叫做失重3完全失重：物体以大小等于g的加速度竖直下落时，对悬挂物或支持物完全没有作用力的现象叫完全失重我们常听说宇航员在太空中处于完全失重状态，是说宇航员在太空中不受重力的作用吗？提示：宇航员在太空中处于完全失重状态，是指他不会对与他接触的物体产生正压力的作用，但是他仍然受重力的作
2、用，并且重力就是他受到的合外力对超重现象的理解学生用书P801对超重的理解(1)物体处于超重时地球对物体的引力并没有变化，即重力并没有发生变化，变化的只是物体受到的支持力或拉力，也就是我们所说的视重比原来大了(2)物体超重与运动状态的关系2超重现象的说明(1)当物体加速向上运动时，设物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)为F(即视重)，竖直方向上由牛顿第二定律得Fmgma，所以Fmgma.(2)物体不在竖直方向上运动，只要其加速度在竖直方向上有分量，即ay0时，则当ay方向竖直向上时，物体处于超重状态一质量为m的人站在电梯中，电梯减速下降，加速度大小为g，g为重力加速度，则人对电梯底部的压力为
3、多少？思路点拨 解此题按以下思维流程解析电梯减速下降，说明速度向下，但加速度向上，以人作为研究对象，分析受力如图，则由牛顿第二定律得：Nmgma，所以Nmgma.由牛顿第三定律得人对电梯底部的压力N为NNmgmamg.答案mg在超重现象中，物体所受的重力始终不变，只是测力计的示数(又称视重)发生了变化，好像物体的重力有所增大物体具有向上的加速度时，处于超重状态超重与物体的运动方向无关，所以在分析超重现象时，对加速度方向的分析是关键 1.一个站在升降机上的人，用弹簧测力计提着一条质量为1 kg的鱼，弹簧测力计的读数为12 N，该人的体重为750 N，则他对升降机底板的压力为(g取10 m/s2)
4、()A750 NB762 NC900 N D912 N解析：选D.1 kg的鱼的重力应为10 N，而弹簧测力计的拉力为12 N，可知鱼所受的合力F(1210) N2 N，由牛顿第二定律Fma，可知鱼此时的加速度为2 m/s2，方向向上，也表明升降机及升降机中的人正做加速度向上的运动将人和鱼看做一个整体可得N(Mm)g(Mm)a，N为地板对人向上的作用力，而人对地板的反作用力与N相等，方向向下，计算可得N912 N，故选D.对失重现象的理解学生用书P801对失重与完全失重的理解(1)物体处于失重和完全失重状态时，物体的重力并没有改变，改变的只是物体对水平支持面的压力或者对竖直悬绳的拉力(2)完全
5、失重状态不限于自由落体运动，物体只要具有竖直向下的大小等于重力加速度g的加速度，就处于完全失重状态(3)在完全失重状态下，由重力产生的一切现象都不存在了如物体对水平支持面没有压力，对竖直悬绳没有拉力；不能用天平测物体的质量；液柱不产生压强；浸没在液体中的物体不受浮力等(4)物体失重与运动状态的关系2失重分析当物体有向下的加速度时，由牛顿第二定律得：mgFma, 所以Fmgma可见：视重F比mg少ma，失去的部分可理解为使物体产生了向下的加速度，同时可看出，物体所受的重力也没变一个质量为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为mA5 kg的
6、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，如图所示，g取10 m/s2，求此时人对地板的压力思路点拨 解此题注意两点：(1)人、物体A、升降机三者具有相同的加速度(2)弹簧测力计示数与A的重力的关系解析依题意可知，弹簧测力计的读数为40 N，而物体A的重力GmAg50 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甲以A为研究对象，受力分析如图甲所示由牛顿第二定律得：mAgTmAa所以a m/s22 m/s2人的受力如图乙所示，由牛顿第二定律得MgNMa，所以NMgMa400 N由牛顿
7、第三定律可得，人对地板的压力为400 N，方向向下答案400 N向下在失重现象中，物体所受的重力始终不变物体具有向下的加速度时，处于失重状态，失重与物体的运动方向无关 上题中，人看到测力计的示数为零，则(1)此时人对地板的压力为多少？(2)升降机的运动情况可能是什么？解析：(1)测力计示数为零，表明物体A对悬挂物的拉力为零，此时应处于完全失重状态，ag，方向向下，故人对地板的压力也为零(2)人和升降机有相同加速度g，方向向下，升降机可能加速下降，也可能减速上升答案：(1)0(2)加速下降或减速上升超重与失重的综合应用学生用书P81超重和失重问题实质上就是牛顿第二定律应用的延续，解题时仍应抓住加
8、速度这个关键量具体方法是：1分析物体运动的加速度方向；2判断物体处于超重(或失重)状态；3利用牛顿第二定律分析和求解(多选)一人乘电梯上楼，在竖直上升过程中加速度a随时间t变化的图线如图所示，以竖直向上为a的正方向，则人对地板的压力()At2 s时最大Bt2 s时最小Ct8.5 s时最大Dt8.5 s时最小思路点拨 (1)04 s内物体处于超重状态，710 s内物体处于失重状态(2)竖直向上的加速度最大时，压力最大，竖直向下的加速度最大时，压力最小解析人受重力mg和支持力FN的作用，由牛顿第二定律得FNmgma.由牛顿第三定律得人对地板的压力大小为FNFNmgma，当t2 s时a有最大值，FN
9、最大当t8.5 s时，a有最小值，FN最小，选项A、D正确答案AD(1)不论物体处于超重还是失重状态，所受重力不变；(2)物体放到水中“变轻”，不是失重现象；(3)超、失重现象与速度方向无关，只与加速度方向有关 2.一质量为m40 kg的小孩在电梯内的体重计上，电梯从t0时刻由静止开始上升，在0到6 s内体重计示数F的变化如图所示试问：在这段时间内电梯上升的高度是多少？(取重力加速度g10 m/s2)解析：由题图可知，在t0到t12 s的时间内，体重计的示数440 N大于mg，故电梯应做向上的加速运动设这段时间内体重计作用于小孩的力为F1，电梯及小孩的加速度为a1，根据牛顿第二定律，得：F1m
10、gma1a1 m/s21 m/s2在这段时间内电梯上升的高度s1a1t122 m2 m在t12 s到t25 s的时间内，体重计的示数等于mg，故电梯应匀速上升运动，速度为t1时刻电梯的速度，即v1a1t112 m/s2 m/s在这段时间内电梯上升的高度s2v1(t2t1)2(52) m6 m在t25 s到t36 s的时间内，体重计的示数为320 N小于mg，故电梯应做减速上升运动设这段时间内体重计作用于小孩的力为F2，电梯及小孩的加速度为a2，由牛顿第二定律得：F2mgma2a2 m/s22 m/s2在这段时间内电梯上升的总高度s3v1(t3t2)a2(t3t2)22(65) m(2)(65)
11、2 m1 m电梯上升的总高度ss1s2s3(261) m9 m.答案：9 m随堂检测学生用书P821(多选)下面关于超重与失重的判断正确的是()A物体做变速运动时，必处于超重或失重状态B物体向下运动，必处于失重状态C做竖直上抛运动的物体，处于完全失重状态D物体斜向上做匀减速运动，处于失重状态解析：选CD.判断物体是否处于超重或失重状态，就是看物体有没有竖直方向的加速度若物体加速度向下，则处于失重状态若物体加速度向上，则处于超重状态A、B两项均未指明加速度方向，无法判定是否发生超重和失重C、D两项物体加速度均向下，故处于失重状态，C项中ag，故完全失重2.如图所示，A、B两物体叠放在一起，以相同
12、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物体所受到的重力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物体受到的重力解析：选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3.若货物随升降机运动的vt图像如图所示(竖直向上为正)，则货物受到升降机的支持力F与时间t关系的图像可能是() A B C D解析：选B.根据vt图像可
13、知电梯的运动情况：加速下降匀速下降减速下降加速上升匀速上升减速上升，根据牛顿第二定律Fmgma可判断支持力F的变化情况：失重等于重力超重超重等于重力失重，故选项B正确4质量是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？(取g10 m/s2)(1)升降机匀速上升；(2)升降机以4 m/s2的加速度加速上升；(3)升降机以5 m/s2的加速度加速下降解析：人站在升降机中的受力情况如图所示(1)当升降机匀速上升时，由平衡条件得：Nmg0所以，人受到的支持力Nmg6010 N600 N根据牛顿第三定律，人对体重计的压力即体重计的示数为600 N.(2)当升降机以
14、4 m/s2的加速度加速上升时，根据牛顿第二定律得Nmgma，Nmgma60(104) N840 N此时体重计的示数为840 N，人处于超重状态(3)当升降机以5 m/s2的加速度加速下降时，根据牛顿第二定律得mgNmaNmgma60(105) N300 N此时体重计的示数为300 N，人处于失重状态答案：(1)600 N(2)840 N(3)300 N课时作业学生用书P135(单独成册)一、单项选择题1近年来各类运动会取得的突出成绩极大地推动了全国健身运动，小军在校秋季运动会上跳过了1.8 m的高度，夺得了男子组跳高冠军则小军()A在下降过程中处于失重状态B在离地后的上升过程中处于超重状态C
15、起跳过程中，地面对他的平均支持力等于他的重力D起跳过程中，地面对他的平均支持力小于他的重力解析：选A.小军在上升过程中或下降过程中加速度方向均向下，加速度等于重力加速度，故处于完全失重状态，选项A正确，B错误起跳过程中，加速度向上，平均支持力大于重力，处于超重状态，故C、D错误2关于超重和失重，下列说法正确的是()A物体处于超重时，物体一定在上升B物体处于失重状态时，物体可能在上升C物体处于完全失重时，地球对它的引力就消失了D物体在完全失重时，它所受到的合外力为零解析：选B.物体处于超重时，具有向上的加速度，但其运动方向不确定，可能向上加速，也可能向下减速，选项A错误；物体处于失重或者是完全失
16、重状态时，具有向下的加速度，可能向下加速，也可能向上减速，选项B正确；完全失重时，物体仍受到地球对它的吸引力，即受到重力的作用，合外力不为零，选项C、D错误3.学校秋季运动会上，飞辉同学以背越式成功跳过了1.90 m，如图所示，则下列说法正确的是()A飞辉起跳时地面对她的支持力等于她的重力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解析：选C.起跳时，地面要给人一个向上的支持力，支持力的大小大于人的重力的大小，人才能够有向上的加速度，向上运动，所以飞辉起跳时地面对她的支持力大于她的重力，故A错误；起跳以后在上升过程，也是只受重力的作用，有
17、向下的重力加速度，处于完全失重状态，故B错误；下降过程中只受重力的作用，有向下的重力加速度，处于完全失重状态，故C正确；做竖直上抛运动的物体只受到重力的作用，此时受到的加速度为重力加速度g，所以处于完全失重状态，但人受到的重力不变，故D错误4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将容器竖直向下抛出，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.在容器自由
18、下落、竖直上抛，竖直下抛和斜向上抛出时，容器和水都具有重力加速度g，处于完全失重状态，水对容器底部没有压强，均不会从小孔流出，故D项正确5如图所示，一人站在电梯中的体重计上，随电梯一起运动下列各种情况中，体重计的示数最大的是()A电梯匀减速上升，加速度的大小为1.0 m/s2B电梯匀加速上升，加速度的大小为1.0 m/s2C电梯匀减速下降，加速度的大小为0.5 m/s2D电梯匀加速下降，加速度的大小为0.5 m/s2解析：选B.当电梯匀减速上升或匀加速下降时，电梯处于失重状态设人受到体重计的支持力为N，体重计示数大小即为人对体重计的压力N.由牛顿第二、第三定律可得：mgNmaNNm(ga)；当
19、电梯匀加速上升或匀减速下降时，电梯处于超重状态，设人受到体重计的支持力为N1，人对体重计的压力N1，由牛顿第二、第三定律可得N1mgmaN1N1m(ga)，代入具体数据可得B正确二、多项选择题6升降机的地板上放一个有盘的弹簧秤，盘中放一个质量为m的物体，当弹簧秤的示数为0.8mg时，升降机的运动情况可能是()A加速上升B加速下降C减速上升 D减速下降解析：选BC.弹簧秤的示数为0.8mg，表明物体对秤盘的压力小于重力，所以物体处于失重状态，物体和升降机有向下的加速度，故可能是加速下降，也可能是减速上升，故A、D错误，B、C正确7以加速度a匀加速上升的电梯中，有一个质量为m的木箱，则下列说法中正
20、确的是()A此箱对地球的引力为m(ga)B此箱对电梯的压力为m(ga)C此箱受到的重力为m(ga)D此箱的视重为m(ga)解析：选BD.木箱与电梯具有相同的加速度a，木箱所受合力为电梯的支持力与重力的合力，即Nmgma，故电梯对木箱的支持力为Nm(ga)木箱处于超重状态，木箱的视重为m(ga)，但木箱受到的重力不变，仍为mg，木箱对地球的引力大小也为mg.故本题选B、D.8国际空间站绕地球运动时，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验证阿基米德定律D用两个弹簧测力计验证牛顿第三定律解析：选AD.物体处于完全失重状态，与重力有关的
21、一切物理现象都消失了托里拆利实验用到了水银的压强，由于pgh与重力加速度g有关，故该实验不能完成；阿基米德定律中的浮力F浮gV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，弹簧测拉力与重力无关，故能完成的实验是A、D.9.某实验小组，利用DISC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
22、时刻t3到t4，钩码处于超重状态C电梯可能开始在15楼，一直向下做匀变速运动D电梯可能开始在1楼，先加速向上，接着匀速向上，再减速向上，最后停在15楼解析：选CD.题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，C、D项错误10.原来做匀速运动的升降机内，有一个被拉伸的弹簧拉住的物块A静止在底板上，如图所示，下列情形中可能发生的是()A如升降机向上做减速运动，物块被拉向右方B如升降机向上做加速运动，物块被推向左边C如升降机向下做减速运动
23、，物块不动D如升降机向下做加速运动，物块被拉向右方解析：选ACD.在匀速运动时，物块在水平方向受弹簧向右的拉力，能够在水平方向保持不动，说明物块受底板的摩擦力向左，与拉力平衡当压力增大时，底板能提供的静摩擦力的最大值将增加；当压力减小时，最大静摩擦力将减小，当该力小于弹簧的拉力时，物块受到的合力向右，将向右运动A、D两选项的加速度向下，即物块受到的支持力小于重力，是一种失重现象，这时的压力将比升降机匀速运动时小，从而导致最大静摩擦力减小，故物块可能向右运动而当升降机加速向上时，压力增大，导致最大静摩擦力增大，但静摩擦力只提供了弹簧拉力的平衡作用，它不会自行增大，故C对而B错三、非选择题11某人
24、在地面上最多能举起60 kg的物体，而在一个加速下降的电梯里最多能举起80 kg的物体求：(1)此电梯的加速度多大？(2)若电梯以此加速度上升，则此人在电梯里最多能举起物体的质量是多少？(g取10 m/s2)解析：(1)站在地面上的人，最大举力为Fm1g6010 N600 N.在加速下降的电梯内，人的最大举力F仍为600 N，由牛顿第二定律得m2gFm2a，所以加速度ag m/s22.5 m/s2.(2)在加速上升的电梯里，人的举力不变，同理得Fm3gm3a所以m3 kg48 kg.答案：(1)2.5 m/s2(2)48 kg12一种巨型娱乐器械由升降机送到离地面75 m的高处，然后让座舱自由
25、落下落到离地面30 m高时，制动系统开始启动，座舱均匀减速，到地面时刚好停下若座舱中某人用手托着m5 kg的铅球，取g10 m/s2，试求：(1)从开始下落到最后着地经历的总时间；(2)当座舱落到离地面35 m的位置时，手对球的支持力是多少？(3)当座舱落到离地面15 m的位置时，球对手的压力是多少？解析：(1)由题意可知，座舱先自由下落h175 m30 m45 m由h1gt得t1 3 s下落45 m时的速度v1gt130 m/s减速过程中的平均速度15 m/s减速时间t22 s总时间tt1t25 s.(2)离地面35 m时，座舱自由下落，处于完全失重状态，所以手对球的支持力为零(3)由v2gh12ah2得，减速过程中加速度的大小a15 m/s2根据牛顿第二定律：FNmgma解得：FN125 N根据牛顿第三定律可知，球对手的压力大小为125 N.答案：(1)5 s(2)0(3)125 N