新高中物理力学提升专题10超重与失重现象

/11新高中物理力学提升专题10超重与失重现象【专题概述】1.几个概念的了解：视重：定义：当物体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读数称为视重。视重大小等于弹簧测力计所受物体的拉力大小或台秤所受物体的压力。超重：定义：物体对支持我的压力（或对悬挂物的拉力）大于物体所受重力的现象。产生的条件：物体具有向上的加速度失重：定义：物体对支持我的压力（或对悬挂物的拉力）小于物体所受重力的现象。产生的条件：物体具有向下的加速度完全失重：定义：物体对支持我的压力（或对悬挂物的拉力）等于零的现象产生的条件：物体的加速度,且加速度方向向下。2、对超重、视重的理解（1）不论超重、失重或完全失重，物体的重力都不变，只是“视重“改变（2）物体是否处于超重或失重状态，不在于物体向上运动还是向下运动，而在于物体具有向上的加速度还是向下的加速度，这也是判断物体超重或失重的根本所在。加速度情况超重或失重视重不超重、不失重的方向向上超重的方向向下失重竖直向下完全失重【典例精讲】通过运动分析物体处于超重还是失重，并判断压力或拉力的大小典例一质量为的人站在电梯中，电梯减速上升，加速大小为号g为重力加速度.人对电梯底部的压力为2-32-3【答案】【解析】由于电梯减速上升，故加速度向下，对人受力分析，受到重力，地板支持力，N由牛顿第二定律：一=，即：-=1g解得：=jg根据牛顿第三定律，则人对电梯底部的压力为］g正确.典例一种巨型娱乐器械由升降机送到离地面的高处，然后让座舱自由落下.落到离地面高时，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=的铅球，取，试求：(1从)开始下落到最后着地经历的总时间．当座舱落到离地面的位置时，手对球的支持力是多大？当座舱落到离地面的位置时，球对手的压力是多大？【答案】(1)5s(2)0(3)125N【解析】口)由题意可知n座舱先自由下落in=75m—30m=45m由页得匕=%移=3三下落45m时的速度vi=gt3=30m*激速过程中的平均速至密=号=建及s激速时间号=§=2%总时闾t=ti+t=5e;⑵离地面充印时，座船自由下落，处于完全失重状态，所以手对球的支持力为零.0)由劭1=2出得，减速过程中加速度的大小3=15m/刊或a.=7T=15in;s2)根据牛顿第二定律：Fn—mE=ntia解得：Fn=125N根据牛顿第三定律可知，球对手的压力大小为N一典例3一个质量是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=的物体，当升降机向上运动时，人看到弹A簧测力计的示数为，如下图所示，取2求此时人对地板的压力.【答案】0方向竖直向下【解析】以A为研究对象，对息进行受力分析如下图所示.选向下的方向为正方向，由牛顿篦二定律可得irug-F=nua>再以人为研究对象，他受到向下的重力mg和地板的支持力Fn仍选向下的方向为正方向,.同样由牛顿第二定律可潺mg-FN=mi.a所以Fti=m3=50><10-T)N=400N则由牛顿第三定律可知，人对地板的压力大小为网0N,方向竖直向下典例4某同学设计了一个测量长距离电动扶梯加速度的实验，实验装置如图甲所示．将一电子健康秤置于水平的扶梯台阶上，实验员站在健康秤上相对健康秤静止．使电动扶梯由静止开始斜向上运动，整个运动过程可分为三个阶段，先加速、再匀速、最终减速停下.已知电动扶梯与水平方向夹角为37°.重力加速度取,ssin37°=.,cos37°=.某次测量的三个阶段中电子健康秤的示数随时间的变化关系，如图乙所示.

1画）出加速过程中实验员的受力示意图；求该次测量中实验员的质量m求该次测量中电动扶梯加速过程的加速度大小和减速过程的加速度大小【答案】（1画）出加速过程中实验员的受力示意图；求该次测量中实验员的质量m求该次测量中电动扶梯加速过程的加速度大小和减速过程的加速度大小【答案】（1）所以水平所以水平⑵3-8£电梯匀速运动,实验员受力平衡F—mg—604Isiti—60kgC3）加速阶段，对加速度分解如图所示对竖直方向，根据牛顿第二定律F—tng=maisin37°ii=|atL-'s2=（＞.56m/蟆同理限速时，根据牛顿第二定律mg—F'=nw3in37°a'="m/s2心0.42m/s2典例5在电梯中，把一重物置于台秤上，台秤与力的传感器相连，当电梯从静止起加速上升，然后又匀速运动一段时间，最后停止运动时，传感器的荧屏上显示出其受的压力与1）该物体的重力是多少？电梯在超重和失重时物体的重力是否变化？2）算出电梯在超重和失重时的最大加速度分别是多大？【答案】(1)3不0变N(2)62.6.767m2/ms/s【解析】⑴根据题意4s到居s物体随电梯一起匀速运动，有共点力平衡的条件知：压力和重力相等，即G=3QNy根据超重和失重的本质得：物体的重力不变⑵超重时：支持力最大为50K,由牛顿第二定律得咧=*=若型皿s』也167m/凡方向向上失重时：支持力最小为3。川，由牛顿第二定律得火=子=儿m用餐&67m/Q,方向向下'.【总结提升】、尽管物体的加速度不是竖直方向，但只要其加速度在竖直方向上有分量，物体就会出现超重或失重状态.当方向竖直向上有分量时，物体处于超重状态；当竖直方向向下有时，物体处于失重状态。、尽管整体没有竖直方向的加速度，但只要物体的一部分具有竖直方向的分加速度，整体也会出现超重或失重状态。、超重并不是说重力增加了，失重并不是说重力减小了，完全失重也不是说重力完全消失了。在发生这些现象时，物体的重力依然存在，且不发生变化，只是物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)发生变化、在完全失重的状态下，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、浸在水中的物体不再受浮力、液体柱不再产生向下的压强等【专练提升】质量是的人站在升降机中的体重计上，如下图所示.重力加速度取，当升降机做下列各种运动时，求体重计的示数匀)速上升．以的加速度加速上升.以的加速度加速下降.【答案】工解析】匀速上升时：由平衡条件得-由牛顿第三定律得：人对体重计压力为6既N,即体重计示数为比0N⑵加速上升时，由牛顿第二定律得：Fig—mg=mu,Fh2=mai=S4ON由牛顿第三定律得：人对体重计压力为即体重计示数为840N.⑶加速下降时，由牛顿第二定律得二mg—Fni=majfZFn3=tng—ui33=300由牛顿第三定律得：人对体重计压力为M*Z,即体重计示刿为非口n质量为的人站在升降机内的体重计上.若升降机由静止上升的过程中，体重计的示数随时间的变化关系如图所示，取求一内升降机的加速度大小；求时间内人上升的高度大小.【答案】(1)42m(/2s)600m【解析】CD由图象知"0-10K内体重计对人的支持力Fn=7[H)N.根据牛顿第二定律：Fw—mg=m心得：2=垦产=%泮皿^=4皿积(2)0—1。e内的位移为；xi=5ati=200m由图象知，10s-20s内体重计对人体的支持力Fm=500可，所以F=FNr-mg=0所以这段时向内升降机做匀速运动？故这段时间内的位移为融=虱/△=40。m故20s时间内大上升的高度x=X]+整=600m

小星家住十八楼，每天上学放学均要乘垂直升降电梯上下楼．上学时，在电梯里，开始他总觉得有种“飘飘然”的感觉，背的书包也感觉变“轻”了．快到楼底时，他总觉得自己有种“脚踏实地”的感觉，背的书包也似乎变“重”了．为了研究这种现象，小星在电梯里放了一台台秤如图所示．设小星的质量为50,梯里放了一台台秤如图所示．设小星的质量为50,取10求下列情况中台秤的示数．(1当电梯以=(当电梯以=(当电梯以=的加速度匀加速上升;的加速度匀减速上升;的加速度匀加速下降;(1当电梯以=(当电梯以=(当电梯以=的加速度匀加速上升;的加速度匀减速上升;的加速度匀加速下降;(当电梯以=的加速度匀减速下降；【答案】(1当600N(2当400N(3当400N(4当600【解析】(1当匀加速上升时，以人为研究对象，受力情况、加速度方向、速度方向如图所示．选向上为正方向．根据牛顿第二定律：得：:十=50X(10+=00由牛顿第三定律得，台秤的示数为600N.(2匀当减速上升时，以人为研究对象，人的受力情况、加速度方向、速度方向如图所示．选向下为正方向根据牛顿第二定律：g=得：=—=50X(10—=00由牛顿第三定律得，台秤的示数为400N(3匀)加速下降时，以人为研究对象，人的受力情况、加速度方向、速度方向如图所示，选向下为正方向,根据牛顿第二定律代卜有mg—FN3=ma.得:FNi=mg-ina=50^(10-2)N=4C0N由牛顿第三定律得，台秤的示赞[为4的N[4)为减速下降时，以人为研究对象，人的受力情况、加速度方向、速度方向如图所示,选向上为正方向，根据牛顿第二定律有I/苹、J【"I"Fm4—mg=aia得:Fn4=mg+ina=50^(10+2)N=600N由牛顿第三定律得，台秤的示型为6钝-4小明用台秤研究人在升降电梯中的超重与失重现象．他在地面上用台秤称得其体重为，再将台秤移至电梯内称其体重，电梯从=时由静止开始运动到=时停止，得到台秤的示数随时间变化的图象如图所示，取求：TOC\o"1-5"\h\z今性「eWI--r：：•⑶一：~2d”】M小明在〜内加速度的大小，并判断在这段时间内他处于超重还是失重状态；在〜内，台秤的示数3小明运动的总位移【答案】失重[解析】Q）由图象可知，在卜蝗s■内，台秤对小明的支持力B=450X由牛顿第二定律有nag-Fi=3i解得ai=1m好加速度方向竖直向下,故小明处于失重状态⑵设在L。〜U耳内小明的加速度为出，时间为乜。~2s的时间为口」则aiti=a3t3解得35=2m/■螟由牛顿第二定?律有邑一Hlg=1TL33解得F3=600N⑶。〜2e内位移Ki=5aiti=2m卫〜IGs内位移xj=aitib=l^m10—1.1s内位移X3=1a3^=1m小明运动的总位移x=x]+xj+x3=19m.如图所示，一细绳跨过装在天花板上的滑轮，细绳的一端悬挂一质量为的物体，另一端悬挂一载人的梯子，人的质量为，系统处于平衡状态.不计摩擦及滑轮与细绳的质量，要使天花板受滑轮的作用力为零，人应如何运动？的加速度向下加速运动【答案】人应以=的加速度向下加速运动【答案】人应以=【解析】要使天花板受力为零，须使细绳中的拉力为零，物体应做自由落体运动，故梯子应以加速度向上匀加速运动，人对梯子的作用力向上，人应向下加速运动.最初人梯系统处于平衡状态，即=+*电梯设人与梯子之间的相互作用力为，人向下的加速度为，对梯子运用牛顿第二定律梯一梯对人运用牛顿第二定律+=解得：=...故人应以=——的加速度向下加速运动，才能使天花板受力为零6在一种体验强烈失重、超重感觉的娱乐设施中，用电梯把乘有十多人的座舱，送到高的地方，让座舱自由落下，当落到离地面时制动系统开始启动，座舱匀减速运动到地面时刚好停止.若某人手中托着质量为的铅球进行这个游戏，取2问:当座舱落到离地面高度为的位置时，铅球对手的作用