第六节 失重和超重

第六节失重和超重核心素养导学物理观念(1)知道测量重力的两种方法。(2)知道失重、超重和完全失重现象及其产生条件。科学思维(1)会应用牛顿第二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。(2)了解失重和超重现象在各个领域的应用，解释生活中的失重和超重现象。科学探究(1)通过体验或者实验，认识失重和超重现象。(2)通过观察体重计示数的变化，理解失重和超重现象产生的条件。科学态度与责任(1)培养从实际情境中捕捉信息、发现问题并提出问题的能力。(2)培养用科学知识解释生活现象的能力，激发学习热情和兴趣。一、失重和超重现象1．体重计测体重的原理：当人静止在体重计上时，其重力的大小与体重计对他竖直向上的支持力的大小______。2．实验观察体重计示数的变化(1)人在体重计上迅速蹲下的过程中：示数先_____后_____。(2)人在体重计上迅速站起的过程中：示数先_____后_____。(3)体重计示数变化的实质：不是人质量的变化，也不是人重力的变化，而是人对体重计的_____的变化。相等减小增大增大减小压力3．失重和超重的定义(1)失重现象：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)______

物体所受的重力的现象。(2)超重现象：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)______

物体所受的重力的现象。(1)重力是地球对物体的吸引产生的，而质量是物质的基本属性。(2)重力与物体的位置和距地面的高度有关，而质量不随位置和运动状态的变化而变化。小于大于二、失重和超重现象产生的条件1．无论物体出现超重现象还是失重现象，都不是取决于______的方向，而是取决于________的方向。2．当物体加速上升或减速下降时，即有向上的加速度时，物体出现______现象。3．当物体加速下降或减速上升时，即有向下的加速度时，物体出现______现象。三、失重和超重现象的解释完全失重现象1．失重现象：物体具有向下的加速度a，则G－T＝ma，可得：T＝G－ma。2．超重现象：物体具有向上的加速度a，则T－G＝ma，可得：T＝G＋ma。速度加速度超重失重3．完全失重现象(1)定义：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)为零的现象，是失重现象中的极限。(2)微重力状态：接近完全失重的状态。(3)完全失重状态实例：当航天器进入太空后，其中的人和物体则处于_________状态。完全失重1．如图所示为运动员在跳远比赛中的照片。请对以下结论作出判断：(1)运动员起跳时地面对运动员的支持力大于运动员的重力。

()(2)运动员腾空过程中处于平衡状态。

()(3)运动员落地时处于超重状态。

()(4)运动员与地面接触时地面对运动员的支持力始终等于运动员的重力。

()√×√×2．在乘用竖直升降电梯上下楼时，你是否有这样的感觉：在电梯上升时，开始时觉得自己有“向下坠”的感觉，好像自己变重了，快到目的楼层时又觉得自己有“向上飘”的感觉，好像自己变轻了。下楼时，在电梯下降时，开始觉得有种“向上飘”的感觉，背的书包也感觉变“轻”了，快到目的楼层时，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楼层减速运动时加速度方向如何？人处于超重还是失重状态？(3)电梯下降启动的瞬间和到达目的楼层前减速运动时，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。新知学习(一)|对超重、失重现象的理解[任务驱动]

现用弹簧测力计测一物体所受重力。(1)突然向上加速，弹簧测力计的示数如何变化？(2)突然向下加速，弹簧测力计的示数如何变化？(3)若将弹簧测力计和物体一起释放，弹簧测力计的示数如何变化？提示：(1)变大。(2)变小。(3)变为零。[重点释解]1．视重：当物体挂在弹簧测力计下或放在水平台式弹簧秤上时，弹簧测力计或台式弹簧秤的示数称为视重，其大小等于弹簧测力计所受物体的拉力或台式弹簧秤所受物体的压力。2．对超重、失重和完全失重的认识

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)等于零运动情况加速度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3．对超重和失重现象的理解(1)物体处于超重或失重状态时，物体所受的重力始终不变，只是物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力发生了变化，看起来物重好像有所增大或减小。(2)发生超重或失重现象与物体的速度方向无关，只取决于物体加速度的方向。[针对训练]1．关于超重和失重，下列说法正确的是

(

)A．物体处于失重状态时，所受重力减小；处于超重状态时，所受重力增大B．站在减速下降的升降机中的人处于失重状态C．被踢出去的足球(不计空气阻力)在飞行过程中处于失重状态D．举重运动员双手举住杠铃不动时处于超重状态解析：加速度方向向下，物体处于失重状态，加速度方向向上，物体处于超重状态，超重和失重并非物体的重力增大或减小，而是使悬挂物(或支持面)的弹力增大或减小，A错误；站在减速下降的升降机中的人，其加速度方向竖直向上，即处于超重状态，B错误；被踢出去的足球在飞行过程中只受到重力作用，其加速度为重力加速度g，故其处于完全失重状态，C正确；举重运动员双手举住杠铃不动时，处于平衡状态，加速度为零，D错误。答案：C

2．(多选)某同学乘坐电梯时，突然感到背上的背包变轻了，这一现象表明

(

)A．电梯可能在减速上升B．该同学处于失重状态C．电梯的加速度方向向上D．该同学对电梯地板的压力大于地板对该同学的支持力解析：突然感到背上的背包变轻了，所以人和背包处于失重状态，则电梯的加速度的方向向下，电梯可能向下加速运动，也可能向上减速运动，故A、B正确，C错误；该同学对电梯地板的压力和地板对该同学的支持力是作用力与反作用力，总是大小相等，方向相反，故D错误。答案：AB

3．如图所示，小孩在蹦床上沿竖直方向蹦跳，对其从最低点到

离开床面的过程，下列说法正确的是

(

)A．小孩一直处于超重状态B．小孩一直处于失重状态C．小孩会经历先超重后失重的过程D．小孩刚离开蹦床时的速度最大解析：开始小孩受到的弹力大于重力，向上加速，小孩处于超重状态；当小孩受到的弹力小于重力时，向上减速，小孩处于失重状态，小孩经历先超重后失重的过程，故A、B错误，C正确；当小孩所受弹力等于重力时，加速度为零，速度最大，故D错误。答案：C

新知学习(二)|超重和失重现象的比较和应用[活动探究]质量为m的人，站在置于电梯地板的体重计上，和电梯一起以大小为a的加速度加速下降，则(1)体重计的示数为多大？(2)若电梯向下加速下降的加速度大小a＝g，体重计的示数又是多大？[解析]

(1)取向下为正方向，由牛顿第二定律得：mg－F＝ma，得F＝mg－ma，由牛顿第三定律可得，人对体重计的压力大小为F′＝F＝mg－ma。即体重计的示数为mg－ma。(2)由牛顿第二定律得：mg－F＝ma，又a＝g，可得F＝0，由牛顿第三定律可知，体重计示数F′＝F＝0。[答案]

(1)mg－ma

(2)0[系统归纳]1．平衡、超重、失重、完全失重状态的比较续表2．超重和失重的判断方法[特别提醒]在完全失重状态下：(1)平常由重力产生的一切物理现象都会消失。例如：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。(2)工作原理与重力有关的仪器也不能使用。例如：天平、液体气压计等。注意弹簧测力计不能测量重力，但可以测量拉力。[针对训练]1．(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50kg，若电梯在竖直方向运动过程中，他看到体重计的示数为45kg，取重力加速度g＝10m/s2。下面说法中正确是

(

)A．电梯可能在加速上升，加速度大小为9m/s2B．电梯可能在加速下降，加速度大小为1m/s2C．电梯可能在减速上升，加速度大小为1m/s2D．电梯可能在减速下降，加速度大小为9m/s2答案：BC

2．质量为60kg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(示数为力的大小)的示数是多少？处于什么状态？(g取10m/s2)(1)升降机匀速上升。(2)升降机以3m/s2的加速度加速上升。(3)升降机以4m/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F合＝FN1－G＝0，所以人受到的支持力FN1＝G＝mg＝600N。根据牛顿第三定律得人对体重计的压力大小就等于体重计的示数，即600N，人处于平衡状态。(2)当升降机以3m/s2的加速度加速上升时，由牛顿第二定律得FN2－G＝ma，FN2＝ma＋G＝m(g＋a)＝780N，由牛顿第三定律得，此时体重计的示数为780N，大于人的重力，人处于超重状态。(3)当升降机以4m/s2的加速度加速下降时，由牛顿第二定律得G－FN3＝ma，FN3＝G－ma＝m(g－a)＝360N，由牛顿第三定律得此时体重计的示数为360N，小于人的重力600N，人处于失重状态。答案：(1)600N

平衡状态(2)780N超重状态(3)360N失重状态新知学习(三)|超重、失重现象的图像问题[典例体验][典例]如图所示为阿联酋迪拜哈利法塔，又称“迪拜塔”，塔高828m，为世界第一高楼。楼层总数162层，配备56部电梯，最高速可达17.4m/s。游客乘坐观光电梯大约1min就可以到达观光平台。若电梯简化成只受重力与绳索拉力，已知电梯在t＝0时由静止开始上升，其加速度a与时间t的关系如图所示。下列相关说法正确的是

(

)A．t＝6s时，电梯处于失重状态B．7～53s时间内，绳索拉力最小C．t＝59s时，电梯处于超重状态D．t＝60s时，电梯速度恰好为0[解析]

根据a-t图像可知当t＝6s时，电梯的加速度向上，电梯处于超重状态，故A错误；53～55s时间内，加速度的方向向下，电梯处于失重状态，绳索的拉力小于重力；而7～53s时间内，a＝0，电梯处于平衡状态，绳索拉力等于电梯的重力，大于电梯失重时绳索的拉力，所以这段时间内绳索拉力不是最小，故B错误；t＝59s时，电梯减速向上运动，a＜0，加速度方向向下，电梯处于失重状态，故C错误；根据a-t图像与坐标轴所围的面积表示速度的变化量，由几何知识可知，60s内a-t图像与坐标轴所围的面积代数和为0，所以速度的变化量为0，而电梯的初速度为0，所以t＝60s时，电梯速度恰好为0，故D正确。[答案]

D[系统归纳]超重和失重现象的图像问题的分析方法(1)通过读取图像信息，获取不同阶段的受力情况，特别是和重力大小相比较。(2)分别构建匀变速直线运动或匀速直线运动模型，利用牛顿第二定律求解不同阶段的加速度。[针对训练]1．(多选)一位乘客乘坐竖直电梯上楼，电梯的位移大小s与

时间t的关系图像如图所示。下列说法正确的是

(

)A．0～t1时间内，乘客处于超重状态B．t1～t2时间内，乘客处于失重状态C．t2～t3时间内，乘客处于失重状态D．t3～t4时间内，乘客处于超重状态解析：因为s-t图像的斜率等于速度，则0～t1时间内，电梯速度向上增加，则加速度向上，乘客处于超重状态，A正确；t1～t2时间内，电梯匀速上升，则加速度为零，乘客处于平衡状态，B错误；t2～t3时间内，电梯速度向上减速，则加速度向下，乘客处于失重状态，C正确；t3～t4时间内，电梯静止，乘客处于平衡状态，D错误。答案：AC

2．(2022·广东1月学考)小红乘电梯从顶楼下降至一楼，此过程中的v-t图像如图所示，关于小红的运动状态，下列说法正确的是

(

)A．0～3s内的加速度大小为3m/s2B．8～11s内的加速度大小为1m/s2C．在0～3s内处于超重状态D．在8～11s内处于失重状态答案：B

3．(2022·阳江高一检测)(多选)某同学用手机的加速度传感器测量了电梯运行过程中的加速度，得到了图1所示的图线(规定竖直向上为正方向)，为了简化问题研究，将图线简化为图2所示的图像。已知t＝0时电梯处于静止状态，则以下判断正确的是

(

)A．t＝5s时电梯处于超重状态B．8～9s内电梯在做减速运动C．10～15s内电梯在下行D．17～20s内电梯在上行解析：t＝5s时加速度方向向上，则电梯处于超重状态，A正确；8～9s内电梯的加速度为正，则电梯在加速上行，B错误；10～15s内电梯的加速度为零，则电梯在匀速上行，C错误；17～20s内电梯的加速度向下，则电梯在减速上行，D正确。答案：AD一、好素材分享——看其他教材如何落实核心素养

物理观念——完全失重状态下的物理现象1．(选自教科版新教材“活动”)如图所示，把矿泉水瓶的上部挖

一个小孔，下部挖几个小孔，装入水后，水将射出来。用手把

上部的小孔堵住时，下部小孔的水不能流出。松开手使瓶子从高处自由下落，可以发现下落过程中水不流出。做一做并解释其原因。提示：瓶子从高处自由下落时，水处于完全失重状态，不会对瓶子底部及侧面产生压力，故小孔处不会有水流出。

科学思维——生活中的超重和失重2．(选自鲁科版教材课后练习)如图所示，用一根绳子提一桶水，桶和桶

中水的总质量为5kg。假定绳子能够承受的最大拉力为52.5N，取

重力加速度g＝9.8m/s2，若将水桶从静止开始以1.5m/s2的加速度

匀加速提起，请通过计算说明绳子是否会断开。提示：取竖直向上为正方向，水桶受到竖直向上的拉力F，竖直向下的重力mg作用，由牛顿第二定律得：F－mg＝ma。解得F＝m(g＋a)＝56.5N＞52.5N，故提水桶的绳子会断开。

科学态度与责任——航天器中的超重和失重3．(选自鲁科版新教材“科学书屋”)航天器加速升空和减速返回地面时，其上的一切物体都会处于超重状态。如果航天员站立或坐着，在超重情况下，会出现足部血压升高、头部供血不足等现象，轻则引起视觉障碍，重则发生晕厥。因此，航天员应平躺于座椅上(如图甲)，这样可减轻超重对人体的影响。航天器进入轨道后，所有物体都近似处于完全失重状态。观看我国航天员王亚平进行太空授课的视频，你会发现若干失重现象：悬浮于空中的圆形水球(如图乙)、不断转圈的单摆、飘来飘去的航天员等。这些都是我们在地面上无法体验到的完全失重现象。二、新题目精选——品立意深处所蕴含的核心价值1．