【学与练】高中物理粤教2019版必修1：第4章6失重和超重学案

第六节失重和超重学习目标STSE情境导学1.知道超重和失重，理解产生超重、失重现象的条件.（重点）2.理解生活中的超重和失重现象，并能分析解决相关物理问题.（难点）火箭在发射过程中处于超重状态在自由向下俯冲的飞机舱内，物体处于完全失重状态知识点超重和失重1.几个概念.（1）超重：物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）大于物体所受重力的现象，称为超重现象.（2）失重：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，称为失重现象.（3）完全失重：如果物体对支持物、悬挂物完全没有作用力，这时物体正好以大小等于g、方向竖直向下的加速度运动，此时物体处于完全失重状态.2.判断物体超重与失重的方法.（1）从受力的角度判断.超重：物体所受向上的拉力（或支持力）大于（选填“大于”或“小于”）重力，即视重大于实重.失重：物体所受向上的拉力（或支持力）小于（选填“大于”或“小于”）重力，即视重小于实重.完全失重：物体对支持物（或悬挂物）的压力（或拉力）为零，即视重为零.（2）从加速度的角度判断.①当物体的加速度方向向上（选填“向上”或“向下”）[或竖直分量向上（选填“向上”或“向下”）]时，处于超重状态.根据牛顿第二定律：FN－mg＝ma，此时FN>mg，即处于超重状态.②当物体的加速度方向向下（选填“向上”或“向下”）[或竖直分量向下（选填“向上”或“向下”）]时，处于失重状态.根据牛顿第二定律：mg－FN＝ma，此时FN<mg，即处于失重状态.③当物体的加速度为g时，处于完全失重状态，根据牛顿第二定律：mg－FN＝ma，此时FN＝0，即a＝g.小试身手关于超重和失重，下列说法正确的是（）A.超重就是物体受的重力增加了B.失重就是物体受的重力减少了C.完全失重就是物体一点重力都没有了D.不论超重、失重，物体所受的重力是不变的答案：D探究一对超重和失重现象的理解1.实重与视重.实重：物体实际所受的重力.物体所受重力不会因物体运动状态的改变而变化.视重：当将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示数称为“视重”，大小等于弹簧测力计所受的拉力或台秤所受的压力.2.超重与失重仅仅是一种表象，所谓超重与失重，只是拉力（或支持力）的增大与减小，是视重的改变，物体的实重始终未变.3.超重和失重的条件.产生超重现象的条件：物体具有向上的加速度，即做加速上升或减速下降运动，与运动方向无关.产生失重现象的条件：物体具有向下的加速度，即做加速下降或减速上升运动，与运动方向无关.完全失重的条件：物体只在重力作用下运动，与运动方向无关.总结：超重与失重，全由a的方向决定，向上为超重，向下为失重.【典例1】2021年我国共发射火箭55枚，发射次数荣登世界第一.宇航员在火箭发射（如图）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：火箭加速上升时，加速度方向向上，根据牛顿第二定律可知宇航员受到的支持力大于自身的重力，宇航员处于超重状态，对座椅的压力大于自身重力，选项A正确，C错误；飞船落地前减速下落时，加速度方向向上，根据牛顿第二定律可知宇航员受到的支持力大于自身的重力，宇航员处于超重状态，选项B错误；火箭加速上升过程中加速度逐渐减小时，加速度方向向上，宇航员处于超重状态，选项D错误.答案：A判断超重和失重现象的三个技巧（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，物体处于超重状态；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，向下的加速度为重力加速度时处于完全失重状态.（3）从速度变化角度判断.①物体向上加速或向下减速时，超重；②物体向下加速或向上减速时，失重.1.如图所示，在教室里某同学在体重计上研究超重与失重.她由稳定的站姿变化到稳定的蹲姿称为“下蹲”过程，由稳定的蹲姿变化到稳定的站姿称为“起立”过程.关于她的实验现象，下列说法中正确的是（）A.只有“起立”过程，才能出现失重的现象B.只有“下蹲”过程，才能出现超重的现象C.“下蹲”的过程，先出现超重现象后出现失重现象D.“起立”“下蹲”的过程，都能出现超重和失重的现象解析：下蹲过程中，人先向下做加速运动，后向下做减速运动，所以先处于失重状态后处于超重状态；人从下蹲状态站起来的过程中，先向上做加速运动，后向上做减速运动，最后回到静止状态，人先处于超重状态后处于失重状态，故A、B、C错误，D正确.答案：D2.升降机里有一个用弹簧测力计悬挂着的重物，以下说法中正确的是（）A.弹簧测力计的示数在升降机下降时比上升时要小B.弹簧测力计的示数在升降机加速运动时比匀速运动时要小C.弹簧测力计的示数总等于重物对弹簧测力计的作用力大小D.不论升降机怎样运动，弹簧测力计的示数始终等于重物的重力解析：当升降机加速上升或减速下降时，处于超重状态，弹簧测力计的示数要比重物的重力大；当升降机减速上升或加速下降时，处于失重状态，弹簧测力计的示数要比重物的重力小；升降机匀速运动时，弹簧测力计的示数等于重物的重力，故A、B、D错误.根据牛顿第三定律可知弹簧测力计的示数总等于重物对弹簧测力计的作用力大小，故C正确.答案：C探究二对完全失重的理解1.完全失重是物体的视重为零，对支持物或悬挂物的压力或拉力为零.根据mg－FN＝ma知，当FN＝0时，a＝g，即处于完全失重的物体具有竖直向下、大小为g的加速度.2.发生完全失重现象时，与重力有关的一切现象都将消失.比如液体的压强、浮力将为零；水银压强计、天平将无法使用；摆钟停摆；弹簧测力计不能测重力等.3.只受重力作用的一切抛体运动，如我们学过的自由落体运动和竖直上抛、平抛、斜抛运动等，物体在空中只受重力的作用，其加速度等于g，物体都处于完全失重状态.【典例2】（多选）“蹦极”是一项非常刺激的体育运动.某人身系弹性绳自高空P点自由下落，图中a点是弹性绳的原长位置，c是人所到达的最低点，b是人静止地悬吊着时的平衡位置，人在从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，人的速度为零，其加速度为零解析：由于在b点时重力与绳的拉力平衡，则人在ab段重力与拉力的合力的方向向下，产生向下的加速度，则人处于失重状态，在bc段处于超重状态，在c点时速度为零，加速度不为零.答案：AB3.某同学找了一个用过的易拉罐，在靠近底部的侧面打了一个小孔，用手指按住小孔的同时往罐里装满水，然后将易拉罐向上抛出，运动过程中罐底始终向下，空气阻力不计.下列说法正确的是（）A.在易拉罐上升过程中，小孔中有水射出，水射出比罐静止时慢B.在易拉罐下降过程中，小孔中有水射出，水射出比罐静止时快C.在易拉罐上升、下降过程中，小孔中射出水的快慢都和罐静止时相同D.在易拉罐上升、下降过程中，水都不会从小孔中射出解析：将易拉罐竖直向上抛出后，由于空气阻力不计，易拉罐及水的加速度等于重力加速度，易拉罐处于完全失重状态，易拉罐中各层水之间没有压力，在整体过程中，水都不会从小孔射出，故A、B、C错误，D正确.答案：D探究三用牛顿运动定律分析超重和失重现象1.超重、失重的分析.项目加速度视重（F）与重力的关系运动情况受力图平衡a＝0F＝mg静止或匀速直线运动超重向上F＝m（g＋a）＞mg向上加速或向下减速失重向下F＝m（g－a）＜mg向下加速或向上减速完全失重向下a＝gF＝0抛体运动、自由落体运动、卫星的运动等2.求解超重与失重问题的基本思路.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.【典例3】在升降电梯内的地面上放一体重计，电梯静止时，晓敏站在体重计上，体重计的示数为50kg.电梯运动过程中，有一段时间内晓敏发现体重的计示数如图所示，在这段时间内，下列说法中正确的是（）A.晓敏所受的重力变小了B.晓敏对体重计的压力小于体重计对晓敏的支持力C.电梯一定在竖直向下运动D.电梯的加速度大小为eq\f(g,5)，方向一定竖直向下解析：体重计示数是40kg，示数小于体重，说明晓敏对体重计的压力小于重力，并不是体重变小，故A错误，晓敏对体重计的压力和体重计对晓敏的支持力是一对作用力与反作用力，大小相等，故B错误；电梯做向上的减速运动也会是失重状态，示数小于其重力，故C错误；以人为研究对象，有mg－FN＝ma，求得a＝eq\f(mg－FN,m)＝eq\f(50g－40g,50)＝eq\f(1,5)g，方向竖直向下，选项D正确.答案：D超重、失重问题是牛顿第二定律的应用，解决这类问题的方法与处理动力学两类问题的方法相同.4.小明在力传感器上完成“下蹲”和“站起”动作，计算机采集的图线如图所示.由图中信息可以判断（重力加速度g取10m/s2）（）A.小明的体重大约为70kgB.小明先完成“下蹲”动作，再完成“站起”动作C.“站起”过程一直处于超重状态D.整个过程的最大加速度约为4m/s2解析：开始时小明处于平衡状态，小明对传感器的压力是500N，则小明的重力约为500N，体重约为50kg，故A错误；小明下蹲动作分别有失重和超重两个过程，先是加速下降失重（小于自身重力），到达一个最大速度后再减速下降超重（大于自身重力），站起过程分别有超重和失重两个过程，先是加速上升超重（大于自身重力），到达一个最大速度后再减速上升失重（小于自身重力），由题图像可知，小明先完成“下蹲”动作，再完成“站起”动作，故B正确，C错误；由题图可知，小明对力传感器的最小压力约为200N，则最大加速度约为a＝eq\f(500－200,50)m/s2＝6m/s2，故D错误.答案：B5.一质量为m＝40kg的小孩子站在电梯内的体重计上.电梯从t＝0时刻由静止开始下降，在0～6s内体重计示数F的变化如图所示.试求：这段时间内电梯下降的高度（重力加速度g取10m/s2）.解析：由题图可知，在第一段时间0～1s内，t1＝1s，电梯向下匀加速运动，mg－F1＝ma1，解得a1＝2m/s2，电梯