2024-2025学年新教材高中物理第四章运动和力的关系6超重和失重学案新人教版必修1

PAGE9-6超重和失重学问点一重力的测量(1)“实重”：是指物体实际的重力，它不因物体运动状态的变更而变更；(2)“视重”：是指物体对弹簧测力计的拉力或对台秤的压力，它与物体的运动状态有关．学问点二超重和失重(1)超重：①定义：物体对水平支持物的压力(或对竖直悬挂物的拉力)大于物体所受的重力的现象．②产生条件：物体具有竖直向上的加速度．(2)失重：①定义：物体对水平支持物的压力(或对竖直悬挂物的拉力)小于物体所受重力的现象．②产生条件：物体具有竖直向下的加速度．(3)完全失重：①定义：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)等于零的现象．②产生条件：a＝g方向竖直向下．姚明某次跳起过程可分为下蹲、蹬地、离地上升、下落四个过程，如图所示．下列关于蹬地和离地上升两过程的说法中正确的是(设蹬地的力为恒力)(D)A．两过程中姚明都处于超重状态B．两过程中姚明都处于失重状态C．前过程为超重，后过程不超重也不失重D．前过程为超重，后过程为完全失重考点一对超重和失重现象的理解1．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、失重的分析提示：物体只要有向上的加速度就处于超重状态，只要有向下的加速度就处于失重状态，无论超重或失重，物体所受重力不变．【例1】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，体重计的读数是多少？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．【审题指导】eq\x(\a\al(推断加速度,方向))→eq\x(\a\al(列牛顿其次定,律方程))→eq\x(\a\al(F与mg大,小关系))【解析】人站在升降机中的体重计上，受力状况如图所示．(1)当升降机匀速上升时，由牛顿其次定律得F合＝FN－G＝0，所以人受到的支持力FN＝G＝mg＝600N.依据牛顿第三定律得人对体重计的压力就等于体重计的示数，即600N，处于平衡状态．(2)当升降机以3m/s2的加速度加速上升时，由牛顿其次定律得FN－G＝ma，FN＝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，由牛顿其次定律得G－FN＝ma，FN＝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失重状态总结提能推断超重、失重状态的方法物体原委处于超重状态还是失重状态，可用三个方法推断：(1)从受力的角度推断，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)从加速度的角度推断，当物体具有向上的加速度(包括斜向上)时处于超重状态，具有向下的加速度(包括斜向下)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)从运动的角度推断，当物体加速上升或减速下降时，物体处于超重状态，当物体加速下降或减速上升时，物体处于失重状态．一个质量为50kg的人站在升降机中的台秤上，随升降机在竖直方向上运动．台秤示数为400N，则升降机的运动状态为(g取10m/s2)(B)A．匀减速下降，a＝2m/s2B．匀加速下降，a＝2m/s2C．匀加速上升，a＝8m/s2D．匀减速上升，a＝8m/s2解析：人的重力G＝mg＝500N，视重F＝400N，由牛顿其次定律得mg－F＝ma，故a＝2m/s2，且方向向下，所以升降机的运动状态为匀加速下降或匀减速上升，只有选项B正确．考点二超重和失重的应用(1)重力是由于地球对物体的吸引而产生的，大小为G＝mg.只要物体所在的位置的重力加速度肯定，物体所受的重力就肯定．因此超重和失重仅仅是物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力发生变更．其实物体的重力依旧存在，且并不发生变更．(2)“超重”和“失重”由加速度的方向确定，与物体的速度方向无关．用牛顿运动定律分析试验现象时，我们并没有重点考虑物体的速度方向，而是着重把握物体加速度方向．当物体有竖直向上的加速度时超重，有竖直向下的加速度时失重，超重、失重与物体的运动方向无必定的关系．(3)在完全失重状态下(a＝g)平常一切由重力产生或与重力有关的物理现象均消逝．如物体在液体中不受浮力，天平无法测量物体的质量等．【例2】(多选)“蹦极”是一项特别刺激的体育运动，某人身系弹性绳自高空中P点由静止起先下落，如图所示，a点是弹性绳的原长位置，c点是人所能到达的最低位置，b点是人静止悬挂时的平衡位置，则在人从P点下落到c点的过程中()A．在Pa段，人做自由落体运动，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，加速度也为零【审题指导】解答本题时可按以下思路进行分析：【解析】人从P点下落到c点的过程中，在Pa段做自由落体运动，加速度为g，方向竖直向下；在ab段做加速度渐渐减小的加速运动，加速度方向向下；在bc段做加速度渐渐增大的减速运动，加速度方向向上．依据超重和失重的条件可知，选项A、B正确．【答案】AB总结提能区分“失重现象”和“超重现象”的关键是看物体在竖直方向的加速度：有竖直向上的加速度，是“超重现象”；有竖直向下的加速度，是“失重现象”．当物体具有a＝g且竖直向下的加速度时，物体处于“完全失重”状态，此时物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)为0.(多选)某人在地面上用弹簧测力计称得其体重为490N．他将弹簧测力计移至电梯内称其体重，t0至t3时间段内，弹簧测力计的示数如图(1)所示，电梯运行的v－t图象可能是图(2)中的(取电梯向上运动的方向为正)(AD)解析：从图可以看出，t0～t1时间内，该人的视重小于其重力，t1～t2时间内，视重正好等于其重力，而在t2～t3时间内，视重大于其重力．依据题中所设的正方向可知，t0～t1时间内，该人具有向下的加速度，t1～t2时间内，该人处于平衡状态，而在t2～t3时间内，该人则具有向上的加速度，所以可能的图象为A、D.1.如图所示，在一升降机中，物体A置于斜面上，当升降机处于静止状态时，物体A恰好静止不动．若升降机以加速度g竖直向下做匀加速运动时，以下关于物体受力的说法中正确的是(D)A．物体仍旧相对斜面静止，物体所受的各个力均不变B．因物体处于失重状态，所以物体不受任何力作用C．因物体处于失重状态，所以物体所受重力变为零，其他力不变D．物体处于失重状态，物体除了受到的重力不变以外，不受其他力的作用解析：当物体以加速度g向下做匀加速运动时，物体处于完全失重状态，其视重为零，因而支持物对其作用力亦为零；处于完全失重状态的物体，地球对它的引力即重力依旧存在．2.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，假设容器在下述运动过程中始终保持平动，且忽视空气阻力，则下列说法正确的是(D)A．容器自由下落时，小孔向下漏水B．将容器竖直抛出，向上运动时，小孔向下漏水；向下运动时，小孔不向下漏水C．将容器水平抛出，在运动过程中小孔向下漏水D．将容器斜向上抛出，在运动过程中小孔不向下漏水解析：无论容器自由下落还是向任何方向抛出，都处于完全失重状态，与重力有关的现象都将消逝．3．在电梯中，把一重物置于水平台秤上，台秤与力传感器相连，电梯先从静止加速上升，然后又匀速运动一段时间，最终停止运动；传感器的屏幕上显示出其所受的压力与时间的关系(FN－t)图象，如图所示，则：(1)电梯在启动阶段经验了4s加速上升过程．(2)电梯的最大加速度是多少？(g取10m/s2)答案：6.7m/s2解析：(1)由题图可知：电梯在启动阶段经验了4s加速上升过程．(2)由牛顿其次定律可知：FN－mg＝maam＝eq\f(FNm－mg,m)＝eq\f(50－30,3)m/s2≈6.7m/s2.4．一个质量是50kg的人站在升降机的地板上，升降机的顶端悬挂了一个弹簧测力计，弹簧测力计下面挂着一个质量为m＝5kg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40N，g取10m/s2，求此时人对地板的压力大小．解析：以A为探讨对象，对A进行受力分析如图所示，选向下的