資源簡介

6. 超重和失重
01【學情銜接】
已經學習知道的知識 銜接問題 將要達成的核心目標
1.重力G=mg，牛頓第二定律F=ma。 2.向上減速時，加速度方向向下；向下減速時，加速度方向向上。 3.作用力與反作用力大小相等，大小相等、方向相反。 超重、失重現象→超重、失重概念、條件、實質及解釋 超重、失重特征→超重、失重分析 1.認識什么是超重和失重現象，知道產生超重和失重的條件。 2. 能根據加速度的方向, 運用牛頓第二定律，判別、分析、解釋物體的超重和失重現象。 3.了解失重現象在現代科學技術中的應用。
02【銜接講解】
一、超重、失重現象→超重、失重概念、條件、實質及解釋
我們乘坐電梯從底層上樓時會有這樣的感覺,啟動時覺得自己突然“變重”,快到時又感覺自己“變輕”了。這是因為自身的重力在同一個地點是否發生變化了嗎
不是，這是超重、失重現象。
1.超重
(1)定義：物體對水平支持物的壓力(或對豎直懸掛物的拉力)大于物體所受重力的現象．
(2)產生條件：物體具有向上的加速度．
2.失重
(1)定義：物體對水平支持物的壓力(或對豎直懸掛物的拉力)小于物體所受重力的現象．
(2)產生條件：物體具有向下的加速度．
3.完全失重
（1）定義：物體對支持物的壓力(或對懸掛物的拉力)等于零的狀態．
（2）產生條件：a＝g，方向豎直向下．
4.解釋：
（1）當物體有向上的加速度a時，據牛頓第二定理有：F－mg＝ma，即F＝m(g+a)>mg，即超重了；
（2）當物體有向下的加速度a時，據牛頓第二定理有：mg－F＝ma，即F＝m(g－a)當向下的a＝g時，F＝0，即完全失重了。
（3）超重或失重多少由m、a共同決定，大小為ma。
5.決定因素：
超重或失重，決定于物體加速度的方向，與速度方向無關。向上加速或向下減速時均處于超重狀態；向下加速或向上減速時均處于失重狀態。
二、超重、失重特征→超重、失重分析
1.實重與視重
(1)實重：物體實際所受重力．物體所受重力不會因為物體運動狀態的改變而變化．
(2)視重：用彈簧測力計或臺秤來測量物體重力時，彈簧測力計或臺秤的示數叫做物體的視重．當物體與彈簧測力計保持靜止或者勻速運動時，視重等于實重；當存在豎直方向的加速度時，視重不再等于實重．
2.對超重、失重現象理解的兩點注意：
（1）超重、失重的實質：物體所受重力沒有變化，只是與平衡時相比，對支持物的壓力或對懸掛物的拉力大小不再等于物體的重力了，或者說視重發生了變化。
（2）若物體不在豎直方向上運動，但只要其加速度在豎直方向上有分量，即ay≠0，即當ay的方向豎直向上時，物體處于超重狀態；當ay的方向豎直向下時，物體處于失重狀態．
3.在完全失重狀態下，通常由重力產生的一切物理現象都會完全消失，比如物體對桌面無壓力，單擺停止擺動，浸在水中的物體不受浮力等。靠重力才能使用的儀器，也不能再使用，如天平、液體氣壓計等。
03【典例分析】
【類型一】對超重、失重的理解
【例1】為了研究超重與失重現象，某同學把一體重計放在電梯的地板上，將一質量為45 kg的物體放在體重計上隨電梯運動并觀察體重計示數的變化情況。下表記錄了幾個特定時刻體重計的示數(表內時間不表示先后順序)：
時間 t0 t1 t2 t3
體重計示數(kg) 45.0 50.0 40.0 45.0
若已知t0時刻電梯靜止，則 (　　)
A．t1和t2時刻電梯的加速度方向一定相反
B．t1和t2時刻物體的質量并沒有發生變化，但所受重力發生了變化
C．t1和t2時刻電梯運動的加速度大小相等，運動方向一定相反
D．t3時刻電梯可能向上運動
【解析】由超重和失重的物理意義可知，當物體的加速度向上時，支持力N大于重力G，發生超重現象；當物體的加速度向下時，支持力N小于重力G，發生失重現象。可見發生超重和失重時，物體的重力G并沒有發生變化，但加速度方向相反，A正確，B錯誤。由表中數據知，t1時刻超重，t2時刻失重，t3時刻仍為重力，但t3時刻電梯可能是勻速運動，也可能處于靜止。
【答案】AD
【反思與感悟】(1)判斷超重、失重的標準是看加速度的方向，若加速度向上則物體一定超重，若加速度向下則物體一定失重；反之若物體超重，則加速度一定向上，若物體失重，則加速度一定向下。(2)物體超重或失重狀態下的運動方向不確定，可以向上運動，也可以向下運動。
【類型二】彎曲失重及相關問題
【例2】(多選)“神舟十號”繞地球運動時，里面所有物體都處于完全失重狀態，則在其中可以完成下列哪個實驗(　　)
A．水銀溫度計測量溫度
B．做托里拆利實驗
C．驗證阿基米德原理
D．用兩個彈簧測力計驗證牛頓第三定律
【解析】物體處于完全失重狀態，與重力有關的一切物理現象都消失了．托里拆利實驗用到了水銀的壓強，由于p＝ρgh與重力加速度g有關，故該實驗不能完成；阿基米德原理中的浮力F＝ρgV排也與重力加速度g有關，故該實驗也不能完成；水銀溫度計測溫度利用了液體的熱脹冷縮原理，彈簧測力計測拉力與重力無關．故能完成的實驗是A、D.
【答案】AD
【反思與感悟】完全失重現象其實很多，如自由落體、豎直上拋、斜拋出去的物體，不計空氣阻力時的運動就處于完全失重狀態，在科研、工業上有時也很需要完全失重的環境。需要注意的是衛星中的完全失重的與此處原理略有不同，期待以后的學習吧。
【類型三】超重、失重的計算
【例3】在電梯中，把一重物置于臺秤上，臺秤與壓力傳感器相連，電梯由靜止開始豎直上升的過程中，傳感器所受的壓力與時間的關系(F－t)圖像如圖3－6－2所示，取g＝10 m/s2，由圖像可知：
(1)電梯減速上升過程經歷的時間是________ s；
(2)重物的質量是________ kg；
(3)電梯的最大加速度是________ m/s2。
【解析】(1)由F－t圖像可知，t＝0時刻，F＝30 N，即重物的重力為30 N，電梯先加速再勻速后減速運動，減速上升階段F小于重力，因此10～14 s為減速過程，減速時間為4 s。
(2)由G＝mg＝30 N，得m＝＝3 kg。
(3)加速過程中，當F最大時，加速度最大，其最大值為a1＝＝ m/s2＝ m/s2；電梯減速過程中，當F最小時，加速度最大，其最大值a2＝＝ m/s2＝5 m/s2，故電梯運動過程中的最大加速度為5 m/s2。
【答案】答案：(1)4　(2)3　(3)5
【反思與感悟】通過F－t圖像分析超重、失重現象的步驟：(1)分析有關超重、失重現象的圖像問題時，通過讀取圖像信息，獲取不同階段的受力情況，特別是和重力大小相比較；(2)分別構建勻變速直線運動或勻速直線運動模型，利用牛頓第二定律求解不同階段的加速度；(3)利用直線運動的規律求解相關的物理量。
解答超重、失重問題的步驟：（1）明確題意，確定研究對象。（2）對研究對象受力分析和運動情況的分析。（3）確定加速度的方向。（4）根據牛頓第二定律列式求解。
04【自測練習】
【基礎訓練】
1．關于超重和失重，下列說法中正確的是(　　)
A．超重就是物體所受的重力增大了，失重就是物體所受的重力減小了
B．物體做自由落體運動時處于完全失重狀態，所以做自由落體運動的物體不受重力作用
C．物體具有向上的速度時處于超重狀態，物體具有向下的速度時處于失重狀態
D．物體處于超重或失重狀態時，物體的重力始終存在且不發生變化
2．下列說法正確的是(　　)
A．體操運動員雙手握住單杠吊在空中不動時處于失重狀態
B．蹦床運動員在空中上升和下落過程中都處于失重狀態
C．舉重運動員在舉起杠鈴后不動的那段時間內處于超重狀態
D．游泳運動員仰臥在水面靜止不動時處于失重狀態
3.在升降電梯內的地板上放一體重計，電梯靜止時，曉敏同學站在體重計上，體重計示數為50 kg，電梯運動過程中，某一段時間內曉敏同學發現體重計示數如圖所示，在這段時間內，下列說法中正確的是(　　)
A．曉敏同學所受的重力變小了
B．曉敏對體重計的壓力小于體重計對曉敏的支持力
C．電梯一定在豎直向下運動
D．電梯的加速度大小為g/5，方向一定豎直向下
4.如圖所示，A、B兩物體疊放在一起，以相同的初速度上拋(不計空氣阻力)．下列說法正確的是(　　)
A．在上升和下降過程中A對B的壓力一定為零
B．上升過程中A對B的壓力大于A物體受到的重力
C．下降過程中A對B的壓力大于A物體受到的重力
D．在上升和下降過程中A對B的壓力等于A物體受到的重力
5．一個質量50 kg的人站在升降機的地板上，升降機的頂部懸掛了一只彈簧測力計，彈簧測力計下面掛著一個質量mA＝5 kg的物體A，當升降機向上運動時，人看到彈簧測力計的示數為40 N，如圖3 6 9所示，g取10 m/s2，求此時人對地板的壓力．
【提升訓練】
6．幾位同學為了探究電梯啟動和制動時的運動狀態變化情況，他們將體重計放在電梯中，一位同學站在體重計上，然后乘坐電梯從1層直接到10層，之后又從10層直接回到1層．他們用照相機進行了相關記錄，如圖所示．圖1為電梯靜止時體重計的照片．圖2、圖3、圖4和圖5分別為電梯運動過程中體重計的照片．下列說法正確的是(　　)
A．根據圖2推斷電梯一定處于加速上升過程，電梯內同學可能處于超重狀態
B．根據圖3推斷電梯一定處于減速下降過程，電梯內同學可能處于失重狀態
C．根據圖4推斷電梯可能處于減速上升過程，電梯內同學一定處于失重狀態
D．根據圖5推斷電梯可能處于減速下降過程，電梯內同學一定處于超重狀態
7．(多選)(2015·江蘇高考)一人乘電梯上樓，在豎直上升過程中加速度a隨時間t變化的圖線如圖所示，以豎直向上為a的正方向，則人對地板的壓力(　　)
A．t＝2 s時最大　　B．t＝2 s時最小
C．t＝8.5 s時最大 D．t＝8.5 s時最小
【參考答案】
1【答案】D【解析】物體具有向上的加速度時處于超重狀態，具有向下的加速度時處于失重狀態，超重和失重并非物體的重力發生變化，而是物體對支持物的壓力或對懸掛物的拉力發生了變化，綜上所述，A、B、C均錯，D正確．
2【答案】B【解析】從受力上看，失重物體所受合外力向下，超重物體所受合外力向上；從加速度上看，失重物體的加速度向下，而超重物體的加速度向上．A、C、D中的各運動員所受合外力為零，加速度為零，只有B中的運動員處于失重狀態．
3【答案】D【解析】由題知這段時間內體重計的示數為40 kg時，人對體重計的壓力小于人的重力，故處于失重狀態，實際人受到的重力并沒有變化，A錯；由牛頓第三定律知B錯；電梯具有向下的加速度，但不一定是向下運動，C錯；由牛頓第二定律mg－FN＝ma，可知a＝，D對．
4【答案】A【解析】以A、B作為整體，上升過程只受重力作用，所以系統的加速度為g，方向豎直向下，故系統處于完全失重狀態，A、B之間無彈力作用，A正確，B錯誤．下降過程，A、B仍是處于完全失重狀態，A、B之間也無彈力作用，C、D錯誤．
5【答案】400 N，方向向下【解析】依題意可知，彈簧測力計讀數為40 N，而物體A的重力G＝mAg＝50 N，顯然彈簧測力計的讀數小于物體的重力，即視重小于實重，物體A處于失重狀態．由于人和A以及升降機三者具有相同的加速度，因此人也處于失重狀態．
以A為研究對象，受力分析如圖甲所示．
由牛頓第二定律得mAg－T＝mAa
　　　
甲　　　　　　　　乙
所以a＝＝ m/s2＝2 m/s2，方向向下，人的受力如圖乙所示．
由牛頓第二定律得Mg－N＝Ma，
所以N＝Mg－Ma＝400 N
由牛頓第三定律可得，人對地板的壓力為400 N，方向向下．
6【答案】CD【解析】由圖1可知該同學體重約為46 kg，圖2和圖5中體重計的讀數約為50 kg，大于該同學體重，則一定具有向上的加速度，處于超重狀態，電梯可能加速向上，也可能減速向下運動，故A項錯、D項對．圖3和圖4中體重計讀數約為42 kg，小于該同學的體重，說明電梯具有向下的加速度，處于失重狀態，可能是加速下降或減速上升運動，故B項錯，C項對．故選C、D.
7【答案】AD【解析】人受重力mg和支持力N的作用，由牛頓第二定律得N－mg＝ma.由牛頓第三定律得人對地板的壓力N′＝N＝mg＋ma.當t＝2 s時a有最大值，N′最大；當t＝8.5 s時，a有最小值，N′最小，選項A、D正確．6. 超重和失重
01【學情銜接】
已經學習知道的知識 銜接問題 將要達成的核心目標
1.重力G=mg，牛頓第二定律F=ma。 2.向上減速時，加速度方向向下；向下減速時，加速度方向向上。 3.作用力與反作用力大小相等，大小相等、方向相反。 超重、失重現象→超重、失重概念、條件、實質及解釋 超重、失重特征→超重、失重分析 1.認識什么是超重和失重現象，知道產生超重和失重的條件。 2. 能根據加速度的方向, 運用牛頓第二定律，判別、分析、解釋物體的超重和失重現象。 3.了解失重現象在現代科學技術中的應用。
02【銜接講解】
一、超重、失重現象→超重、失重概念、條件、實質及解釋
我們乘坐電梯從底層上樓時會有這樣的感覺,啟動時覺得自己突然“變重”,快到時又感覺自己“變輕”了。這是因為自身的重力在同一個地點是否發生變化了嗎
不是，這是超重、失重現象。
1.超重
(1)定義：物體對水平支持物的壓力(或對豎直懸掛物的拉力)大于物體所受重力的現象．
(2)產生條件：物體具有向上的加速度．
2.失重
(1)定義：物體對水平支持物的壓力(或對豎直懸掛物的拉力)小于物體所受重力的現象．
(2)產生條件：物體具有向下的加速度．
3.完全失重
（1）定義：物體對支持物的壓力(或對懸掛物的拉力)等于零的狀態．
（2）產生條件：a＝g，方向豎直向下．
4.解釋：
（1）當物體有向上的加速度a時，據牛頓第二定理有：F－mg＝ma，即F＝m(g+a)>mg，即超重了；
（2）當物體有向下的加速度a時，據牛頓第二定理有：mg－F＝ma，即F＝m(g－a)當向下的a＝g時，F＝0，即完全失重了。
（3）超重或失重多少由m、a共同決定，大小為ma。
5.決定因素：
超重或失重，決定于物體加速度的方向，與速度方向無關。向上加速或向下減速時均處于超重狀態；向下加速或向上減速時均處于失重狀態。
二、超重、失重特征→超重、失重分析
1.實重與視重
(1)實重：物體實際所受重力．物體所受重力不會因為物體運動狀態的改變而變化．
(2)視重：用彈簧測力計或臺秤來測量物體重力時，彈簧測力計或臺秤的示數叫做物體的視重．當物體與彈簧測力計保持靜止或者勻速運動時，視重等于實重；當存在豎直方向的加速度時，視重不再等于實重．
2.對超重、失重現象理解的兩點注意：
（1）超重、失重的實質：物體所受重力沒有變化，只是與平衡時相比，對支持物的壓力或對懸掛物的拉力大小不再等于物體的重力了，或者說視重發生了變化。
（2）若物體不在豎直方向上運動，但只要其加速度在豎直方向上有分量，即ay≠0，即當ay的方向豎直向上時，物體處于超重狀態；當ay的方向豎直向下時，物體處于失重狀態．
3.在完全失重狀態下，通常由重力產生的一切物理現象都會完全消失，比如物體對桌面無壓力，單擺停止擺動，浸在水中的物體不受浮力等。靠重力才能使用的儀器，也不能再使用，如天平、液體氣壓計等。
03【典例分析】
【類型一】對超重、失重的理解
【例1】為了研究超重與失重現象，某同學把一體重計放在電梯的地板上，將一質量為45 kg的物體放在體重計上隨電梯運動并觀察體重計示數的變化情況。下表記錄了幾個特定時刻體重計的示數(表內時間不表示先后順序)：
時間 t0 t1 t2 t3
體重計示數(kg) 45.0 50.0 40.0 45.0
若已知t0時刻電梯靜止，則 (　　)
A．t1和t2時刻電梯的加速度方向一定相反
B．t1和t2時刻物體的質量并沒有發生變化，但所受重力發生了變化
C．t1和t2時刻電梯運動的加速度大小相等，運動方向一定相反
D．t3時刻電梯可能向上運動
【反思與感悟】(1)判斷超重、失重的標準是看加速度的方向，若加速度向上則物體一定超重，若加速度向下則物體一定失重；反之若物體超重，則加速度一定向上，若物體失重，則加速度一定向下。(2)物體超重或失重狀態下的運動方向不確定，可以向上運動，也可以向下運動。
【類型二】彎曲失重及相關問題
【例2】(多選)“神舟十號”繞地球運動時，里面所有物體都處于完全失重狀態，則在其中可以完成下列哪個實驗(　　)
A．水銀溫度計測量溫度
B．做托里拆利實驗
C．驗證阿基米德原理
D．用兩個彈簧測力計驗證牛頓第三定律
【反思與感悟】完全失重現象其實很多，如自由落體、豎直上拋、斜拋出去的物體，不計空氣阻力時的運動就處于完全失重狀態，在科研、工業上有時也很需要完全失重的環境。需要注意的是衛星中的完全失重的與此處原理略有不同，期待以后的學習吧。
【類型三】超重、失重的計算
【例3】在電梯中，把一重物置于臺秤上，臺秤與壓力傳感器相連，電梯由靜止開始豎直上升的過程中，傳感器所受的壓力與時間的關系(F－t)圖像如圖3－6－2所示，取g＝10 m/s2，由圖像可知：
(1)電梯減速上升過程經歷的時間是________ s；
(2)重物的質量是________ kg；
(3)電梯的最大加速度是________ m/s2。
【反思與感悟】通過F－t圖像分析超重、失重現象的步驟：(1)分析有關超重、失重現象的圖像問題時，通過讀取圖像信息，獲取不同階段的受力情況，特別是和重力大小相比較；(2)分別構建勻變速直線運動或勻速直線運動模型，利用牛頓第二定律求解不同階段的加速度；(3)利用直線運動的規律求解相關的物理量。
解答超重、失重問題的步驟：（1）明確題意，確定研究對象。（2）對研究對象受力分析和運動情況的分析。（3）確定加速度的方向。（4）根據牛頓第二定律列式求解。
04【自測練習】
【基礎訓練】
1．關于超重和失重，下列說法中正確的是(　　)
A．超重就是物體所受的重力增大了，失重就是物體所受的重力減小了
B．物體做自由落體運動時處于完全失重狀態，所以做自由落體運動的物體不受重力作用
C．物體具有向上的速度時處于超重狀態，物體具有向下的速度時處于失重狀態
D．物體處于超重或失重狀態時，物體的重力始終存在且不發生變化
2．下列說法正確的是(　　)
A．體操運動員雙手握住單杠吊在空中不動時處于失重狀態
B．蹦床運動員在空中上升和下落過程中都處于失重狀態
C．舉重運動員在舉起杠鈴后不動的那段時間內處于超重狀態
D．游泳運動員仰臥在水面靜止不動時處于失重狀態
3.在升降電梯內的地板上放一體重計，電梯靜止時，曉敏同學站在體重計上，體重計示數為50 kg，電梯運動過程中，某一段時間內曉敏同學發現體重計示數如圖所示，在這段時間內，下列說法中正確的是(　　)
A．曉敏同學所受的重力變小了
B．曉敏對體重計的壓力小于體重計對曉敏的支持力
C．電梯一定在豎直向下運動
D．電梯的加速度大小為g/5，方向一定豎直向下
4.如圖所示，A、B兩物體疊放在一起，以相同的初速度上拋(不計空氣阻力)．下列說法正確的是(　　)
A．在上升和下降過程中A對B的壓力一定為零
B．上升過程中A對B的壓力大于A物體受到的重力
C．下降過程中A對B的壓力大于A物體受到的重力
D．在上升和下降過程中A對B的壓力等于A物體受到的重力
5．一個質量50 kg的人站在升降機的地板上，升降機的頂部懸掛了一只彈簧測力計，彈簧測力計下面掛著一個質量mA＝5 kg的物體A，當升降機向上運動時，人看到彈簧測力計的示數為40 N，如圖3 6 9所示，g取10 m/s2，求此時人對地板的壓力．
【提升訓練】
6．幾位同學為了探究電梯啟動和制動時的運動狀態變化情況，他們將體重計放在電梯中，一位同學站在體重計上，然后乘坐電梯從1層直接到10層，之后又從10層直接回到1層．他們用照相機進行了相關記錄，如圖所示．圖1為電梯靜止時體重計的照片．圖2、圖3、圖4和圖5分別為電梯運動過程中體重計的照片．下列說法正確的是(　　)
A．根據圖2推斷電梯一定處于加速上升過程，電梯內同學可能處于超重狀態
B．根據圖3推斷電梯一定處于減速下降過程，電梯內同學可能處于失重狀態
C．根據圖4推斷電梯可能處于減速上升過程，電梯內同學一定處于失重狀態
D．根據圖5推斷電梯可能處于減速下降過程，電梯內同學一定處于超重狀態
7．(多選)(2015·江蘇高考)一人乘電梯上樓，在豎直上升過程中加速度a隨時間t變化的圖線如圖所示，以豎直向上為a的正方向，則人對地板的壓力(　　)
A．t＝2 s時最大　　B．t＝2 s時最小
C．t＝8.5 s時最大 D．t＝8.5 s時最小

展開更多......

收起↑