搜索
第5节超重与失重第5章牛顿运动定律课标要求1.知道什么是超重和失重。2.知道产生超重和失重的条件。3.会分析、解决超重和失重问题。一、超重现象1．填一填(1)定义：物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)物体所受重力的现象。(2)产生条件：物体具有的加速度。大于向上2．判一判(1)物体处于超重状态时重力增大了。()(2)物体处于超重状态时，一定向上运动。()(3)物体处于超重状态时，可能向下运动。()(4)竖直向上抛出的物体，在上升过程中处于超重状态。()(5)在加速上升的电梯中用弹簧测力计测一物体的重力，“视重”大于物体的重力。()×√√××3．选一选(1)下列说法正确的是()A．只有正在向上运动的物体，才有可能处于超重状态B．超重就是物体所受的重力增大C．物体处于超重状态时，地球对它的引力变大D．超重时物体所受的重力不变解析：只要物体加速度方向向上，物体就处于超重状态，物体也可能向下做减速运动，故A错误；超重时物体的重力不变，地球对物体的吸引力也不变，故B、C错误，D正确。答案：D(2)某物体在拉力F的作用下竖直向上运动，下列几种运动中拉力最大的是()A．以5m/s的速度匀速上升B．以3m/s的速度匀速上升C．以5m/s2的加速度加速上升D．以3m/s2的加速度加速上升解析：物体在拉力F的作用下竖直向上运动，由牛顿第二定律得F－mg＝ma，F＝mg＋ma，向上的加速度越大，F越大，故C正确。答案：C二、失重现象1．填一填(1)定义：物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)物体所受重力的现象。(2)产生条件：物体具有的加速度。(3)完全失重①定义：物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)等于零的状态。②产生条件：a＝，方向。小于向下竖直向下g2．判一判(1)只要物体向下运动，就会引起失重现象。()(2)物体在完全失重的条件下，对支持它的支撑面压力为零。()(3)物体完全失重时，不受重力作用。()(4)物体处于失重状态时重力减小了。()(5)做自由落体运动的物体处于完全失重状态。()√×√××3．想一想如图所示，找一个用过的易拉罐、金属罐头盒或塑料瓶，在靠近底部的侧面打一个洞，用手指按住洞，在里面装上水。移开手指，水就从洞中射出来，这是为什么？如果放开手，让罐子自由落下，在下落的过程中，水将不再从洞中射出，实际做一做，观察所产生的现象。怎样解释这一现象？提示：水能从洞中流出的原因是因为水能产生压力，静止时，洞之上的水产生的压力把洞附近的水压出。在罐子自由落下的过程中，水处于完全失重状态，洞附近的水不再受压力，所以水将不再从洞中射出。突破点一超重、失重现象的理解[学透用活]1．实重与视重(1)实重：物体实际所受的重力，在地球表面附近，无论物体处于何种运动状态(超重或失重)，物体的重力始终不变。(2)视重：用弹簧测力计或台秤来测量物体重力时，弹簧测力计或台秤的示数叫作物体的视重。当物体与弹簧测力计保持静止或者匀速运动时，视重等于实重；当存在竖直方向的加速度时，视重不再等于实重。2．超重和失重的实质超重和失重实际上反映了物体竖直方向的受力和运动情况，当物体竖直方向的合力向上时，加速度向上，物体处于超重状态，可能加速上升，也可能减速下降；当物体竖直方向的合力向下时，加速度向下，物体处于失重状态，可能加速下降，也可能减速上升。[典例1]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[规律方法]判断超重、失重状态的方法(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g时处于完全失重状态。(3)注意：超重、失重与物体的运动方向即速度方向无关。[对点练清]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，而是使悬绳(或支持面)的弹力增大或减小，故选项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，故选项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，选项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，故选项D错误。答案：C2．[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：AB3．在箱式电梯里的台秤秤盘上放着一物体，在电梯运动过程中，某人在不同时刻拍摄了甲、乙、丙三张照片，如图所示，其中乙为电梯匀速运动时的照片。从这三张照片可判定()A．拍摄甲照片时，电梯一定处于加速下降状态B．拍摄丙照片时，电梯一定处于减速上升状态C．拍摄丙照片时，电梯可能处于加速上升状态D．拍摄甲照片时，电梯可能处于减速下降状态解析：电梯匀速运动时台秤的示数可看作物体的实际重量，题图甲所示的示数大于题图乙所示的示数，说明拍摄甲照片时物体处于超重状态，此时电梯可能处于加速上升状态或减速下降状态，选项A错误，D正确；题图丙所示的示数小于题图乙所示的示数，说明拍摄丙照片时物体处于失重状态，此时电梯可能处于加速下降状态或减速上升状态，选项B、C错误。答案：D突破点二超重、失重现象的分析与计算[学透用活][典例2]质量是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？(g取10m/s2)(1)升降机匀速上升；(2)升降机以4m/s2的加速度匀加速上升。[思路点拨](1)以人为研究对象进行受力分析，根据牛顿第二定律列方程求解。(2)由牛顿第三定律知，人受到的支持力与人对体重计的压力大小相等，所以体重计的读数等于人受到的支持力的大小。[解析]以人为研究对象受力分析如图所示：(1)匀速上升时a＝0，所以N1－mg＝0N1＝mg＝600N据牛顿第三定律知体重计的读数等于人受到的支持力的大小，即N1′＝N1＝600N。(2)匀加速上升，a方向向上，取向上为正方向则N2－mg＝maN2＝m(g＋a)＝60×(10＋4)N＝840N据牛顿第三定律知体重计的读数等于人受到的支持力的大小，即N2′＝N2＝840N。[答案](1)600N(2)840N[规律方法]解决超重、失重现象问题的基本方法(1)明确研究对象，进行受力分析。(2)判断加速度的方向，并建立合理的坐标轴。(3)应用牛顿第二定律列出方程。(4)代入数据求解，需讨论的进行讨论。[对点练清]4．上例中，若升降机以3m/s2的加速度匀减速上升或匀加速下降，此时体重计的读数是__________N。解析：匀减速上升和匀加速下降，a的方向都是向下的，取向下为正方向，则mg－N＝maN＝m(g－a)＝60×(10－3)N＝420N据牛顿第三定律知体重计的读数等于人受到的支持力的大小，即N′＝N＝420N。答案：4205.上例中，若升降机的顶部悬挂了一只弹簧测力计，测力计下挂着一个质量m0＝5kg的物体A。当升降机向上运动时，站在升降机里的人看到弹簧测力计的示数为40N,取g＝10m/s2,则升降机的加速度为_________m/s2，方向_____，此时人对体重计的压力为______N。解析：对A受力分析，根据牛顿第二定律得m0g－F弹＝m0a，得a＝g－F弹m0＝10m/s2－405m/s2＝2m/s2，则升降机的加速度为2m/s2，方向向下。对人受力分析，根据牛顿第二定律得mg－FN＝ma，解得FN＝mg－ma＝60×(10－2)N＝480N，则由牛顿第三定律知人对体重计的压力大小为480N。答案：2向下4806．上例中，某人在地面上最多可举起50kg的物体，某时他在竖直向上运动的电梯中最多举起了60kg的物体，据此判断此电梯加速度的大小和方向(取g＝10m/s2)?解析：由题意某时他在竖直向上运动的电梯中最多举起了60kg的物体，知物体处于失重状态，此人最大的举力为F＝mg＝50×10N＝500N。则由牛顿第二定律得，m′g－F＝m′a，解得a＝m′g－Fm′＝60×10－50060m/s2＝53m/s2，方向向下。答案：53m/s2竖直向下落实新课标理念，教材案例最经典。以下内容选自新课标人教版的相关内容，供同学们开阔视野，提升素养。一、力传感器上的人“下蹲”“站起”过程中超重和失重的情况(核心素养之科学探究)[选自人教版教材P102“思考与讨论”]人站在力传感器上完成下蹲动作。观察计算机采集的图线。如图甲呈现的是某人下蹲过程中力传感器的示数随时间变化的情况。很明显，图线直观地描绘了人在下蹲过程中力传感器的示数先变小，后变大，再变小，最后保持某一数值不变的全过程。如图乙所示，图线显示的是某人站在力传感器上，先“下蹲”后“站起”过程中力传感器的示数随时间的变化情况。请你分析力传感器上的人“站起”过程中超重和失重的情况，并说明对应情况下人的加速度方向。[提示]由Ft图可以看出，人“站起”过程中先超重、再失重，最后等重。人“站起”开始阶段向上加速，处于超重状态，向上“站起”的减速阶段加速度方向向下，处于失重阶段，最终人静止，处于等重状态。二、典题好题发掘，练典题做一当十[选自人教版教材P104第4题]一种巨型娱乐器械可以使人体验超重和失重状态(如图)。一个可乘坐二十多个人的环形座舱套装在竖直柱子上，由升降机送上几十米的高处，然后让座舱自由落下。落到一定位置时，制动系统启动，到地面时刚好停下。已知座舱开始下落时的高度为76m，当落到离地面28m的位置时开始制动，座舱做匀减速运动。若座舱中某人用手托着质量为0.2kg的手机，当座舱落到离地面50m的位置时，手的感觉如何？当座舱落到离地面15m的位置时，手要用多大的力才能托住手机？[提示]由题意可知，座舱在离地面28m的位置开始制动，座舱做匀减速运动，也就是说当座舱落到离地面50m的位置时，仍在做自由落体运动，处于完全失重状态，手机对手的压力为零。当座舱离地面15m时，座舱处于匀减速制动阶段，设加速度大小为a，由v2＝2gh1，v2＝2ah2，其中h1＝76m－28m＝48m，h2＝28m，可解得：a＝1207m/s2。以手机为研究对象，应用牛顿第二定律可得：F－mg＝ma可解得F＝5.42N可见手要用5.42N的力才能托住手机。谢谢观看