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第5章牛顿运动定律第5节超重与失重第5章牛顿运动定律学习目标核心素养形成脉络1.知道超重和失重现象．2．理解产生超重、失重现象的条件．3．能够运用牛顿运动定律分析超重和失重现象．一、超重现象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．运动类型：超重物体做向上的_________运动或向下的_________运动．大于竖直向上加速减速二、失重现象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．运动类型：失重物体做向上的_________运动或向下的_________运动．小于竖直向下减速加速4．完全失重(1)定义：物体对悬挂物的_________(或对支持物的_________)等于零的状态．(2)产生条件：物体竖直向下的加速度等于_______________．(3)在做自由落体运动时，处于_________状态．拉力压力重力加速度完全失重思维辨析(1)物体处于超重状态时，可能向下运动．()(2)物体处于超重状态时，是指物体的重力增大了．()(3)火箭加速上升时，宇航员处于失重状态．()(4)物体在完全失重的条件下，对支持它的支撑面压力为零．()(5)宇航员在太空中处于完全失重状态，所以说宇航员在太空中不受重力的作用．()√××√×基础理解在乘竖直升降电梯上下楼时，你是否有这样的感觉：在电梯里上楼时，开始时觉得自己有“向下坠”的感觉，好像自己变重了，快到楼顶时又觉得自己有“向上飘”的感觉，好像自己变轻了．下楼时，在电梯里，开始觉得有种“向上飘”的感觉，背的书包也感觉变“轻”了，快到楼底时，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地减速运动时加速度方向如何？人处于超重还是失重状态？(3)若电梯下降启动的瞬间或到达楼梯底前减速运动时，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．对超重、失重现象的理解问题导引1．人站在体重计上静止时，体重计的示数就显示了人的体重．人从站立状态到完全蹲下，体重计的示数如何变化？为什么会发生这样的变化？2．把台秤放在箱式电梯里，在秤盘里放着一物体，分析以下问题．(1)什么情况下台秤示数会大于物体重力？发生超重时物体可能怎样运动？你能根据牛顿第二定律解释这一现象吗？(2)什么情况下台秤示数会小于物体重力？发生失重时物体可能怎样运动？你能根据牛顿第二定律解释这一现象吗？(3)什么是完全失重？完全失重时物体的重力消失了吗？[要点提示]1.体重计的示数先减小后增大，再减小到重力G.因为人在下蹲的过程中，重心下移，即向下做先加速后减速的运动，加速度的方向先向下后向上，所以人先处于失重状态再处于超重状态，最后处于平衡状态，故体重计的示数先减小后增大，再减小到重力G.2．(1)物体具有向上的加速度时，台秤示数大于实际重力．物体可能加速上升或者减速下降．F＝m(g＋a)．(2)物体具有向下的加速度时，台秤示数小于实际重力．物体可能减速上升或者加速下降．F＝m(g－a)．(3)物体向下的加速度等于重力加速度时，物体只受重力，不再受支持力或者拉力．重力没有消失．【核心深化】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、失重的分析特征状态加速度视重(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特征状态加速度视重(F)与重力的关系运动情况受力图失重向下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、卫星的运动等在完全失重状态下，由重力引起的现象将消失．例如：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．关键能力1超重、失重现象下列关于超重与失重的说法正确的是()A．超重就是物体的重力增加了B．失重就是物体的重力减少了C．完全失重就是物体的重力没有了D．不论是超重、失重，还是完全失重，物体所受的重力是不变的[解析]超重是物体对接触面的压力大于物体的真实重力，物体的重力并没有增加，所以A错误；失重是物体对接触面的压力小于物体的真实重力，物体的重力并没有减小，所以B错误；完全失重是物体对接触面的压力为零，此时物体的重力也不变，所以C错误；不论是超重、失重，还是完全失重，物体所受的重力是不变的，只是对接触面的压力不和重力相等了，所以D正确．[答案]D关键能力2超重、失重的判断(多选)游乐园中，游客乘坐能加速或减速运动的升降机，可以体会超重与失重的感觉．下列描述正确的是()A．当升降机加速上升时，游客处于失重状态B．当升降机减速下降时，游客处于超重状态C．当升降机减速上升时，游客处于失重状态D．当升降机加速下降时，游客处于超重状态[思路点拨]解答本题时，可按以下思路进行分析：[解析]当升降机加速上升或减速下降时，加速度方向向上，由牛顿第二定律可得N－mg＝ma，N＝mg＋mamg，乘客处于超重状态，选项A错误，B正确；当升降机加速下降或减速上升时，加速度方向向下，由牛顿第二定律可得mg－N＝ma，N＝mg－mamg，乘客处于失重状态，选项C正确，D错误．[答案]BC判断物体超重与失重的方法(1)从受力的角度判断①超重：物体所受向上的拉力(或支持力)大于重力．②失重：物体所受向上的拉力(或支持力)小于重力．(2)从加速度的角度判断①当物体的加速度方向向上(或竖直分量向上)时，处于超重状态．②当物体的加速度方向向下(或竖直分量向下)时，处于失重状态．【达标练习】1．关于超重和失重，下列说法中正确的是()A．超重时物体的加速度大于零B．失重时物体的加速度小于零C．完全失重时物体的加速度等于零D．无论超重还是失重，物体的加速度肯定不为零解析：选D.根据超重和失重的运动特征，以及加速度方向(正、负)的物理意义易知A、B、C错误，D正确．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点是人所到达的最低点，b点是人静止地悬吊着时的平衡位置，不计空气阻力，则人从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，人处于超重状态C．在bc段绳的拉力大于人的重力，人处于超重状态D．在c点，人的速度为零，其加速度也为零解析：选AC.在Pa段绳还没有被拉长，人做自由落体运动，所以处于完全失重状态，选项A正确；在ab段绳的拉力小于人的重力，人受到的合力向下，有向下的加速度，处于失重状态，选项B错误；在bc段绳的拉力大于人的重力，人受到的合力向上，有向上的加速度，处于超重状态，选项C正确；在c点，绳的形变量最大，绳的拉力最大，人受到的合力向上，有向上的加速度，所以选项D错误．超重、失重的综合分析与计算【核心深化】1．从牛顿第二定律的角度分析超重现象：物体的加速度方向向上(或竖直分量向上)时，根据牛顿第二定律有：N－mg＝ma，此时Nmg.2．从牛顿第二定律的角度分析失重现象：物体的加速度方向向下(或竖直分量向下)时，根据牛顿第二定律有：mg－N＝ma，此时Nmg.3．从牛顿第二定律进一步得出，物体是处于超重还是失重状态决定于加速度的方向，而与物体的速度方向无关．处于超重状态时加速度方向向上，物体可能加速上升或减速下降；处于失重状态时，加速度方向向下，物体可能加速下降或减速上升．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；(3)升降机以3m/s2的加速度匀减速上升或匀加速下降．[思路点拨]解此题注意以下两点：(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N－mg＝0N＝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，N′＝N＝600N.(2)匀加速上升，a方向向上，取向上为正方向则N－mg＝maN＝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，N′＝N＝840N.(3)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](1)600N(2)840N(3)420N解决超重、失重现象中计算问题的基本方法(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．在电梯中，把一重物置于台秤上，台秤与力传感器相连，当电梯从静止起加速上升，然后又匀速运动一段时间，最后停止运动时，传感器的荧屏上显示出其受的压力与时间的关系图像如图所示．试由此图回答问题：(g取10m/s2)(1)该物体的重力是多少？电梯在超重和失重时物体的重力是否变化？(2)算出电梯在超重和失重时的最大加速度分别是多大？解析：(1)根据题意4～18s物体随电梯一起匀速运动，由平衡条件及牛顿第三定律知：台秤受的压力和物体的重力相等，即G＝30N；根据超重和失重的本质得：物体的重力不变．(2)超重时：台秤对物体的支持力最大为50N，由牛顿第二定律得a1＝F合m＝50－303m/s2≈6.67m/s2，方向向上；失重时：台秤对物体的支持力最小为10N，由牛顿第二定律得a2＝F′合m＝30－103m/s2≈6.67m/s2，方向向下．答案：(1)30N不变(2)6.67m/s26.67m/s2