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第6节超重和失重学习目标：1.认识超重现象，理解产生超重现象的条件和实质.2.认识失重现象，理解产生失重现象的条件和实质.3.能用超重、失重的观点分析支持力或拉力的大小.4.了解常见的超重、失重现象．课前自主预习知识点一重力的测量1．方法一：先测量自由落体运动的，再用天平测量物体的公式G＝.2．方法二：利用力的平衡条件将物体悬挂或放置在测力计上．测力计的示数反映了加速度g质量．mg物体所受重力的大小．知识点二超重和失重1．超重(1)定义：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)物体所受重力的现象．(2)产生条件：物体具有的加速度(选填“向上”或“向下”)．2．失重(1)定义：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)物体所受重力的现象．(2)产生条件：物体具有的加速度．大于向上小于向下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)的状态．(2)产生条件：a＝g，方向等于零竖直向下．1．处于平衡状态的物体一定处于静止状态．()2．加速度始终为零时，物体一定处于平衡状态．()3．超重就是物体的重力变大的现象．()4．减速上升的升降机内的物体对地板的压力大于重力．()5．物体速度大小不变，方向改变，运动状态也发生变化．()6．做自由落体运动的物体处于完全失重状态．()[答案]1.×2.√3.×4.×5.√6.√给一个水瓶底部开一个小孔，当瓶中注满水后水会从孔中流出，若由静止释放这个水瓶，会发现水停止从孔中流出．为什么水会停止从小孔流出？[答案]由静止释放这个水瓶，水处于完全失重状态，故不会流出．课堂互动探究要点一超重和失重1．重力与视重(1)重力：物体所受重力不会因物体运动状态的改变而变化．(2)视重：当物体竖直悬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．对超重的分析超重状态下，物体在竖直方向上的合力不为零．当物体在竖直向上方向上有加速度a，支持物对物体的支持力(或悬挂物对物体的拉力)为F时，在竖直方向上，由牛顿第二定律得F－mg＝ma，F＝mg＋mamg，对应的运动状态有向上加速和向下减速．3．对失重的分析失重状态下，物体在竖直方向上的合力不为零．当物体在竖直向下方向上有加速度a，支持物对物体的支持力(或悬挂物对物体的拉力)为F时，在竖直方向上，由牛顿第二定律得mg－F＝ma，F＝mg－mamg，对应的运动状态有向下加速和向上减速．当竖直向下的加速度为g或竖直向下的加速度分量为g时，对应的有自由落体运动、竖直上抛运动等．【典例1】一质量为m＝40kg的小孩站在电梯内的体重计上．电梯从t＝0时刻由静止开始上升，在0～6s内体重计示数F的变化情况如右图所示．试问：在这段时间内电梯上升的高度是多少？(取重力加速度g＝10m/s2)[思路点拨]由图像信息分析：电梯在不同阶段的受力并确定电梯的加速度，再根据运动学公式列方程求解．[解析]小孩重力为G＝400N，由题图知，在0～2s内，F1＝440N，F1G，电梯匀加速上升，则有a1＝F1－Gm＝1m/s2，h1＝12a1t21＝2mt1＝2s时，v＝a1t1＝2m/s在2～5s内，F2＝400N，F2＝G，电梯匀速上升，则有h2＝vt2＝6m在5～6s内，F3＝320N，F3G，电梯匀减速上升，则有a3＝G－F3m＝2m/s2又v－a3t3＝0，说明电梯在6s末停止故h3＝v2t3＝1m所以电梯上升的高度为h＝h1＋h2＋h3＝9m.[答案]9m判断超重、失重状态的方法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．1．2016年10月17日，“神舟十一号”载人飞船发射成功，如右图所示．宇航员在火箭发射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]A2．撑杆跳是田径运动项目的一种．在这项比赛中，运动员双手握住一根特制的杆子，经过快速助跑后，借助杆子撑地的反弹力量，使身体腾起，越过横杆．关于撑杆跳，下列说法正确的是()A．运动员起跳时，撑杆提供给运动员的弹力等于运动员所受重力B．运动员起跳时，撑杆提供给运动员的弹力小于运动员所受重力C．在运动员起跳上升阶段，运动员始终处于超重状态D．在运动员越过杆子下落阶段，运动员始终处于失重状态[解析]起跳时运动员的加速度方向向上，杆对运动员的弹力大于运动员的重力，A、B错误；在运动员起跳上升阶段，运动员开始时向上做加速运动，随后向上做减速运动，所以运动员开始时处于超重状态，上升的最后阶段处于失重状态，C错误；起跳以后的下落过程中运动员的加速度方向向下，运动员始终处于失重状态，D正确．[答案]D要点二超重与失重问题的求解方法超重、失重现象的产生条件是具有竖直方向的加速度，我们可用牛顿第二定律分析其本质，故对超重、失重问题的处理方法是：用牛顿第二定律去定量地列方程分析，以加速度方向为正方向，列方程时注意使用牛顿第三定律，因为压力和支持力并不是一回事，同时注意物体具有向上或向下的加速度与物体的运动方向无关．具体对照如下表．【典例2】在一个封闭装置中，用弹簧测力计测一物体的重力，根据读数与物体实际重力之间的关系，判断以下说法中正确的是()A．读数偏大，表明装置一定加速上升B．读数偏小，表明装置一定加速下降C．读数为0，表明装置运动的加速度等于重力加速度，但无法判断是向上运动还是向下运动D．读数准确，表明装置一定匀速上升或下降[思路点拨]超重和失重只能确定加速度方向，不能确定速度方向．[解析]读数偏大，表明装置处于超重状态，其加速度方向向上，可能的运动情况是加速上升或减速下降，故A项错误，同理知B项也错误．弹簧测力计读数为0，即完全失重，这表明整个装置运动的加速度等于重力加速度g，但是a＝g时，速度方向有可能向上，也有可能向下，还有可能沿其他方向，故C项正确．读数准确，装置可能静止，也可能正在向任意一个方向做匀速直线运动，故D项错误．[答案]C物体在竖直方向上有加速度时，才会出现超重或失重现象，当加速度竖直向上或加速度有竖直向上的分量时，物体处于超重状态，当加速度竖直向下或加速度有竖直向下的分量时，物体处于失重状态.超重、失重状态与物体的运动方向无关.对于不在竖直方向上的加速度，要将加速度按水平方向和竖直方向分解.3．(多选)如右图所示，升降机内有一固定斜面，斜面上放一物块，开始时升降机做匀速运动，物块相对斜面匀速下滑，当升降机加速上升时()A．物块与斜面间的摩擦力减小B．物块与斜面间的正压力增大C．物块相对于斜面减速下滑D．物块相对于斜面匀速下滑[解析]当升降机加速上升时，物块有竖直向上的加速度，则物块与斜面间的正压力增大，根据滑动摩擦力公式Ff＝μFN可知接触面间的正压力增大，物块与斜面间的摩擦力增大，故A错误，B正确；设斜面的倾角为θ，物块的质量为m，当物块匀速运动时有mgsinθ＝μmgcosθ，即sinθ＝μcosθ，假设物块以加速度a向上运动时，有N＝m(g＋a)cosθ，f＝μm(g＋a)cosθ，因为sinθ＝μcosθ，所以m(g＋a)sinθ＝μm(g＋a)cosθ，故物块仍做匀速下滑运动，C错误，D正确．[答案]BD4．如图所示，电梯与水平地面成θ角，一人静止站在电梯水平梯板上，电梯以恒定加速度a启动过程中，水平梯板对人的支持力和摩擦力分别为FN和f.若电梯启动过程中的加速度减小为a2，则下面结论正确的是()A．水平梯板对人的支持力变为FN2B．水平梯板对人的摩擦力变为f2C．电梯加速启动过程中，人处于失重状态D．水平梯板对人的摩擦力和支持力之比为fFN[解析]当电梯以加速度a上升时，人受到重力mg、电梯的支持力FN和摩擦力f，将加速度分解为水平和竖直两个方向，水平分加速度为acosθ，竖直分加速度为asinθ，根据牛顿第二定律得，竖直方向有FN－mg＝masinθ，得FN＝mg＋masinθ；当a′＝12a时，FN变小，但不等于原来的一半，故A错；水平方向有f＝macosθ，当a′＝12a时，f变为原来的一半，故B正确；人有向上的加速度，所以处于超重状态，故C错误；由上述分析可以知道，人所受的静摩擦力和支持力都发生了改变，水平梯板对人的摩擦力和支持力之比不等于fFN，故D错误．[答案]B课堂归纳小结[知识体系][关键点击]1．物体处于超重或失重状态时，物体的重力并没有变，只是物体对底面的压力或悬绳的拉力比重力大或比重力小．2．物体处于超重还是失重状态与物体运动的速度方向无关，只与加速度方向有关，加速度方向向上，处于超重状态，加速度方向向下，处于失重状态.