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第6节超重与失重学习目标素养提炼1.知道超重和失重现象．2.理解产生超重、失重现象的条件及其实质．3.能够运用牛顿运动定律分析超重和失重现象.物理观念：超重、失重、完全失重科学思维：牛顿运动定律的应用01课前自主梳理02课堂合作探究学科素养提升03课后达标检测一、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：物体有的加速度．3．运动状态：超重物体包括向上和向下两种运动情况．大于向上加速运动减速运动[判断正误](1)物体处于超重状态时，一定向上运动．()(2)物体处于超重状态时，可能向下运动．()(3)物体处于超重状态时，是指物体的重力增大了．()×√×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：物体有的加速度．3．运动状态：失重物体包括向上和向下两种运动情况．4．完全失重(1)定义：物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)的状态．(2)产生完全失重现象的条件：当物体竖直向下的加速度等于时，就产生完全失重现象．小于向下减速运动加速运动等于零重力加速度[思考]在完全失重的情况下，一切由重力产生的现象会消失，那么天平还能测出物体的质量吗？浸在水中的物体还受浮力吗？提示：不能．不会受到浮力．要点一超重、失重现象的理解[探究导入]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．(1)移开手指，水就从洞中射出来，这是为什么？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．(2)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，怎样解释这一现象？提示：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．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．超重和失重的理解与判断(1)当视重与物体的重力不同时，即发生了超重或失重现象．(2)判断物体超重与失重的方法①从受力的角度判断：超重：物体所受向上的拉力(或支持力)大于重力．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：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．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．[易错提醒](1)超重与失重现象仅仅是一种表象，只是拉力(或压力)的增大或减小，物体的重力大小是不变的．(2)物体处于超重状态时，不一定是向上加速运动，也可能是向下减速运动；同理，物体处于失重状态时，不一定是向下加速运动，也可能是向上减速运动．(3)在完全失重状态下，平常由重力产生的一切物理现象都会消失，比如液体对器壁没有压强、浸在水中的物体不受浮力等．工作原理与重力有关的仪器也不能再使用，如天平、液体气压计等．[典例1]关于超重和失重，下列说法正确的是()A．物体处于超重状态时，物体一定在上升B．物体处于失重状态时，物体可能在上升C．物体处于完全失重状态时，地球对它的引力就消失了D．物体在完全失重时，它所受到的合外力为零[解析]物体处于超重时，具有向上的加速度，但其运动方向不确定，可能向上加速，也可能向下减速，A错误；物体处于失重或者是完全失重状态时，具有向下的加速度，可能向下加速，也可能向上减速，B正确；完全失重时，物体仍受到地球对它的吸引力，即受到重力的作用，合外力不为零，C、D错误．[答案]B1．关于超重和失重，下列说法正确的是()A．超重指的是物体的重力增加，失重指的是物体的重力减少，完全失重是指物体重力完全消失的现象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：当物体对接触面的弹力大于物体的重力时，就说物体处于超重状态，此时有向上的加速度；当物体对接触面的弹力小于物体的重力时，就说物体处于失重状态，此时有向下的加速度；如果没有弹力了，那么就是处于完全失重状态，此时向下加速度的大小为重力加速度g，而物体的重力没有变化，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，故选项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：C要点二用牛顿运动定律分析超重和失重现象[探究导入]如图所示，某人乘坐电梯正在向上运动．(1)电梯启动瞬间加速度方向向哪？人受到的支持力比其重力大还是小？若此时加速度大小为a，则人受到的支持力是多大？提示：(1)电梯启动瞬间加速度方向向上，人受到的合力方向向上，所以支持力大于重力；设人受到的支持力为N，由牛顿第二定律N－mg＝ma可得N＝m(g＋a)．(2)电梯将要到达目的地减速运动时加速度方向向哪？人受到的支持力比其重力大还是小？若此时加速度大小为a，则人受到的支持力是多大？提示：减速运动时，因速度方向向上，故加速度方向向下，即人受到的合力方向向下，支持力小于重力．设人受到的支持力为N′，由牛顿第二定律mg－N′＝ma可得N′＝m(g－a)．特征状态加速度视重(F)与重力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，向下减速特征状态加速度视重(F)与重力关系运动情况受力图失重向下F＝m(g－a)mg(ag)向下加速，向上减速完全失重a＝gF＝0自由落体运动、抛体运动、沿圆轨道运行的卫星[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；(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]解此题关注两点：(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)匀减速上升或匀加速下降，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[方法技巧]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．2．如图所示，一个质量M＝50kg的人站在升降机的地板上，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m＝5kg的物体A.当升降机向上运动时，她看到弹簧测力计的示数为40N，g取10m/s2，求：(1)升降机的加速度；(2)此时人对地板的压力．解析：(1)对A受力分析，根据牛顿第二定律得：mg－F弹＝ma得a＝g－F弹m＝(10－405)m/s2＝2m/s2，则升降机的加速度为2m/s2，方向向下．(2)对人分析，根据牛顿第二定律得：Mg－N＝Ma解得：N＝Mg－Ma＝50×(10－2)N＝400N，则由牛顿第三定律知人对升降机地板的压力大小为400N，方向向下．答案：(1)2m/s2，方向向下(2)400N，方向向下科学思维——数形结合法在超重、失重现象中的应用1．物理图像信息量大，包含知识内容全面，好多习题的已知条件是通过物理图像给出的，动力学问题中常见的有xt、vt、Ft及aF图像．2．遇到带有物理图像的问题时，要认真分析图像，要从它的物理意义、点、线段、斜率、截距、交点、拐点、面积等方面了解图像给出的信息，再利用牛顿运动定律及运动学公式去解题．(多选)如图所示是某同学站在压力传感器上，做下蹲—起立的动作时记录的力随时间变化的图线．由图线可知()A．该同学体重约为650NB．该同学做了两次下蹲—起立的动作C．该同学做了一次下蹲—起立的动作，且下蹲后约2s起立D．下蹲过程中人先处于超重状态后处于失重状态解析：由图线可知该同学体重约为650N，A正确．人下蹲动作有失重和超重两个过程，先是加速下降失重，到达一个最大速度后再减速下降超重，故下蹲时应先失重再超重．起立时应先超重再失重，由对应图像可知，该同学做了一次下蹲—起立的动作，B、D错误．由图像看出两次超重的时间间隔约为2s，这就是人蹲下后持续的时间，C正确．答案：AC