第6節(jié)

超重和失重第四章

運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系高中物理人教版（2019）必修第一冊(cè)2知道什么是視重.3知道什么是超重和失重現(xiàn)象.1熟練掌握測(cè)量重力的兩種方法.4會(huì)利用牛頓運(yùn)動(dòng)定律分析超重和失重的問題.重點(diǎn)重點(diǎn)重點(diǎn)重難點(diǎn)中國航天員太空就餐名場(chǎng)面超重和失重的理解目標(biāo)一1.先測(cè)得物體自由落體的加速度g2.再利用天平測(cè)量物體的質(zhì)量m3.利用牛頓第二定律可得G＝mg方法一在地球表面附近，物體由于地球的吸引而受到重力.如何測(cè)得物體重力的大?。坷闷胶鈼l件對(duì)重力進(jìn)行測(cè)量將待測(cè)物體懸掛或放置在測(cè)力計(jì)上，使它處于靜止?fàn)顟B(tài)。這時(shí)物體所受的重力和測(cè)力計(jì)對(duì)物體的拉力或支持力的大小相等，測(cè)力計(jì)的示數(shù)反映了物體所受的重力大小，稱為視重。方法二1.在方法二中，為什么要使物體處于靜止?fàn)顟B(tài)呢？2.如果物體不處于靜止?fàn)顟B(tài)，會(huì)帶來什么問題呢？人站在體重計(jì)上向下蹲的過程中，為什么體重計(jì)的示數(shù)會(huì)變化呢？如圖所示，一個(gè)人站在體重計(jì)上，在他下蹲的過程中，他發(fā)現(xiàn)體重計(jì)的示數(shù)發(fā)生變化.選取人為研究對(duì)象.人受到重力mg和體重計(jì)對(duì)人的支持力FN，這兩個(gè)力的共同作用使人在下蹲的過程中，先后經(jīng)歷靜止、加速和減速三個(gè)階段.(1)當(dāng)人靜止時(shí)，人受到的支持力與重力的大小關(guān)系如何？

(2)當(dāng)人向下加速時(shí)，人受到的支持力與重力的大小關(guān)系如何？(3)當(dāng)人向下減速時(shí)，人受到的支持力與重力的大小關(guān)系如何？(1)當(dāng)人靜止時(shí)，人受到的支持力與重力的大小關(guān)系如何？

人靜止時(shí)：加速度等于零，合外力等于零，以向上為正：FN=mg根據(jù)牛頓第三定律，體重計(jì)對(duì)人的支持力與人對(duì)體重計(jì)的壓力等大反向，所以體重計(jì)的示數(shù)FN′

=mg，顯示為等于物體的重力，這種現(xiàn)象稱為平衡狀態(tài)a=0mgFN人在加速下蹲過程中：加速度向下，合外力向下，以向下為正：mg>FN根據(jù)牛頓第三定律，體重計(jì)對(duì)人的支持力與人對(duì)體重計(jì)的壓力等大反向，所以體重計(jì)的示數(shù)FN′

<mg，顯示為小于物體的重力，這種現(xiàn)象稱為失重失重：物體對(duì)懸掛物的拉力（或?qū)χС治锏膲毫Γ┬∮谖矬w所受重力的現(xiàn)象amgFN(2)當(dāng)人向下加速時(shí)，人受到的支持力與重力的大小關(guān)系如何？人在減速下蹲過程中：加速度向上，合外力向上，以向上為正：FN>mg根據(jù)牛頓第三定律，體重計(jì)對(duì)人的支持力與人對(duì)體重計(jì)的壓力等大反向，所以體重計(jì)的示數(shù)FN′

>mg，顯示為大于物體的重力，這種現(xiàn)象稱為超重超重：物體對(duì)懸掛物的拉力（或?qū)χС治锏膲毫Γ┐笥谖矬w所受重力的現(xiàn)象amgFN(3)當(dāng)人向下減速時(shí)，人受到的支持力與重力的大小關(guān)系如何？1.(2021·北京市石景山區(qū)高一期末)某志愿者站在力傳感器上分別完成下蹲和站起動(dòng)作，計(jì)算機(jī)同時(shí)采集相應(yīng)的數(shù)據(jù)，如圖所示，這是做其中一個(gè)動(dòng)作時(shí)，力傳感器的示數(shù)隨時(shí)間變化的情況，下列判斷正確的是A.這是站起過程，先失重后超重B.這是站起過程，先超重后失重C.這是下蹲過程，先失重后超重D.這是下蹲過程，先超重后失重√根據(jù)題圖可知，F(xiàn)先增大，后減小，再增大，最后不變.則先超重再失重，最后平衡.加速度先向上再向下，最后為零.該過程中先向上加速再向上減速，最后靜止，應(yīng)為站起過程.故B正確.規(guī)律總結(jié)判斷超重、失重狀態(tài)的方法1.從受力的角度判斷：當(dāng)物體所受向上的拉力(或支持力)大于重力時(shí)，物體處于超重狀態(tài)，小于重力時(shí)處于失重狀態(tài)，等于零時(shí)處于完全失重狀態(tài).2.從加速度的角度判斷：當(dāng)物體具有向上的加速度時(shí)處于超重狀態(tài)，具有向下的加速度時(shí)處于失重狀態(tài)，向下的加速度為g時(shí)處于完全失重狀態(tài).3.注意：超重、失重與物體的運(yùn)動(dòng)方向即速度方向無關(guān).超重、失重的有關(guān)計(jì)算目標(biāo)二電梯里面的超失重(1)電梯向上啟動(dòng)瞬間加速度沿什么方向？人受到的支持力比其重力大還是?。侩娞輨蛩傧蛏线\(yùn)動(dòng)時(shí)，人受到的支持力比其重力大還是?。克伎寂c討論電梯啟動(dòng)瞬間加速度豎直向上，支持力大于重力.電梯勻速向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，支持力等于重力.(2)電梯將要到達(dá)目的地減速運(yùn)動(dòng)時(shí)加速度沿什么方向？人受到的支持力比其重力大還是?。咳綦娞菹蛏蠝p速，加速度豎直向下，支持力小于重力；若電梯向下減速，加速度豎直向上，支持力大于重力.思考與討論(3)人的質(zhì)量為m，電梯加速度大小為a，當(dāng)電梯加速向上和向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，求電梯底板對(duì)人的支持力的大?。铀傧蛏线\(yùn)動(dòng)時(shí)FN－mg＝maFN＝mg＋ma加速向下運(yùn)動(dòng)時(shí)FN＝mg－ma.mg－FN＝ma思考與討論2.質(zhì)量為60kg的人站在升降機(jī)中的體重計(jì)上，如圖所示，重力加速度g取10m/s2，當(dāng)升降機(jī)做下列各種運(yùn)動(dòng)時(shí)，求體重計(jì)的示數(shù).(1)勻速上升；答案

60kg當(dāng)升降機(jī)勻速上升時(shí)，由平衡條件得：FN1＝mg＝600N，由牛頓第三定律得，人對(duì)體重計(jì)壓力為600N，故體重計(jì)示數(shù)為60kg.當(dāng)升降機(jī)以a1＝4m/s2的加速度加速上升時(shí)，由牛頓第二定律得：FN2－mg＝ma1，則FN2＝mg＋ma1＝840N由牛頓第三定律得，人對(duì)體重計(jì)的壓力為840N，故體重計(jì)示數(shù)為84kg.(2)以4m/s2的加速度加速上升；答案

84kg當(dāng)升降機(jī)以a2＝5m/s2的加速度加速下降時(shí)，由牛頓第二定律得：mg－FN3＝ma2，則FN3＝mg－ma2＝300N，由牛頓第三定律得，人對(duì)體重計(jì)的壓力為300N，故體重計(jì)示數(shù)為30kg.(3)以5m/s2的加速度加速下降.答案

30kg3.(多選)電梯的頂部掛一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)，彈簧測(cè)力計(jì)下端掛了一個(gè)質(zhì)量為1kg的重物，電梯做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為10N，在某時(shí)刻電梯中的人觀察到彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)變?yōu)?2N.關(guān)于電梯的運(yùn)動(dòng)，以下說法正確的是(g取10m/s2)A.電梯可能向上加速運(yùn)動(dòng)，加速度大小為2m/s2，

處于超重狀態(tài)B.電梯可能向下加速運(yùn)動(dòng)，加速度大小為4m/s2，

處于失重狀態(tài)C.電梯可能向上減速運(yùn)動(dòng)，加速度大小為4m/s2，處于失重狀態(tài)D.電梯可能向下減速運(yùn)動(dòng)，加速度大小為2m/s2，處于超重狀態(tài)√√電梯做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為10N，即質(zhì)量為1kg的重物重力為10N，某時(shí)刻電梯中的人觀察到彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)變?yōu)?2N，屬于超重現(xiàn)象，超重時(shí)，加速度方向豎直向上，向上加速和向下減速的加速度方向都是豎直向上的，由牛頓第二定律可得F－mg＝ma，解得a＝2m/s2，A、D正確.4.(多選)某地一觀光塔總高度達(dá)600m，游客乘坐觀光電梯大約1min就可以到達(dá)觀光平臺(tái).若電梯簡(jiǎn)化成只受重力與繩索拉力，已知電梯在t＝0時(shí)由靜止開始上升，a－t圖像如圖所示.則下列說法正確的是A.t＝4.5s時(shí)，電梯處于超重狀態(tài)B.5～55s時(shí)間內(nèi)，繩索拉力最小C.t＝59.5s時(shí)，電梯處于超重狀態(tài)D.t＝60s時(shí)，電梯速度恰好為0√√t＝4.5s時(shí)，a＞0，加速度豎直向上，電梯處于超重狀態(tài)，故A正確；5～55s時(shí)間內(nèi)，a＝0，電梯處于平衡狀態(tài)，繩索拉力等于電梯的重力，大于電梯失重時(shí)繩索的拉力，所以這段時(shí)間內(nèi)繩索拉力不是最小，故B錯(cuò)誤；t＝59.5s時(shí)，a＜0，加速度方向豎直向下，電梯處于失重狀態(tài)，故C錯(cuò)誤；根據(jù)a－t圖像與坐標(biāo)軸所圍的面積表示速度的變化量，0～60s內(nèi)a－t圖像與坐標(biāo)軸所圍的面積為0，所以0～60s內(nèi)速度的變化量為0，而電梯的初速度為0，所以t＝60s時(shí)，電梯速度恰好為0，故D正確.歸納總結(jié)超重、失重的比較特征狀態(tài)加速度視重(F)與重力的關(guān)系運(yùn)動(dòng)情況受力圖平衡a＝0F＝mg靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)

超重豎直向上或有豎直向上的分量由F－mg＝ma得F＝m(g＋a)>mg向上加速或向下減速

失重豎直向下或有豎直向下的分量由mg－F＝ma得F＝m(g－a)<mg向下加速或向上減速

完全失重a＝gF＝0自由落體運(yùn)動(dòng)、豎直上拋運(yùn)動(dòng)

歸納總結(jié)5.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(jì)空氣阻力).下列說法正確的是A.在上升和下降過程中A對(duì)B的壓力一定為零B.上升過程中A對(duì)B的壓力大于A物體受到的重力C.下降過程中A對(duì)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(duì)B的壓力等于A物體受到的重力√A、B整體只受重力作用，做豎直上拋運(yùn)動(dòng)，處于完全失重狀態(tài)，不論上升還是下降過程，A對(duì)B均無壓力，只有A選項(xiàng)正確.總結(jié)提升1.完全失重狀態(tài)的說明：在完全失重狀態(tài)下，平時(shí)一切由重力產(chǎn)生的物理現(xiàn)象都將完全消失，比如物體對(duì)支持物無壓力、擺鐘停止擺動(dòng)、液柱不再產(chǎn)生向下的壓強(qiáng)等，靠重力才能使用的儀器將失效，不能再使用(如天平、液體壓強(qiáng)計(jì)等).2.完全失重時(shí)重力本身并沒有變化.6.在電梯中，把一物體置于水平臺(tái)秤上，臺(tái)秤與力傳感器相連，電梯先從靜止加速上升，然后又勻速運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間，最后停止運(yùn)動(dòng)；傳感器的屏幕上顯示出其所受的壓力與時(shí)間的關(guān)系圖像，如圖所示(g取10m/s2)，則：(1)電梯在啟動(dòng)階段經(jīng)歷了多長時(shí)間的加速上升過程？答案

4s由題圖可知：電梯在啟動(dòng)階段經(jīng)歷了4s加速上升過程.(2)該物體的重力是多少？電梯在超重和失重時(shí)物體的重力是否變化？答案

30N不變根據(jù)題意知，在4～18s時(shí)間內(nèi)，物體隨電梯一起勻速運(yùn)動(dòng)，由平衡條件及牛頓第三定律知，臺(tái)秤受到的壓力大小和物體的重力相等，即G＝30N根據(jù)超重和失重的本質(zhì)知物體的重力不變.(3)算出電梯在超重和失重時(shí)的最大加速度分別是多大？超重時(shí)：臺(tái)秤對(duì)物體的支持力最大為50N，