第四章運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系超重和失重預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)|新知領(lǐng)悟

重力的測(cè)量1．一種方法是，先測(cè)量物體做自由落體運(yùn)動(dòng)的加速度g，再用________測(cè)量物體的質(zhì)量，利用牛頓第二定律可得G＝________．2．另一種方法是，利用力的____________對(duì)重力進(jìn)行測(cè)量．天平mg

平衡條件

超重和失重1．超重(1)定義：物體對(duì)支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?______物體所受重力的現(xiàn)象．(2)產(chǎn)生條件：物體具有____________的加速度．大于豎直向上

2．失重(1)定義：物體對(duì)支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?________物體所受重力的現(xiàn)象．(2)產(chǎn)生條件：物體具有___________的加速度．(3)完全失重①定義：物體對(duì)支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?__________的狀態(tài)．②產(chǎn)生條件：a＝g，方向____________．小于豎直向下等于零豎直向下

關(guān)于超重和失重的下列說法中，正確的是(

)A．物體向上運(yùn)動(dòng)時(shí)處于超重狀態(tài)，物體向下運(yùn)動(dòng)時(shí)處于失重狀態(tài)B．處于完全失重狀態(tài)的物體一定是向下運(yùn)動(dòng)C．超重就是物體所受的重力增大了，失重就是物體所受的重力減小了D．物體做自由落體運(yùn)動(dòng)時(shí)處于完全失重狀態(tài)【答案】D【解析】根據(jù)牛頓第二定律，物體具有向上的加速度時(shí)，物體處于超重狀態(tài)；物體具有向下的加速度時(shí)，物體處于失重狀態(tài)．物體向上運(yùn)動(dòng)或向下運(yùn)動(dòng)，加速度可能向上也可能向下，不能夠判斷它是處于超重還是失重狀態(tài)，故A、B錯(cuò)誤；超重并非物體所受的重力增大了，而是彈力(視重)比重力大；失重也并非物體所受的重力減小了，而是彈力(視重)比重力小，故C錯(cuò)誤；物體做自由落體運(yùn)動(dòng)時(shí)，加速度等于重力加速度，方向向下，物體處于完全失重狀態(tài)，故D正確．多維課堂|素養(yǎng)初培文博同學(xué)每天放學(xué)都要乘垂直電梯上、下樓，在電梯下樓時(shí)，開始他覺得背的書包變輕了，快到樓底時(shí)他覺得書包又似乎變重了．這是為什么？超重和失重問題【答案】開始時(shí)電梯從靜止做加速運(yùn)動(dòng)，使文博同學(xué)和電梯一起處于失重狀態(tài)；快到樓底時(shí)，電梯一定有一個(gè)減速過程，則該過程中使電梯處于超重狀態(tài)，就會(huì)出現(xiàn)上述現(xiàn)象．1．實(shí)重與視重實(shí)重：物體實(shí)際所受的重力．物體所受重力不會(huì)因物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變而變化．視重：當(dāng)物體掛在彈簧測(cè)力計(jì)下或放在水平臺(tái)秤上時(shí)，彈簧測(cè)力計(jì)或臺(tái)秤的示數(shù)稱為“視重”，大小等于彈簧測(cè)力計(jì)所受的拉力或臺(tái)秤所受的壓力．超重與失重不是重力本身變了，而是物體對(duì)懸掛物的拉力或?qū)λ街С治锏膲毫Πl(fā)生了變化，即“視重”變化了．若彈力大于重力是超重，反之則是失重．2．超重、失重的比較3．求解超重與失重問題的基本思路超重和失重問題實(shí)質(zhì)上就是牛頓第二定律應(yīng)用的延續(xù)，解題時(shí)仍應(yīng)抓住加速度這個(gè)關(guān)鍵量．具體方法是：(1)分析物體運(yùn)動(dòng)的加速度方向；(2)判斷物體處于超重(或失重)狀態(tài)；(3)利用牛頓第二定律分析和求解．4．對(duì)超重、失重的理解(1)物體處于超重還是失重狀態(tài)，只取決于加速度的方向，與物體的運(yùn)動(dòng)方向無(wú)關(guān)．(2)發(fā)生超重和失重時(shí)，物體所受的重力并沒有變化．(3)發(fā)生完全失重現(xiàn)象時(shí)，與重力有關(guān)的一切現(xiàn)象都將消失．比如物體對(duì)支持物無(wú)壓力、擺鐘將停止擺動(dòng)……靠重力使用的儀器也不能再使用(如天平)．只受重力作用的一切拋體運(yùn)動(dòng)，都處于完全失重狀態(tài)．素養(yǎng)點(diǎn)評(píng)：本探究通過超重、失重的理解與應(yīng)用，培養(yǎng)物理觀念、科學(xué)思維素養(yǎng)．

對(duì)超、失重狀態(tài)的判斷精例1某同學(xué)利用體重計(jì)研究超重與失重現(xiàn)象．在一次實(shí)驗(yàn)中，她先蹲在體重計(jì)上，在她由穩(wěn)定的蹲姿變化到穩(wěn)定站姿的過程中，下列說法正確的是(

)A．該同學(xué)處于超重狀態(tài) B．該同學(xué)處于失重狀態(tài)C．體重計(jì)示數(shù)先減小后增大 D．體重計(jì)示數(shù)先增大后減小【答案】D【解析】人從下蹲狀態(tài)站起來(lái)的過程中，先向上做加速運(yùn)動(dòng)，后向上做減速運(yùn)動(dòng)，最后回到靜止?fàn)顟B(tài)，人先處于超重狀態(tài)后處于失重狀態(tài)；故體重計(jì)示數(shù)先增大后減小，故D正確，A、B、C錯(cuò)誤．變式1超重與失重是宇航員生活和工作中的兩大難題．實(shí)際上，在我們的生活中也充滿了超重和失重．假如某同學(xué)家住10樓，那么，他從一樓開始坐電梯回家的過程中，體驗(yàn)到的將是(

)A．先超重，后等重，再失重 B．先失重，后等重，再超重C．一直超重 D．一直失重【答案】A【解析】上樓時(shí)，先向上加速，加速度方向向上，處于超重狀態(tài)，再勻速，最后向上減速，加速度方向向下，處于失重狀態(tài)，故A正確，B、C、D錯(cuò)誤．

超、失重現(xiàn)象中的計(jì)算精例2

(多選)小明站在電梯內(nèi)的體重計(jì)上，電梯靜止時(shí)體重計(jì)示數(shù)為50kg，若電梯在豎直方向運(yùn)動(dòng)過程中，他看到體重計(jì)的示數(shù)為45kg時(shí)，取重力加速度g＝10m/s2.下面說法中正確的是(

)A．電梯可能在加速上升，加速度大小為9m/s2B．電梯可能在加速下降，加速度大小為1m/s2C．電梯可能在減速上升，加速度大小為1m/s2D．電梯可能在減速下降，加速度大小為9m/s2【答案】BC變式2

(2021屆浙江名校期中)2020年11月10日由我國(guó)自主研發(fā)的載人潛水器“奮斗號(hào)”在馬里亞納海溝成功探底，探底深度為10909m．下列說法正確的是(

)A．測(cè)量深度10909m時(shí)，潛水器不能看作質(zhì)點(diǎn)B．10909m是指潛水器的路程C．下潛過程潛水器始終處于失重狀態(tài)D．潛水器加速上升時(shí)處于超重狀態(tài)【答案】D【解析】測(cè)量深度10909m時(shí)，潛水器大小可以忽略，能看作質(zhì)點(diǎn)，故A錯(cuò)誤；10909m是指潛水器下潛的深度，是位移大小，故B錯(cuò)誤；加速下潛時(shí)，加速度向下，處于失重狀態(tài)，減速下潛時(shí)，加速度向上，處于超重狀態(tài)，故C錯(cuò)誤；潛水器加速上升時(shí)，加速度向上，處于超重狀態(tài)，故D正確．

超、失重現(xiàn)象中的圖像分析精例3

(2021屆佛山石門中學(xué)月考)如圖甲所示，老師用力傳感器提著重物在豎直方向上做了一個(gè)超、失重實(shí)驗(yàn)，并截取了電腦顯示器上所顯示F－t圖像的其中一段，如圖乙所示，則(

)A．t0階段重物一定處于靜止?fàn)顟B(tài)B．t1到t2階段重物先向上加速后向下減速C．t2階段重物處于超重狀態(tài)D．t3階段重物處于靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)【答案】D【解析】t0階段和t3階段，拉力等于重力，重物可能處于靜止?fàn)顟B(tài)，也可能處于勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，A錯(cuò)誤，D正確；t1階段拉力大于重力，重物處于超重狀態(tài)，加速度一定向上，重物向上做加速運(yùn)動(dòng)或向下做減速運(yùn)動(dòng)，t2階段拉力小于重力，加速度向下，向下加速或向上減速，B錯(cuò)誤；t2階段拉力小于重力，重物處于失重狀態(tài)，C錯(cuò)誤．變式3質(zhì)量為60kg的人在電梯里站在體重計(jì)上與電梯一起勻加速上升，電梯的加速度為5m/s2，則體重計(jì)的讀數(shù)應(yīng)為(g＝10m/s2)(

)A．60kg B．90kgC．65kg D．30kg【答案】B

完全失重現(xiàn)象的判斷精例4某同學(xué)找了一個(gè)用過的“易拉罐”在靠近底部的側(cè)面打了一個(gè)洞，用手指按住洞，向罐中裝滿水，然后將易拉罐豎直向上拋出，空氣阻力不計(jì)，則下列說法正確的是(

)A．易拉罐上升的過程中，洞中射出的水的速度越來(lái)越快B．易拉罐下降的過程中，洞中射出的水的速度越來(lái)越快C．易拉罐上升、下降的過程中，洞中射出的水的速度都不變D．易拉罐上升、下降的過程中，水不會(huì)從洞中射出【答案】D【解析】將易拉罐豎直向上拋出后，由于空氣阻力不計(jì)，易拉罐及水的加速度等于重力加速度，處于完全失重狀態(tài)，易拉罐中各層水之間沒有壓力，在整體過程中，水都不會(huì)從洞中射出．變式4一質(zhì)量為m＝40kg的學(xué)生站在電梯內(nèi)的體重計(jì)上．電梯從t＝0時(shí)刻由靜止開始上升，在0～6s內(nèi)體重示數(shù)F的變化如圖所示．取重力加速度g＝10m/s2，求在這段時(shí)間內(nèi)電梯上升的高度．【答案】49m

判斷超重、失重狀態(tài)的方法從受力的角度判斷當(dāng)物體受到向上的拉力(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)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)從速度變化角度判斷(1)物體向上加速或向下減速時(shí)，超重(2)物體向下加速或向上減速時(shí)，失重1．水平傳送帶(勻速運(yùn)動(dòng))傳送帶模型（拓展）情境結(jié)果物體到達(dá)傳送帶的另一端時(shí)速度還沒有達(dá)到傳送帶的速度該物體一直做勻加速直線運(yùn)動(dòng)物體到達(dá)傳送帶的另一端之前速度已經(jīng)和傳送帶相同物體先做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，后做勻速直線運(yùn)動(dòng)2．傾斜傳送帶(1)一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：對(duì)于傾斜傳送帶，分析物體受到的最大靜摩擦力和重力沿斜面方向的分力的關(guān)系是關(guān)鍵．(2)兩種情況①如果最大靜摩擦力小于重力沿斜面的分力，傳送帶只能下傳物體，兩者共速前的加速度大于共速后的加速度，方向沿傳送帶向下．②如果最大靜摩擦力大于重力沿斜面的分力，不論上傳還是下傳物體，物體都是先做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，共速后做勻速直線運(yùn)動(dòng)．

水平傳送帶問題精例5如圖所示，傳送帶保持以1m/s的速度順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)．現(xiàn)將一質(zhì)量m＝0.5kg的物體從離傳送帶很近的a點(diǎn)輕輕地放上去，設(shè)物體與傳送帶間動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝0.1，a、b間的距離L＝2.5m，則物體從a點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到b點(diǎn)所經(jīng)歷的時(shí)間為多少？(g取10m/s2)【答案】3s變式5如圖所示，長(zhǎng)為L(zhǎng)＝4m的水平傳送帶以v0＝2m/s的速度逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，一個(gè)質(zhì)量為m＝1kg的小木塊以一定的初速度從傳送帶左側(cè)水平向右滑上傳送帶．已知小木塊與傳送帶之間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝0.2，重力加速度g取10m/s2，不計(jì)傳送帶轉(zhuǎn)動(dòng)輪大?。?1)若小木塊初速度v1＝5m/s，求小木塊經(jīng)多長(zhǎng)時(shí)間離開傳送帶；(2)若小木塊初速度v2＝3m/s，求小木塊離開傳送帶時(shí)的速度．【答案】(1)1s

(2)2m/s

傾斜傳送帶問題【答案】3s變式6某企業(yè)的生產(chǎn)車間在樓上，為了將工件方便快捷地運(yùn)送到地面，專門安裝了傳送帶設(shè)備，如圖所示．已知傳送帶與水平面的夾角θ＝37°，正常運(yùn)行的速度是v＝10m/s.現(xiàn)在傳送帶的A端輕輕放上一個(gè)小物體(可視為質(zhì)點(diǎn))，已知小物體與傳送帶之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ＝0.5，A、B間距離s＝16m．試分析計(jì)算：(已知sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，取g＝10m/s2)(1)如果傳送帶停止運(yùn)行，小物體從A端運(yùn)動(dòng)到B端的時(shí)間；(2)如果傳送帶沿順時(shí)針方向正常轉(zhuǎn)動(dòng)，小物體從A端運(yùn)動(dòng)到B端的時(shí)間；(3)如果傳送帶沿逆時(shí)針方向正常轉(zhuǎn)動(dòng)，小物體從A端運(yùn)動(dòng)到B端的時(shí)間．【答案】(1)4s

(2)4s

(3)2s

在解決傳送帶問題中的注意點(diǎn)在確定研究對(duì)象并進(jìn)行受力分析之后，首先判定摩擦力突變(含大小和方向)點(diǎn)，給運(yùn)動(dòng)分段．傳送帶傳送的物體所受摩擦力，不論是其大小的突變，還是其方向的突變，都發(fā)生在物體的速度與傳送帶速度相等的時(shí)刻．物體在傳送帶上運(yùn)動(dòng)時(shí)的極值問題，不論是極大值，還是極小值，也都發(fā)生在物體速度與傳送帶速度相等的時(shí)刻．v物與v傳相同的時(shí)刻是運(yùn)動(dòng)分段的關(guān)鍵點(diǎn)，也是解題的突破口．核心素養(yǎng)微專題宇航員在太空中如何進(jìn)食吃飯、喝水對(duì)于生活在地球上的人來(lái)說是一件再平常不過的事了，但在失重環(huán)境下的太空生活，宇航員的飲食就變得十分復(fù)雜而且特別奇妙．航天食品從本質(zhì)上講與地面普通食品是一樣的，但為了節(jié)省空間和發(fā)射時(shí)的有效載荷，航天食品盡可能選擇重量輕、體積小的．宇航員進(jìn)食時(shí)，將復(fù)合塑料膜袋剪開一個(gè)小口，把叉子或筷子伸進(jìn)袋里叉著往嘴里送．為了防止食品碎屑到處飄飛，影響宇航員和設(shè)備的正常工作，往往把食品做成小包裝，制成與口大小相近的方塊或小球狀的“一口吃”食品．如果宇航員要喝水、喝湯或吃果醬等，直接從塑料口袋或牙膏狀的軟鋁管里一點(diǎn)點(diǎn)地往嘴里擠．【考題延伸】(多選)在太空空間站中，一切物體均處于完全失重狀態(tài)，下列測(cè)量中，儀器能正常使用的是(

)A．用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)物體的重力B．用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)拉力C．用天平測(cè)物體的質(zhì)量D．用溫度計(jì)測(cè)物體的溫度【答案】B【解析】在太空空間站中，一切物體均處于完全失重狀態(tài)，所以地球上一切由于重力產(chǎn)生的現(xiàn)象都會(huì)消失．當(dāng)物體掛在彈簧測(cè)力計(jì)下端時(shí)，物體對(duì)彈簧測(cè)力計(jì)的拉力為零，所以不能用它來(lái)測(cè)物體的重力．將物體和砝碼分別放在天平左右兩盤時(shí)，對(duì)盤的壓力均為零，所以不能用它來(lái)測(cè)量物體的質(zhì)量．所以A、C錯(cuò)誤；彈簧測(cè)力計(jì)的工作原理是彈簧的拉力與彈簧伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度成正比，溫度計(jì)是根據(jù)物體熱脹冷縮的原理工作的，這些與物體的重力都無(wú)關(guān)，所以B、D正確．素養(yǎng)點(diǎn)評(píng)：培養(yǎng)學(xué)生超重與失重的物理觀念素養(yǎng)．課堂小練|素養(yǎng)達(dá)成1．下列說法正確的是(

)A．體操運(yùn)動(dòng)員雙手握住單杠吊在空中不動(dòng)時(shí)處于失重狀態(tài)B．蹦床運(yùn)動(dòng)員在空中上升和下落過程中都處于失重狀態(tài)C．舉重運(yùn)動(dòng)員在舉起杠鈴后不動(dòng)的那段時(shí)間內(nèi)處于超重狀態(tài)D．游泳運(yùn)動(dòng)員仰臥在水面靜止不動(dòng)時(shí)處于失重狀態(tài)【答案】B【解析】從受力上看，失重物體所受合外力向下，超重物體所受合外力向上；從加速度上看，失重物體的加速度向下，而超重物體的加速度向上．A、C、D中的各運(yùn)動(dòng)員所受合外力為零，加速度為零，只有B中的運(yùn)動(dòng)員處于失重狀態(tài)．2．下列關(guān)于超重和失重的說法中，正確的是(

)A．物體處于超重狀態(tài)時(shí)，其重力增加了B．物體處于完全失重狀態(tài)時(shí)，其重力為零C．物體處于超重或失重狀態(tài)時(shí)，其慣性比處于靜止時(shí)增加或減小了D．物體處于超重或失重狀態(tài)時(shí)，其重力都沒有變化【答案】D【解析】超重是物體對(duì)水平接觸面的壓力大于物體的真實(shí)重力，物體的重力并沒有增加，故A錯(cuò)誤；物體處于完全失重時(shí)，重力全部用來(lái)提供加速度，對(duì)支持它的支持面壓力為零，重力并沒有消失，故B錯(cuò)誤；慣