6超重和失重[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.熟練掌握測量重力的兩種方法(重點(diǎn))。2.掌握什么是超重和失重現(xiàn)象，理解超重和失重現(xiàn)象的本質(zhì)(重點(diǎn))。3.會利用牛頓運(yùn)動定律分析超重和失重的問題(重難點(diǎn))。一、重力的測量1.方法一：利用牛頓第二定律先測量物體做自由落體運(yùn)動的加速度g，再用天平測量物體的質(zhì)量m，利用牛頓第二定律可得G＝mg。2.方法二：利用力的平衡條件將待測物體懸掛或放置在測力計(jì)上，使它處于靜止?fàn)顟B(tài)。這時物體受到的重力的大小等于測力計(jì)對物體的拉力或支持力的大小。二、超重和失重1.如圖，質(zhì)量為m的人站在電梯內(nèi)的體重計(jì)上，電梯上升過程中經(jīng)歷加速、勻速和減速的過程，在加速和減速上升的過程中，體重計(jì)的示數(shù)(反映了人對體重計(jì)的壓力)會發(fā)生變化。設(shè)加速上升和減速上升時加速度的大小均為a，重力加速度為g，試分析判斷：(1)電梯加速上升時，體重計(jì)對人的支持力與人的重力的大小關(guān)系；(2)電梯減速上升時，體重計(jì)對人的支持力與人的重力的大小關(guān)系。答案(1)電梯加速上升時，對人受力分析如圖甲所示由牛頓第二定律得FN－mg＝ma得FN＝mg＋ma>mg(2)電梯減速上升時，對人受力分析如圖乙所示由牛頓第二定律得mg－FN＝ma得FN＝mg－ma<mg2.電梯下降過程中經(jīng)歷加速、勻速、減速的過程，什么過程中支持力大于重力，什么過程中支持力小于重力？答案減速下降過程中支持力大于重力，加速下降過程中支持力小于重力1.失重(1)定義：物體對支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?小于物體所受重力的現(xiàn)象。(2)產(chǎn)生條件：物體具有豎直向下(選填“豎直向上”或“豎直向下”)的加速度。2.超重(1)定義：物體對支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?大于物體所受重力的現(xiàn)象。(2)產(chǎn)生條件：物體具有豎直向上(選填“豎直向上”或“豎直向下”)的加速度。3.完全失重狀態(tài)(1)定義：物體對支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?等于零的狀態(tài)。(2)產(chǎn)生條件：a＝g，方向豎直向下。1.有人說：“超重即是物體的重力增加了，失重即是物體的重力減小了”對嗎？為什么？答案不對。超重和失重只是物體對支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?增大或減少了，物體本身的重力并沒有變化。2.物體的超重或失重與物體的運(yùn)動方向有關(guān)嗎？請舉例說明。答案物體超重、失重與物體的運(yùn)動方向無關(guān)。舉例：電梯向上運(yùn)動，若為加速運(yùn)動，電梯內(nèi)的物體超重，電梯向上運(yùn)動，若為減速運(yùn)動，電梯內(nèi)的物體失重。(1)物體處于完全失重狀態(tài)時，物體的重力就消失了。(×)(2)物體處于超重狀態(tài)時，物體一定在上升。(×)(3)物體處于失重狀態(tài)時，物體可能在上升。(√)(4)舉重運(yùn)動員高舉杠鈴靜止時處于超重狀態(tài)。(×)(5)跳高運(yùn)動員上升過程處于超重狀態(tài)，下落過程處于失重狀態(tài)。(×)(6)不計(jì)空氣阻力，拋向空中的礦泉水瓶中的水，對側(cè)壁和底部的壓力都為零。(√)例1(多選)電梯的頂部掛一個彈簧測力計(jì)，彈簧測力計(jì)下端掛了一個質(zhì)量為1kg的重物，電梯在做勻速直線運(yùn)動時，彈簧測力計(jì)的示數(shù)為10N，在某時刻電梯中的人觀察到彈簧測力計(jì)的示數(shù)變?yōu)?2N。關(guān)于電梯的運(yùn)動，以下說法正確的是(g取10m/s2)()A.電梯可能向上加速運(yùn)動，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，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，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，加速度大小為2m/s2，處于超重狀態(tài)答案AD解析電梯在做勻速直線運(yùn)動時，彈簧測力計(jì)的示數(shù)為10N，即質(zhì)量為1kg的重物重力為10N，某時刻電梯中的人觀察到彈簧測力計(jì)的示數(shù)變?yōu)?2N，屬于超重現(xiàn)象，超重時，加速度向上，向上加速和向下減速的加速度都是向上的，由牛頓第二定律可得F－mg＝ma，解得a＝2m/s2，故A、D正確。例2某同學(xué)站在電梯底板上，如圖所示的v－t圖像是計(jì)算機(jī)顯示的電梯在某一段時間內(nèi)速度變化的情況(豎直向上為正方向)。根據(jù)圖像提供的信息，可以判斷下列說法正確的是()A.在0~20s內(nèi)，電梯向上運(yùn)動，該同學(xué)始終處于超重狀態(tài)B.在0~5s內(nèi)，電梯在加速上升，該同學(xué)處于失重狀態(tài)C.在5~10s內(nèi)，電梯處于靜止?fàn)顟B(tài)，該同學(xué)對電梯底板的壓力等于他所受的重力D.在10~20s內(nèi)，電梯在減速上升，該同學(xué)處于失重狀態(tài)答案D解析在v－t圖像中，圖像的斜率表示加速度，0~5s內(nèi)斜率為正，加速度為正，方向豎直向上，速度為正，即電梯向上做加速運(yùn)動，該同學(xué)處于超重狀態(tài)；在5~10s過程中，電梯勻速運(yùn)動，該同學(xué)加速度為零，該同學(xué)對電梯底板的壓力等于他所受的重力，處于平衡狀態(tài)；10~20s過程中，斜率為負(fù)，加速度豎直向下，速度為正，即電梯向上做減速運(yùn)動，該同學(xué)處于失重狀態(tài)，D正確。例3(多選)某舉重運(yùn)動員在力傳感器上訓(xùn)練做“下蹲”“站起”動作，某段時間內(nèi)力傳感器的示數(shù)隨時間變化的圖像如圖所示。由穩(wěn)定的站姿到穩(wěn)定的蹲姿稱為“下蹲”過程，由穩(wěn)定的蹲姿到穩(wěn)定的站姿稱為“站起”過程，重力加速度g取10m/s2，下列說法正確的是()A.“下蹲”過程中，該運(yùn)動員先處于失重狀態(tài)后處于超重狀態(tài)B.“站起”過程中，該運(yùn)動員先處于失重狀態(tài)后處于超重狀態(tài)C.“下蹲”時，該運(yùn)動員對力傳感器的壓力小于力傳感器對他的支持力D.這段時間內(nèi)，該運(yùn)動員加速度的最大值為6m/s2答案AD解析“下蹲”過程中，該運(yùn)動員先向下加速后向下減速，同時力傳感器上的示數(shù)先小于重力，后大于重力，則該運(yùn)動員先處于失重狀態(tài)后處于超重狀態(tài)，故A正確；“站起”過程中，該運(yùn)動員先向上加速后向上減速，同時力傳感器上的示數(shù)先大于重力，后小于重力，則該運(yùn)動員先處于超重狀態(tài)后處于失重狀態(tài)，故B錯誤；“下蹲”時，該運(yùn)動員對力傳感器的壓力和力傳感器對他的支持力是一對相互作用力，大小相等，方向相反，故C錯誤；根據(jù)圖像可知舉重運(yùn)動員在穩(wěn)定的站姿和穩(wěn)定的蹲姿狀態(tài)中在豎直方向上受平衡力作用，可知該運(yùn)動員重力為1000N，則該運(yùn)動員質(zhì)量m＝Gg＝100kg，力傳感器示數(shù)最小時，處于失重狀態(tài)，此時向下的加速度最大，此加速度大小a1＝mg?Fminm＝6m/s2，力傳感器示數(shù)最大時，處于超重狀態(tài)，此時向上的加速度最大，此加速度大小a2＝Fmax?mgm＝6m/s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)大于重力時處于超重狀態(tài)，小于重力時處于失重狀態(tài)，等于零時處于完全失重狀態(tài)。2.從加速度的角度判斷：當(dāng)物體具有向上的加速度時處于超重狀態(tài)，具有向下的加速度時處于失重狀態(tài)，向下的加速度為g時處于完全失重狀態(tài)。3.注意：超重、失重與物體的運(yùn)動方向即速度方向無關(guān)。例4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B的壓力一定為零B.上升過程中A對B的壓力大于A物體受到的重力C.下降過程中A對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B的壓力等于A物體受到的重力答案A解析A、B整體只受重力作用，做豎直上拋運(yùn)動，處于完全