超重和失重

第6节超重和失重学习目标1.知道超重、失重和完全失重现象，会根据条件判断超重、失重现象．(重点)2．能从动力学角度理解自由落体运动和竖直上抛运动．3．掌握传送带问题和滑块—滑板模型问题的解题技巧．(难点)第四章运动和力的关系核心素养形成脉络第四章运动和力的关系一、重力的测量1．一种方法是，先测量物体做自由落体运动的加速度g，再用______测量物体的质量，利用牛顿第二定律可得：G＝______．2．另一种方法是，利用力的____________对重力进行测量．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．天平mg平衡条件大于竖直向上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．(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____________．小于竖直向下等于零竖直向下思维辨析(1)物体向上运动时一定处于超重状态．()(2)物体减速向下运动时处于失重状态．()(3)物体处于失重状态时重力减小了．()(4)物体处于完全失重状态时就不受重力了．()(5)不论物体超重、失重，还是完全失重，物体所受的重力都是不变的．()提示：(1)×(2)×(3)×(4)×(5)√基础理解(1)应用物理知识分析生活中的常见现象，可以使物理学习更加有趣和深入．例如平伸手掌托起物体，由静止开始竖直向上运动，直至将物体抛出．对此现象分析正确的是()A．手托物体向上运动的过程中，物体始终处于超重状态B．手托物体向上运动的过程中，物体始终处于失重状态C．在物体离开手的瞬间，物体的加速度大于重力加速度D．在物体离开手的瞬间，手的加速度大于重力加速度提示：选D.手托物体抛出的过程，必有一段加速过程，其后可以减速，可以匀速，当手和物体匀速运动时，物体既不超重也不失重；当手和物体减速运动时，物体处于失重状态，选项A错误；物体从静止到运动，必有一段加速过程，此过程物体处于超重状态，选项B错误；当物体离开手的瞬间，物体只受重力，此时物体的加速度等于重力加速度，选项C错误；重物和手有共同的速度和加速度时，二者不会分离，故物体离开手的瞬间，物体向上运动，物体加速度等于重力加速度，但手的加速度大于重力加速度，并且方向竖直向下，选项D正确．(2)(2019·东胜校级月考)关于超重和失重的下列说法中，正确的是()A．物体向上运动时处于超重状态，物体向下运动时处于失重状态B．处于完全失重状态的物体一定是向下运动C．超重就是物体所受的重力增大了，失重就是物体所受的重力减小了D．物体做自由落体运动时处于完全失重状态提示：选D.根据牛顿第二定律，物体具有向上的加速度时，物体处于超重状态；物体具有向下的加速度时，物体处于失重状态．物体向上运动或向下运动，加速度可能向上也可能向下，不能够判断它是处于超重还是失重状态，故A、B错误；超重并非物体所受的重力增大了，而是弹力(视重)比重力大；失重也并非物体所受的重力减小了，而是弹力(视重)比重力小，故C错误；物体做自由落体运动时，加速度等于重力加速度，方向向下，物体处于完全失重状态，故D正确．超重和失重问题问题导引文博同学每天放学都要乘垂直电梯上、下楼，在电梯下楼时，开始他觉得背的书包变轻了，快到楼底时他觉得书包又似乎变重了．这是为什么？要点提示开始时电梯从静止做加速运动，使文博同学和电梯一起处于失重状态；快到楼底时，电梯一定有一个减速过程，则该过程中使电梯处于超重状态，就会出现上述现象．【核心深化】1．实重与视重实重：物体实际所受的重力．物体所受重力不会因物体运动状态的改变而变化．视重：当物体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．超重与失重不是重力本身变了，而是物体对悬挂物的拉力或对水平支持物的压力发生了变化，即“视重”变化了．若弹力大于重力是超重，反之则是失重．2．超重、失重的比较特征状态加速度压力(拉力)运动情况受力示意图平衡a＝0F＝mg静止或匀速直线运动超重向上F＝m(g＋a)＞mg向上加速或向下减速特征状态加速度压力(拉力)运动情况受力示意图失重向下F＝m(g－a)＜mg向上减速或向下加速完全失重a＝gF＝0自由落体，抛体，正常运行的卫星等3.求解超重与失重问题的基本思路超重和失重问题实质上就是牛顿第二定律应用的延续，解题时仍应抓住加速度这个关键量．具体方法是：(1)分析物体运动的加速度方向；(2)判断物体处于超重(或失重)状态；(3)利用牛顿第二定律分析和求解．关键能力1对超、失重状态的判断某同学利用体重计研究超重与失重现象．在一次实验中，她先蹲在体重计上，在她由稳定的蹲姿变化到稳定站姿的过程中，下列说法正确的是()A．该同学处于超重状态B．该同学处于失重状态C．体重计示数先减小后增大D．体重计示数先增大后减小[解析]人从下蹲状态站起来的过程中，先向上做加速运动，后向上做减速运动，最后回到静止状态，人先处于超重状态后处于失重状态；故体重计示数先增大后减小，故D正确，A、B、C错误．[答案]D关键能力2超、失重现象中的计算(多选)(2019·石家庄期末)小明站在电梯内的体重计上，电梯静止时体重计示数为50kg，若电梯在竖直方向运动过程中，他看到体重计的示数为45kg时，取重力加速度g＝10m/s2.下面说法中正确是()A．电梯可能在加速上升，加速度大小为9m/s2B．电梯可能在加速下降，加速度大小为1m/s2C．电梯可能在减速上升，加速度大小为1m/s2D．电梯可能在减速下降，加速度大小为9m/s2[思路点拨]小明的体重有50kg，而他看到体重计的示数为45kg，可知他处于失重，则电梯有向上的加速度，由此来分析各个选项．[解析]小明的体重只有50kg，体重计的示数为45kg，说明电梯有向下的加速度，失重，运动情况可能为：向上减速或向下加速；小明受支持力和重力，由牛顿第二定律可知其加速度为：a＝mg－Nm＝50×10－45×1050m/s2＝1m/s2，故B、C正确，A、D错误．[答案]BC关键能力3超、失重现象中的图象分析某实验小组利用DIS系统观察超重和失重现象．他们在学校电梯房内做实验，在电梯天花板上固定一个力传感器，测量挂钩向下，并在挂钩上悬挂一个重为10N的钩码，在电梯运动过程中，计算机显示屏上显示出如图所示图象，以下根据图象分析所得结论错误的是()A．该图象显示出了力传感器对钩码的拉力大小随时间的变化情况B．从时刻t1到t2，钩码处于失重状态，从时刻t3到t4，钩码处于超重状态C．电梯可能先加速向下，接着匀速向下，再减速向下，最后静止D．电梯可能先加速向上，接着匀速向上，再减速向上，最后静止[思路点拨](1)拉力大于重力处于超重状态，拉力小于重力处于失重状态．(2)超重时电梯可能向上加速运动，也可能向下减速运动．(3)失重时，电梯可能向下加速运动，也可能向上减速运动．[解析]题图中图象显示了力传感器对钩码的拉力大小随时间的变化情况.0～t1，钩码受力平衡；t1～t2，拉力小于10N，钩码处于失重状态；t2～t3，钩码受力平衡；t3～t4，拉力大于10N，钩码处于超重状态．由以上分析可知，D项错误．[答案]D关键能力4完全失重现象的判断(2019·闵行一模)某同学找了一个用过的“易拉罐”在靠近底部的侧面打了一个洞，用手指按住洞，向罐中装满水，然后将易拉罐竖直向上抛出，空气阻力不计，则下列说法正确的是()A．易拉罐上升的过程中，洞中射出的水的速度越来越快B．易拉罐下降的过程中，洞中射出的水的速度越来越快C．易拉罐上升、下降的过程中，洞中射出的水的速度都不变D．易拉罐上升、下降的过程中，水不会从洞中射出[解析]将易拉罐竖直向上抛出后，由于空气阻力不计，易拉罐及水的加速度等于重力加速度，处于完全失重状态，易拉罐中各层水之间没有压力，在整体过程中，水都不会从洞中射出．[答案]D判断超重、失重状态的方法从受力的角度判断当物体所受向上的拉力(或支持力)大于重力时，物体处于超重状态，小于重力时处于失重状态，等于零时处于完全失重状态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从速度变化角度判断(1)物体向上加速或向下减速时，超重(2)物体向下加速或向上减速时，失重【达标练习】1．(2019·浙江模拟)超重与失重是宇航员生活和工作中的两大难题．实际上，在我们的生活中也充满了超重和失重．假如某同学家住10楼，那么，他从一楼开始坐电梯回家的过程中，体验到的将是()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．一直失重解析：选A.上楼时，先向上加速，加速度方向向上，处于超重状态，再匀速，最后向上减速，加速度方向向下，处于失重状态，故A正确，B、C、D错误．2.(2019·平谷期末)如图所示为游乐场中的一种大型游乐设施跳楼机，它可以使人体验超重和失重．参加游戏的游客被安全带固定在座椅上，由升降机从静止开始经历加速、匀速、减速过程，将座椅提升到一定高度处，然后由静止释放，落到一定位置时，制动系统启动，座椅做减速运动，到达某一高度时停下．在上述过程中，关于座椅中的人所处的状态，下列判断正确的是()A．座椅在整个上升的过程中人都处于超重状态B．座椅在减速上升的过程中人处于超重状态C．座椅在整个下降的过程中人都处于失重状态D．座椅在减速下降的过程中人处于超重状态解析：选D.座椅在加速上升的过程中人都处于超重状态，在减速上升的过程中人的加速度的方向向下，处于失重状态，故A、B错误；在减速下降的过程中人所受重力小于座位对人向上的支持力，所以加速度向上，人处于超重状态，故C错误，D正确．3．(2019·东胜校级月考)质量为60kg的人在电梯里站在体重计上与电梯一起匀加速上升，电梯的加速度为5m/s2，则体重计的读数应为(g＝10m/s2)()A．60kgB．90kgC．65kgD．30kg解析：选B.当电梯静止时体重计示数为mg，所以此时体重计读数为：F1＝60×10N＝600N.当电梯以5m/s2的加速度向上做匀加速运动时，对人根据牛顿第二定律，得：F2－mg＝ma，得：F2＝m(g＋a)＝60×(5＋10)N＝900N．由牛顿第三定律得知，人对体重计的压力大小为F′2＝F2＝900N．则显示人的质量为：m＝90010kg＝90kg.4．(2019·南岗校级月考)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内体重示数F的变化如图所示．取重力加速度g＝10m/s2，求：在这段时间内电梯上升的高度是多少．解析：在0～2s内，电梯做匀加速运动，根据牛顿第二定律得：a1＝F－mgm＝600－40×1040m/s2＝5m/s2，电梯上升的高度h1＝12a1t21＝12×5×22m＝10m；2s末速度为v＝a1t1＝5×2m/s＝10m/s；中间t2＝3s时间内，电梯做匀速运动，电梯上升的高度h2＝vt2＝10×3m＝30m；最后1s内做匀减速运动，加速度大小a2＝mg－F2m＝40×10－32040m/s2＝2m/s2，在这段时间内电梯上升的高度h3＝vt3－12a2t23＝10×1－12×2×12m＝9m；则电梯上升的总高度h＝h1＋h2＋h3＝49m.答案：49m传送带模型【核心深化】1．水平传送带(匀速运动)情景结果物体到达传送带的另一端时速度还没有达到传送带的速度该物体一直做匀加速直线运动物体到达传送带的另一端之前速度已经和传送带相同物体先做匀加速直线运动，后做匀速直线运动2.倾斜传送带(1)一个关键点：对于倾斜传送带，分析物体受到的最大静摩擦力和重力沿斜面方向的分力的关系是关键．(2)两种情况①如果最大静摩擦力小于重力沿斜面的分力