新教材高中物理人教版學(xué)案4-6超重和失重

6超重和失重知識(shí)點(diǎn)一重力的測量(1)“實(shí)重”：是指物體實(shí)際的重力，它不因物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變而改變；(2)“視重”：是指物體對彈簧測力計(jì)的拉力或?qū)ε_(tái)秤的壓力，它與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)．知識(shí)點(diǎn)二超重和失重(1)超重：①定義：物體對水平支持物的壓力(或?qū)ωQ直懸掛物的拉力)大于物體所受的重力的現(xiàn)象．②產(chǎn)生條件：物體具有豎直向上的加速度．(2)失重：①定義：物體對水平支持物的壓力(或?qū)ωQ直懸掛物的拉力)小于物體所受重力的現(xiàn)象．②產(chǎn)生條件：物體具有豎直向下的加速度．(3)完全失重：①定義：物體對支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?等于零的現(xiàn)象．②產(chǎn)生條件：a＝g方向豎直向下．姚明某次跳起過程可分為下蹲、蹬地、離地上升、下落四個(gè)過程，如圖所示．下列關(guān)于蹬地和離地上升兩過程的說法中正確的是(設(shè)蹬地的力為恒力)(D)A．兩過程中姚明都處于超重狀態(tài)B．兩過程中姚明都處于失重狀態(tài)C．前過程為超重，后過程不超重也不失重D．前過程為超重，后過程為完全失重考點(diǎn)一對超重和失重現(xiàn)象的理解1．視重當(dāng)將物體掛在彈簧測力計(jì)下或放在水平臺(tái)秤上時(shí)，彈簧測力計(jì)或臺(tái)秤的示數(shù)稱為“視重”，大小等于彈簧測力計(jì)所受的拉力或臺(tái)秤所受的壓力．2．超重、失重的分析提示：物體只要有向上的加速度就處于超重狀態(tài)，只要有向下的加速度就處于失重狀態(tài)，無論超重或失重，物體所受重力不變．【例1】質(zhì)量為60kg的人站在升降機(jī)中的體重計(jì)上，當(dāng)升降機(jī)做下列各種運(yùn)動(dòng)時(shí)，體重計(jì)的讀數(shù)是多少？處于什么狀態(tài)？(g取10m/s2)(1)升降機(jī)勻速上升．(2)升降機(jī)以3m/s2的加速度加速上升．(3)升降機(jī)以4m/s2的加速度加速下降．【審題指導(dǎo)】eq\x(\a\al(判斷加速度,方向))→eq\x(\a\al(列牛頓第二定,律方程))→eq\x(\a\al(F與mg大,小關(guān)系))【解析】人站在升降機(jī)中的體重計(jì)上，受力情況如圖所示．(1)當(dāng)升降機(jī)勻速上升時(shí)，由牛頓第二定律得F合＝FN－G＝0，所以人受到的支持力FN＝G＝mg＝600N.根據(jù)牛頓第三定律得人對體重計(jì)的壓力就等于體重計(jì)的示數(shù)，即600N，處于平衡狀態(tài)．(2)當(dāng)升降機(jī)以3m/s2的加速度加速上升時(shí)，由牛頓第二定律得FN－G＝ma，F(xiàn)N＝ma＋G＝m(g＋a)＝780N.由牛頓第三定律得，此時(shí)體重計(jì)的示數(shù)為780N，大于人的重力，人處于超重狀態(tài)．(3)當(dāng)升降機(jī)以4m/s2的加速度加速下降時(shí)，由牛頓第二定律得G－FN＝ma，F(xiàn)N＝G－ma＝m(g－a)＝360N，由牛頓第三定律得此時(shí)體重計(jì)的示數(shù)為360N，小于人的重力600N，人處于失重狀態(tài)．【答案】(1)600N平衡狀態(tài)(2)780N超重狀態(tài)(3)360N失重狀態(tài)總結(jié)提能判斷超重、失重狀態(tài)的方法物體究竟處于超重狀態(tài)還是失重狀態(tài)，可用三個(gè)方法判斷：(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(包括斜向上)時(shí)處于超重狀態(tài)，具有向下的加速度(包括斜向下)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)從運(yùn)動(dòng)的角度判斷，當(dāng)物體加速上升或減速下降時(shí)，物體處于超重狀態(tài)，當(dāng)物體加速下降或減速上升時(shí)，物體處于失重狀態(tài)．一個(gè)質(zhì)量為50kg的人站在升降機(jī)中的臺(tái)秤上，隨升降機(jī)在豎直方向上運(yùn)動(dòng)．臺(tái)秤示數(shù)為400N，則升降機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)為(g取10m/s2)(B)A．勻減速下降，a＝2m/s2B．勻加速下降，a＝2m/s2C．勻加速上升，a＝8m/s2D．勻減速上升，a＝8m/s2解析：人的重力G＝mg＝500N，視重F＝400N，由牛頓第二定律得mg－F＝ma，故a＝2m/s2，且方向向下，所以升降機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)為勻加速下降或勻減速上升，只有選項(xiàng)B正確．考點(diǎn)二超重和失重的應(yīng)用(1)重力是由于地球?qū)ξ矬w的吸引而產(chǎn)生的，大小為G＝mg.只要物體所在的位置的重力加速度一定，物體所受的重力就一定．因此超重和失重僅僅是物體對支持物的壓力或?qū)覓煳锏睦Πl(fā)生變化．其實(shí)物體的重力依然存在，且并不發(fā)生變化．(2)“超重”和“失重”由加速度的方向決定，與物體的速度方向無關(guān)．用牛頓運(yùn)動(dòng)定律分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象時(shí)，我們并沒有重點(diǎn)考慮物體的速度方向，而是著重把握物體加速度方向．當(dāng)物體有豎直向上的加速度時(shí)超重，有豎直向下的加速度時(shí)失重，超重、失重與物體的運(yùn)動(dòng)方向無必然的關(guān)系．(3)在完全失重狀態(tài)下(a＝g)平時(shí)一切由重力產(chǎn)生或與重力有關(guān)的物理現(xiàn)象均消失．如物體在液體中不受浮力，天平無法測量物體的質(zhì)量等．【例2】(多選)“蹦極”是一項(xiàng)非常刺激的體育運(yùn)動(dòng)，某人身系彈性繩自高空中P點(diǎn)由靜止開始下落，如圖所示，a點(diǎn)是彈性繩的原長位置，c點(diǎn)是人所能到達(dá)的最低位置，b點(diǎn)是人靜止懸掛時(shí)的平衡位置，則在人從P點(diǎn)下落到c點(diǎn)的過程中()A．在Pa段，人做自由落體運(yùn)動(dòng)，處于完全失重狀態(tài)B．在ab段，繩的拉力小于人的重力，人處于失重狀態(tài)C．在bc段，繩的拉力小于人的重力，人處于失重狀態(tài)D．在c點(diǎn)，人的速度為零，加速度也為零【審題指導(dǎo)】解答本題時(shí)可按以下思路進(jìn)行分析：【解析】人從P點(diǎn)下落到c點(diǎn)的過程中，在Pa段做自由落體運(yùn)動(dòng)，加速度為g，方向豎直向下；在ab段做加速度逐漸減小的加速運(yùn)動(dòng)，加速度方向向下；在bc段做加速度逐漸增大的減速運(yùn)動(dòng)，加速度方向向上．根據(jù)超重和失重的條件可知，選項(xiàng)A、B正確．【答案】AB總結(jié)提能區(qū)別“失重現(xiàn)象”和“超重現(xiàn)象”的關(guān)鍵是看物體在豎直方向的加速度：有豎直向上的加速度，是“超重現(xiàn)象”；有豎直向下的加速度，是“失重現(xiàn)象”．當(dāng)物體具有a＝g且豎直向下的加速度時(shí)，物體處于“完全失重”狀態(tài)，此時(shí)物體對支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?為0.(多選)某人在地面上用彈簧測力計(jì)稱得其體重為490N．他將彈簧測力計(jì)移至電梯內(nèi)稱其體重，t0至t3時(shí)間段內(nèi)，彈簧測力計(jì)的示數(shù)如圖(1)所示，電梯運(yùn)行的v－t圖象可能是圖(2)中的(取電梯向上運(yùn)動(dòng)的方向?yàn)檎?(AD)解析：從圖可以看出，t0～t1時(shí)間內(nèi)，該人的視重小于其重力，t1～t2時(shí)間內(nèi)，視重正好等于其重力，而在t2～t3時(shí)間內(nèi)，視重大于其重力．根據(jù)題中所設(shè)的正方向可知，t0～t1時(shí)間內(nèi)，該人具有向下的加速度，t1～t2時(shí)間內(nèi)，該人處于平衡狀態(tài)，而在t2～t3時(shí)間內(nèi)，該人則具有向上的加速度，所以可能的圖象為A、D.1.如圖所示，在一升降機(jī)中，物體A置于斜面上，當(dāng)升降機(jī)處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，物體A恰好靜止不動(dòng)．若升降機(jī)以加速度g豎直向下做勻加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，以下關(guān)于物體受力的說法中正確的是(D)A．物體仍然相對斜面靜止，物體所受的各個(gè)力均不變B．因物體處于失重狀態(tài)，所以物體不受任何力作用C．因物體處于失重狀態(tài)，所以物體所受重力變?yōu)榱?，其他力不變D．物體處于失重狀態(tài)，物體除了受到的重力不變以外，不受其他力的作用解析：當(dāng)物體以加速度g向下做勻加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，物體處于完全失重狀態(tài)，其視重為零，因而支持物對其作用力亦為零；處于完全失重狀態(tài)的物體，地球?qū)λ囊粗亓σ廊淮嬖冢?.如圖所示，一個(gè)盛水的容器底部有一小孔，靜止時(shí)用手指堵住小孔不讓它漏水，假設(shè)容器在下述運(yùn)動(dòng)過程中始終保持平動(dòng)，且忽略空氣阻力，則下列說法正確的是(D)A．容器自由下落時(shí)，小孔向下漏水B．將容器豎直拋出，向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，小孔向下漏水；向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，小孔不向下漏水C．將容器水平拋出，在運(yùn)動(dòng)過程中小孔向下漏水D．將容器斜向上拋出，在運(yùn)動(dòng)過程中小孔不向下漏水解析：無論容器自由下落還是向任何方向拋出，都處于完全失重狀態(tài)，與重力有關(guān)的現(xiàn)象都將消失．3．在電梯中，把一重物置于水平臺(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(FN－t)圖象，如圖所示，則：(1)電梯在啟動(dòng)階段經(jīng)歷了4s加速上升過程．(2)電梯的最大加速度是多少？(g取10m/s2)答案：6.7m/s2解析：(1)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)由牛頓第二定律可知：FN－mg＝maam＝eq\f(FNm－mg,m)＝eq\f(50－30,3)m/s2≈6.7m/s2.4．一個(gè)質(zhì)量是50kg的人站在升降機(jī)的地板上，升降機(jī)的頂端懸掛了一個(gè)彈簧測力計(jì)，彈簧測力計(jì)下面掛著一個(gè)質(zhì)量為m＝5kg的物體A，當(dāng)升降機(jī)向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，他看到彈簧測力計(jì)的示數(shù)為40N，g取10m/s2，求此時(shí)人對地板的壓力大?。馕觯阂訟為研究對象，對A進(jìn)行受力分析如圖所示，選向下的方