4-6-超重和失重(2019人教版必修第一冊(cè))(原卷版)

4.6超重和失重考點(diǎn)精講考點(diǎn)1：重力的測(cè)量1．方法一：利用牛頓第二定律先測(cè)量物體做自由落體運(yùn)動(dòng)的加速度g，再用天平測(cè)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(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)物體受到的重力的大小等于測(cè)力計(jì)對(duì)物體的拉力或支持力的大?。纠?】關(guān)于重力的大小，下列說法正確的是()A．彈簧測(cè)力計(jì)下端懸掛一重物，彈簧測(cè)力計(jì)讀數(shù)大小一定等于這個(gè)物體重力的大小B．重力是物體固有的屬性C．質(zhì)量一定的物體，其重力大小也一定D．同一物體在北京的重力大于在赤道上的重力【針對(duì)訓(xùn)練】1．設(shè)想從某一天起，地球的引力減小了一半，那么對(duì)于漂浮在水面上的船來說，下列說法正確的是()A．船受到的重力將減小，船的吃水深度仍不變B．船受到的重力將減小，船的吃水深度也減小C．船受到的重力將不變，船的吃水深度也不變D．船受到的重力將不變，船的吃水深度將減小2．隨著生活水平的提高，肥胖問題日漸突出，控制體重逐漸引起人們的重視。如圖所示，一個(gè)小朋友正站在體重計(jì)上測(cè)量體重，下列說法中正確的是（）A．小朋友下蹲過程，體重計(jì)示數(shù)將變小，處于失重狀態(tài)B．靜止時(shí)，小朋友對(duì)體重計(jì)的壓力和體重計(jì)對(duì)小朋友的支持力是一對(duì)平衡力C．小朋友下蹲過程，體重計(jì)示數(shù)先變小后變大，先失重后超重D．靜止時(shí)，小朋友所受的重力和小朋友對(duì)體重計(jì)的壓力是一對(duì)相互作用力考點(diǎn)2：超重和失重現(xiàn)象1．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。當(dāng)物體處于超重或失重時(shí)，物體的重力并未變化，只是視重變了。2．超重、失重的比較特征狀態(tài)加速度視重(F)與重力關(guān)系運(yùn)動(dòng)情況受力示意圖平衡a＝0F＝mg靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)超重向上由F－mg＝ma得F＝m(g＋a)>mg向上加速或向下減速失重向下由mg－F＝ma得F＝m(g－a)<mg向下加速或向上減速完全失重a＝g由mg－F＝ma得F＝0自由落體、拋體、正常運(yùn)行的衛(wèi)星等3.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)支持物無壓力、擺鐘將停止擺動(dòng)等現(xiàn)象，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)?！纠?】幾位同學(xué)為了探究電梯起動(dòng)和制動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化情況，他們將體重計(jì)放在電梯中，一位同學(xué)站在體重計(jì)上，然后乘坐電梯從1層直接到10層，之后又從10層直接回到1層．用照相機(jī)進(jìn)行了相關(guān)記錄，如圖所示．圖1為電梯靜止時(shí)體重計(jì)的照片，圖2、圖3、圖4和圖5分別為電梯運(yùn)動(dòng)過程中體重計(jì)的照片．根據(jù)照片推斷正確的是（）A．根據(jù)圖2推斷電梯一定處于加速上升過程，電梯內(nèi)同學(xué)可能處于超重狀態(tài)B．根據(jù)圖3推斷電梯一定處于減速下降過程，電梯內(nèi)同學(xué)可能處于失重狀態(tài)C．根據(jù)圖4推斷電梯可能處于減速上升過程，電梯內(nèi)同學(xué)一定處于失重狀態(tài)D．根據(jù)圖5推斷電梯可能處于減速下降過程，電梯內(nèi)同學(xué)一定處于超重狀態(tài)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(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)?！踞槍?duì)訓(xùn)練】1．(對(duì)超重、失重的理解)關(guān)于超重和失重，下列說法中正確的是()A．超重就是物體受的重力增加了B．失重就是物體受的重力減小了C．完全失重就是物體一點(diǎn)重力都不受了D．不論超重還是失重，物體所受重力是不變的2．(超重、失重的判斷)(多選)如圖所示是某同學(xué)站在力傳感器上做下蹲－起立的動(dòng)作時(shí)記錄的壓力F隨時(shí)間t變化的圖線。由圖線可知該同學(xué)()A．做了一次下蹲一起立的動(dòng)作B．做了兩次下蹲一起立的動(dòng)作，且下蹲后約4s起立C．下蹲過程處于失重狀態(tài)，起立過程處于超重狀態(tài)D．下蹲過程先處于失重狀態(tài)后處于超重狀態(tài)3．利用傳感器和計(jì)算機(jī)可以研究力的大小變化情況，實(shí)驗(yàn)時(shí)讓某同學(xué)從桌子上跳下，自由下落后雙腳觸地，他順勢(shì)彎曲雙腿，他的重心又下降了，計(jì)算機(jī)顯示該同學(xué)受到地面支持力隨時(shí)間變化的圖像如圖所示，根據(jù)圖像提供的信息，以下判斷錯(cuò)誤的是（）A．在0至?xí)r間內(nèi)該同學(xué)處于失重狀態(tài)B．在至?xí)r間內(nèi)該同學(xué)處于超重狀態(tài)C．時(shí)刻該同學(xué)的加速度為零D．在至?xí)r間內(nèi)該同學(xué)的重心繼續(xù)下降考點(diǎn)3：超重、失重的有關(guān)計(jì)算超重與失重問題，實(shí)質(zhì)上是牛頓第二定律應(yīng)用的延續(xù)，解題時(shí)仍應(yīng)抓住聯(lián)系力和運(yùn)動(dòng)的橋梁——加速度。2．基本思路（1）確定研究對(duì)象；（2）把研究對(duì)象從運(yùn)動(dòng)體系中隔離出來，進(jìn)行受力分析并畫出受力圖；（3）選取正方向，分析物體的運(yùn)動(dòng)情況，明確加速度的方向；（4）根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式列方程；（5）解方程，找出所需的結(jié)果。3．注意使用牛頓第三定律，因?yàn)閴毫椭С至Σ⒉皇且换厥?，同時(shí)注意物體具有向上(或向下)的加速度與物體向上運(yùn)動(dòng)還是向下運(yùn)動(dòng)無關(guān)?！纠?】某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)測(cè)量長距離電動(dòng)扶梯加速度的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示。將一電子健康秤置于水平的扶梯臺(tái)階上，實(shí)驗(yàn)員站在健康秤上相對(duì)健康秤靜止。使電動(dòng)扶梯由靜止開始斜向上運(yùn)動(dòng)，整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程可分為三個(gè)階段，先加速、再勻速、最終減速停下。已知電動(dòng)扶梯與水平方向夾角為37°。重力加速度g取10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8。某次測(cè)量的三個(gè)階段中電子健康秤的示數(shù)F隨時(shí)間t的變化關(guān)系，如圖乙所示。（1）畫出加速過程中實(shí)驗(yàn)員的受力示意圖；（2）求該次測(cè)量中實(shí)驗(yàn)員的質(zhì)量m；（3）求該次測(cè)量中電動(dòng)扶梯加速過程的加速度大小a1和減速過程的加速度大小a2。對(duì)于有關(guān)超重、失重的計(jì)算問題，首先應(yīng)根據(jù)加速度方向判斷物體處于超重狀態(tài)還是失重狀態(tài)，然后選加速度方向?yàn)檎较颍治鑫矬w的受力情況，利用牛頓第二定律進(jìn)行求解。求解此類問題的關(guān)鍵是確定物體加速度的大小和方向?！踞槍?duì)訓(xùn)練】1．在發(fā)射載人飛船過程中，運(yùn)載火箭在上升的v-t圖像如圖所示。下列說法正確的是（）A．在前30s內(nèi)航天員的加速度恒為2m/s2B．在前30s內(nèi)航天員先處于失重狀態(tài)，后處于超重狀態(tài)C．在40s內(nèi)航天員的平均速度小于100m/sD．在40s時(shí)航天員離地面高度等于4000m2．在某次火災(zāi)演練中，小華利用窗簾、床單等擰成繩，從四樓窗戶沿繩下滑到地面運(yùn)動(dòng)過程的v-t圖像如圖所示。已知小華的質(zhì)量為60kg，下列說法正確的是（）A．0~4s內(nèi)，小華做自由落體運(yùn)動(dòng)B．4~5s內(nèi)繩子對(duì)小華的作用力是0~4s內(nèi)的4倍C．小華先處于超重狀態(tài)，后處于失重狀態(tài)D．小華開始下滑的位置距離地面的高度為10m3．一個(gè)質(zhì)量為50kg的人在電梯里的體重秤上靜止站立不動(dòng)。（1）電梯靜止時(shí)體重秤的示數(shù)為多少？（2）電梯向上做的加速運(yùn)動(dòng)時(shí)體重秤的示數(shù)為多少？g=10m/s2考點(diǎn)一對(duì)超重和失重的理解1．(多選)如圖是娛樂節(jié)目中設(shè)計(jì)的“導(dǎo)師戰(zhàn)車”。當(dāng)坐在戰(zhàn)車中的導(dǎo)師按下按鈕時(shí)，戰(zhàn)車就由靜止開始沿長10m的傾斜直軌道向下運(yùn)動(dòng)；某時(shí)刻開始減速，到達(dá)站在軌道末端的學(xué)員面前時(shí)，恰好靜止，整個(gè)過程歷時(shí)4s。將加速、減速過程分別視為勻變速直線運(yùn)動(dòng)，則()A．戰(zhàn)車運(yùn)動(dòng)過程中導(dǎo)師先失重后超重B．戰(zhàn)車運(yùn)動(dòng)過程中所受外力不變C．戰(zhàn)車加速過程中的加速度一定等于減速過程中的加速度D．戰(zhàn)車運(yùn)動(dòng)過程中的最大速度為5m/s2．如圖所示，在臺(tái)秤的托盤上放一個(gè)支架，支架上固定一電磁鐵A，電磁鐵A的正下方有一鐵塊B，電磁鐵A不通電時(shí)，臺(tái)秤的示數(shù)為G。某時(shí)刻接通電源，在鐵塊B被吸引起來的過程中，臺(tái)秤的示數(shù)將()A．不變 B．變大C．變小 D．忽大忽小3．(多選)如圖所示為蹦極運(yùn)動(dòng)的示意圖。彈性繩的一端固定在O點(diǎn)，另一端和運(yùn)動(dòng)員相連。運(yùn)動(dòng)員從O點(diǎn)自由下落，至B點(diǎn)彈性繩自然伸直，經(jīng)過合力為零的C點(diǎn)到達(dá)最低點(diǎn)D，然后彈起。整個(gè)過程中忽略空氣阻力。分析這一過程，下列表述正確的是()A．從O點(diǎn)到B點(diǎn)，運(yùn)動(dòng)員的加速度增大，處于失重狀態(tài)B．從B點(diǎn)到C點(diǎn)，運(yùn)動(dòng)員的速率減小，處于失重狀態(tài)C．從B點(diǎn)到C點(diǎn)，運(yùn)動(dòng)員的速率增大，處于失重狀態(tài)D．從C點(diǎn)到D點(diǎn)，運(yùn)動(dòng)員的加速度增大，處于超重狀態(tài)考點(diǎn)二超重、失重的有關(guān)計(jì)算4．某人在地面上最多可舉起50kg的物體，某時(shí)刻他在豎直向上運(yùn)動(dòng)的電梯中最多舉起了60kg的物體，據(jù)此判斷此電梯加速度的大小和方向(g取10m/s2)()A．2m/s2，方向豎直向上B．eq\f(5,3)m/s2，方向豎直向上C．2m/s2，方向豎直向下D．eq\f(5,3)m/s2，方向豎直向下5．如圖甲所示，質(zhì)量m＝60kg的同學(xué)，雙手抓住單杠做引體向上，他重心的速率隨時(shí)間變化的圖像如圖乙所示。g取10m/s2，由圖像可知()甲乙A．t＝0.5s時(shí)他的加速度為3m/s2B．t＝0.4s時(shí)他處于超重狀態(tài)C．t＝1.1s時(shí)他受到單杠的作用力的大小是620ND．t＝1.5s時(shí)他處于超重狀態(tài)6．(多選)某人在地面上用體重計(jì)測(cè)得其體重為49kg。他將體重計(jì)移至電梯內(nèi)稱其體重，t0至t3時(shí)間段內(nèi)體重計(jì)的示數(shù)如圖所示，電梯運(yùn)行的v-t圖可能是(取電梯向上運(yùn)動(dòng)的方向?yàn)檎?()考點(diǎn)三超重、失重的應(yīng)用7．在升降電梯內(nèi)的地板上放一體重計(jì)，電梯靜止時(shí)，小敏站在體重計(jì)上，體重計(jì)示數(shù)為50kg。在電梯運(yùn)行過程中，某一段時(shí)間內(nèi)小敏發(fā)現(xiàn)體重計(jì)示數(shù)如圖所示，在這段時(shí)間內(nèi)(g取10m/s2)，下列說法正確的是()A．小敏所受的重力變小了B．小敏對(duì)體重計(jì)的壓力變大了C．電梯一定豎直向下做加速運(yùn)動(dòng)D．電梯的加速度大小為2m/s2，方向一定豎直向下8.如圖所示，金屬小桶側(cè)面有一小孔A，當(dāng)桶內(nèi)盛水時(shí)，水會(huì)從小孔A中流出。如果讓裝滿水的小桶自由下落，不計(jì)空氣阻力，則在小桶自由下落過程中()A．水繼續(xù)以相同的速度從小孔中噴出B．水不再從小孔噴出C．水將以更大的速度噴出D．水將以較小的速度噴出9．(多選)如圖所示，小球A放在真空容器B內(nèi)，小球的直徑恰好等于正方體B的邊長，將它們以初速度v0豎直上拋，A、B一起上升的過程中，下列說法正確的是()A．若不計(jì)空氣阻力，A、B間一定沒有彈力B．若不計(jì)空氣阻力，A、B間一定有彈力C．若考慮空氣阻力，A對(duì)B的上板一定有壓力D．若考慮空氣阻力，A對(duì)B的下板一定有壓力鞏固提升10．圖甲中的塔吊是現(xiàn)代工地必不可少的建筑設(shè)備，圖乙為150kg的建筑材料被吊車豎直向上提升過程的簡化運(yùn)動(dòng)圖像，g取10m/s2，下列判斷正確的是()甲乙A．前10s的懸線的拉力恒為1500NB．46s末塔吊的材料離地面的距離為22mC．0～10s材料處于失重狀態(tài)D．在30～36s鋼索最容易發(fā)生斷裂11．如圖所示，小車上有一個(gè)定滑輪，跨過定滑輪的繩一端系一小球，另一端系在彈簧測(cè)力計(jì)上，彈簧測(cè)力計(jì)下端固定在小車上。開始時(shí)小車處于靜止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)小車沿水平方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，小球恰能穩(wěn)定在圖中虛線位置，下列說法正確的是()A．小球處于超重狀態(tài)，小車對(duì)地面的壓力大于系統(tǒng)的總重力B．小球處于失重狀態(tài)，小車對(duì)地面的壓力小于系統(tǒng)的總重力C．彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)大于小球的重力，但小球既不超重也不失重D．彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)大于小球的重力，小車一定向右勻加速運(yùn)動(dòng)12．若貨物隨升降機(jī)運(yùn)動(dòng)的v-t圖像如圖所示(豎直向上為正)，則貨物受到升降機(jī)的支持力F與時(shí)間t