高中物理 力學(xué)提升 專題10 超重與失重現(xiàn)象

1、專題10 超重與失重現(xiàn)象 【專題概述】1 . 幾個(gè)概念的了解：視重：定義：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)秤的讀數(shù)稱為視重。視重大小等于彈簧測(cè)力計(jì)所受物體的拉力大小或臺(tái)秤所受物體的壓力。超重：定義：物體對(duì)支持我的壓力（或?qū)覓煳锏睦Γ┐笥谖矬w所受重力的現(xiàn)象。產(chǎn)生的條件：物體具有向上的加速度失重：定義：物體對(duì)支持我的壓力（或?qū)覓煳锏睦Γ┬∮谖矬w所受重力的現(xiàn)象。產(chǎn)生的條件：物體具有向下的加速度完全失重：定義：物體對(duì)支持我的壓力（或?qū)覓煳锏睦Γ┑扔诹愕默F(xiàn)象產(chǎn)生的條件：物體的加速度a=g，且加速度方向向下。2 、對(duì)超重、視重的理解（1）不論超重、失重或完全失重，物體的

2、重力都不變，只是“視重“改變（2）物體是否處于超重或失重狀態(tài)，不在于物體向上運(yùn)動(dòng)還是向下運(yùn)動(dòng)，而在于物體具有向上的加速度還是向下的加速度，這也是判斷物體超重或失重的根本所在。加速度情況超重或失重視重Fa=0不超重、不失重F=mga 的方向向上超重F=m(g+a)a 的方向向下失重F=m(g-a)a=g,豎直向下完全失重F=0【典例精講】通過(guò)運(yùn)動(dòng)分析物體處于超重還是失重，并判斷壓力或拉力的大小典例1 一質(zhì)量為m的人站在電梯中，電梯減速上升，加速大小為g，g為重力加速度人對(duì)電梯底部的壓力為( )A mg B 2mg C mg D mg【答案】A【解析】由于電梯減速上升，故加速度向下，對(duì)人受力分析，

3、受到重力mg，地板支持力FN，由牛頓第二定律：mgFNma，即：mgFNmg，解得：FNmg，根據(jù)牛頓第三定律，則人對(duì)電梯底部的壓力為mg，A正確 典例2 一種巨型娛樂(lè)器械由升降機(jī)送到離地面75 m的高處，然后讓座艙自由落下落到離地面30 m高時(shí)，制動(dòng)系統(tǒng)開(kāi)始啟動(dòng)，座艙均勻減速，到地面時(shí)剛好停下若座艙中某人用手托著m5 kg的鉛球，g取10 m/s2，試求：(1)從開(kāi)始下落到最后著地經(jīng)歷的總時(shí)間(2)當(dāng)座艙落到離地面35 m的位置時(shí)，手對(duì)球的支持力是多大？(3)當(dāng)座艙落到離地面15 m的位置時(shí)，球?qū)κ值膲毫κ嵌啻螅俊敬鸢浮?1)5 s (2)0 (3)125 N 典例3 一個(gè)質(zhì)量是50 kg的

4、人站在升降機(jī)的地板上，升降機(jī)的頂部懸掛了一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)，彈簧測(cè)力計(jì)下面掛著一個(gè)質(zhì)量為mA5 kg的物體A，當(dāng)升降機(jī)向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，人看到彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為40 N，如下圖所示，g取10 m/s2，求此時(shí)人對(duì)地板的壓力 【答案】400 N，方向豎直向下 典例4 某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)測(cè)量長(zhǎng)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(kāi)始斜向上運(yùn)動(dòng)，整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)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10 m/s2，sin 370.6，cos 370.8.某次測(cè)量的三個(gè)階段

5、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(huà)出加速過(guò)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(guò)程的加速度大小a1和減速過(guò)程的加速度大小a2.【答案】(1) (2)60 kg (3)0.56 m/s2 0.42 m/s2【解析】(1) 加速過(guò)程，加速度斜向右上方，分解后，既有水平向右的加速度，所以水平方向要有水平a m/s20.42 m/s2典例5 在電梯中，把一重物置于臺(tái)秤上，臺(tái)秤與力的傳感器相連，當(dāng)電梯從靜止起加速上升，然后又勻速運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間，最后停止運(yùn)動(dòng)時(shí)，傳感器的熒屏上顯示出其受的壓力與時(shí)間的關(guān)系圖象如圖所示試由此圖回答問(wèn)

6、題：(g取10 m/s2) (1) 該物體的重力是多少？電梯在超重和失重時(shí)物體的重力是否變化？(2) 算出電梯在超重和失重時(shí)的最大加速度分別是多大？【答案】(1)30 N 不變 (2)6.67 m/s2 6.67 m/s2 【總結(jié)提升】1 、盡管物體的加速度不是豎直方向，但只要其加速度在豎直方向上有分量，物體就會(huì)出現(xiàn)超重或失重狀態(tài).當(dāng)方向豎直向上有分量時(shí)，物體處于超重狀態(tài)；當(dāng)豎直方向向下有時(shí)，物體處于失重狀態(tài)。2 、盡管整體沒(méi)有豎直方向的加速度，但只要物體的一部分具有豎直方向的分加速度，整體也會(huì)出現(xiàn)超重或失重狀態(tài)。3 、超重并不是說(shuō)重力增加了，失重并不是說(shuō)重力減小了，完全失重也不是說(shuō)重力完全消

7、失了。在發(fā)生這些現(xiàn)象時(shí)，物體的重力依然存在，且不發(fā)生變化，只是物體對(duì)支持物的壓力（或?qū)覓煳锏睦Γ┌l(fā)生變化4 、在完全失重的狀態(tài)下，平常一切由重力產(chǎn)生的物理現(xiàn)象都會(huì)完全消失，如天平失效、浸在水中的物體不再受浮力、液體柱不再產(chǎn)生向下的壓強(qiáng)等【專練提升】1 . 質(zhì)量是60 kg的人站在升降機(jī)中的體重計(jì)上，如下圖所示重力加速度g取10 m/s2，當(dāng)升降機(jī)做下列各種運(yùn)動(dòng)時(shí)，求體重計(jì)的示數(shù) (1)勻速上升(2)以4 m/s2的加速度加速上升(3)以5 m/s2的加速度加速下降【答案】(1)600 N (2)840 N (3)300 N 2 質(zhì)量為50 kg的人站在升降機(jī)內(nèi)的體重計(jì)上若升降機(jī)由靜止上升的

8、過(guò)程中，體重計(jì)的示數(shù)F隨時(shí)間t的變化關(guān)系如圖所示，g取10 m/s2. (1)求010 s內(nèi)升降機(jī)的加速度大??；(2)求20 s時(shí)間內(nèi)人上升的高度大小【答案】(1)4 m/s2 (2)600 m 3 小星家住十八樓，每天上學(xué)放學(xué)均要乘垂直升降電梯上下樓上學(xué)時(shí)，在電梯里，開(kāi)始他總覺(jué)得有種“飄飄然”的感覺(jué)，背的書(shū)包也感覺(jué)變“輕”了快到樓底時(shí)，他總覺(jué)得自己有種“腳踏實(shí)地”的感覺(jué)，背的書(shū)包也似乎變“重”了為了研究這種現(xiàn)象，小星在電梯里放了一臺(tái)臺(tái)秤如圖所示設(shè)小星的質(zhì)量為50 kg，g取10 m/s2.求下列情況中臺(tái)秤的示數(shù) (1)當(dāng)電梯以a2 m/s2的加速度勻加速上升；(2)當(dāng)電梯以a2 m/s2的加

9、速度勻減速上升；(3)當(dāng)電梯以a2 m/s2的加速度勻加速下降；(4)當(dāng)電梯以a2 m/s2的加速度勻減速下降；【答案】(1)600 N (2)400 N (3)400 N (4)600 N【解析】(1)勻加速上升時(shí)，以人為研究對(duì)象，受力情況、加速度方向、速度方向如圖所示選向上為正方向根據(jù)牛頓第二定律： FN1mgma得：FN1mgma50(102) N600 N由牛頓第三定律得，臺(tái)秤的示數(shù)為600 N.(2)勻減速上升時(shí)，以人為研究對(duì)象，人的受力情況、加速度方向、速度方向如圖所示選向下為正方向 根據(jù)牛頓第二定律：mgFN2ma得：FN2mgma50(102) N400 N由牛頓第三定律得，臺(tái)

10、秤的示數(shù)為400 N(3)勻加速下降時(shí)，以人為研究對(duì)象，人的受力情況、加速度方向、速度方向如圖所示，選向下為正方4 小明用臺(tái)秤研究人在升降電梯中的超重與失重現(xiàn)象他在地面上用臺(tái)秤稱得其體重為500 N，再將臺(tái)秤移至電梯內(nèi)稱其體重，電梯從t0時(shí)由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)到t11 s時(shí)停止，得到臺(tái)秤的示數(shù)F隨時(shí)間t變化的圖象如圖所示，g取10 m/s2.求： (1)小明在02 s內(nèi)加速度a1的大小，并判斷在這段時(shí)間內(nèi)他處于超重還是失重狀態(tài)；(2)在1011 s內(nèi)，臺(tái)秤的示數(shù)F3；(3)小明運(yùn)動(dòng)的總位移x.【答案】(1)1 m/s2 失重 (2)600 N (3)19 m 5 如圖所示，一細(xì)繩跨過(guò)裝在天花板上的滑

11、輪，細(xì)繩的一端懸掛一質(zhì)量為M的物體，另一端懸掛一載人的梯子，人的質(zhì)量為m，系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)不計(jì)摩擦及滑輪與細(xì)繩的質(zhì)量，要使天花板受滑輪的作用力為零，人應(yīng)如何運(yùn)動(dòng)？ 【答案】人應(yīng)以ag的加速度向下加速運(yùn)動(dòng)【解析】要使天花板受力為零，須使細(xì)繩中的拉力為零，物體M應(yīng)做自由落體運(yùn)動(dòng)，故梯子應(yīng)以加速度g向上勻加速運(yùn)動(dòng)，人對(duì)梯子的作用力向上，人應(yīng)向下加速運(yùn)動(dòng)最初人梯系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，即Mgmgm梯g設(shè)人與梯子之間的相互作用力為F，人向下的加速度為a，對(duì)梯子運(yùn)用牛頓第二定律Fm梯gm梯g對(duì)人運(yùn)用牛頓第二定律Fmgma解得：ag故人應(yīng)以ag的加速度向下加速運(yùn)動(dòng)，才能使天花板受力為零 6 在一種體驗(yàn)強(qiáng)烈失重、超重感覺(jué)的娛樂(lè)設(shè)施中，用電梯把乘有十多人的座艙，送到76 m