第十七講　超重與失重—魯科版（2019）高中新高一暑期物理銜接講義（機(jī)構(gòu)專用）

1、第十七講超重與失重知識(shí)點(diǎn)超 重 現(xiàn) 象先填空1定義：物體對(duì)懸掛物的拉力(或?qū)χС治锏膲毫?大于物體所受重力的現(xiàn)象2產(chǎn)生條件：物體有向上的加速度3運(yùn)動(dòng)類型：超重物體做向上加速運(yùn)動(dòng)或向下減速運(yùn)動(dòng)再判斷1物體處于超重狀態(tài)時(shí)，一定向上運(yùn)動(dòng)(×)2物體處于超重狀態(tài)時(shí)，可能向下運(yùn)動(dòng)()3豎直向上拋出的物體，在上升過程中處于超重狀態(tài)(×)后思考“超重”是不是物體所受的重力增加了？【提示】“超重”不是物體所受的重力增加了，“超重”現(xiàn)象是物體由于具有向上的加速度，對(duì)支持物的壓力或?qū)覓煳锏睦Υ笥谖矬w所受重力，物體所受重力沒有變化合作探討在運(yùn)行的電梯上，某同學(xué)站在臺(tái)秤上突然看到自己的體重變大

2、圖6­4­1探討1：體重變大的原因？【提示】人對(duì)支持面的壓力變大探討2：人有加速度嗎？什么方向？可能做什么運(yùn)動(dòng)？【提示】有，向上，可能加速上升或減速下降核心點(diǎn)擊1實(shí)重與視重(1)實(shí)重：物體實(shí)際所受重力物體所受重力不會(huì)因?yàn)槲矬w運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變而變化(2)視重：用彈簧測(cè)力計(jì)或臺(tái)秤來(lái)測(cè)量物體重力時(shí)，彈簧測(cè)力計(jì)或臺(tái)秤的示數(shù)叫做物體的視重當(dāng)物體與彈簧測(cè)力計(jì)保持靜止或者勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，視重等于實(shí)重；當(dāng)存在豎直方向的加速度時(shí)，視重不再等于實(shí)重2超重現(xiàn)象(1)超重現(xiàn)象：物體對(duì)懸掛物的拉力(或?qū)χС治锏膲毫?大于物體所受重力的現(xiàn)象(2)產(chǎn)生超重的原因：當(dāng)物體具有豎直向上的加速度a時(shí)，支持物對(duì)物體的

3、支持力(或懸繩的拉力)為F.由牛頓第二定律可得：Fmgma.所以Fm(ga)>mg.由牛頓第三定律知，物體對(duì)支持物的壓力(或?qū)依K的拉力)F>mg.(3)超重的動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)：超重加速度方向向上(或有向上的分量)1下列說(shuō)法中正確的是()A只有正在向上運(yùn)動(dòng)的物體，才有可能處于超重狀態(tài)B超重就是物體所受的重力增大C物體處于超重狀態(tài)時(shí)，地球?qū)λ囊ψ兇驞超重時(shí)物體所受的重力不變【解析】只要物體加速度方向向上，物體就處于超重狀態(tài)，物體也可能向下做減速運(yùn)動(dòng)，故A錯(cuò)誤；超重時(shí)物體的重力不變，地球?qū)ξ矬w的吸引力也不變，故B、C錯(cuò)誤，D正確【答案】D2如圖6­4­2所示，輕質(zhì)彈簧

4、的上端固定在電梯的天花板上，彈簧下端懸掛一個(gè)小鐵球，在電梯運(yùn)行時(shí)，乘客發(fā)現(xiàn)彈簧的伸長(zhǎng)量比電梯靜止時(shí)的伸長(zhǎng)量大，這一現(xiàn)象表明()圖6­4­2A電梯一定是在上升B電梯一定是在下降C電梯的加速度方向一定是向下D乘客一定處在超重狀態(tài)【解析】電梯靜止時(shí)，彈簧的拉力和小鐵球的重力相等現(xiàn)在，彈簧的伸長(zhǎng)量變大，則彈簧的拉力增大，小鐵球受到的合力方向向上，加速度方向向上，小鐵球處于超重狀態(tài)但是電梯的運(yùn)動(dòng)方向可能向上也可能向下，故選D.【答案】D3質(zhì)量是60 kg的人站在升降機(jī)中的體重計(jì)上，如圖6­4­3所示，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？(g取10 m/s

5、2)(1)升降機(jī)勻速上升；(2)升降機(jī)以4 m/s2的加速度勻加速上升. 圖6­4­3【解析】以人為研究對(duì)象受力分析如圖所示：(1)勻速上升時(shí)a0，所以Nmg0;Nmg600 N.據(jù)牛頓第三定律知NN600 N.(2)勻加速上升時(shí)，a向上，取向上為正方向，則NmgmaNm(ga)60×(104) N840 N據(jù)牛頓第三定律知：NN840 N.【答案】(1)600 N(2)840 N對(duì)超重現(xiàn)象理解的兩點(diǎn)技巧1物體處于超重狀態(tài)時(shí)，實(shí)重(即所受重力)并不變，只是視重變了，視重比實(shí)重增加了ma；2決定物體超重的因素是物體具有向上的加速度，與速度無(wú)關(guān)，即物體可以向上加速運(yùn)動(dòng)

6、，也可以向下減速運(yùn)動(dòng)知識(shí)點(diǎn)失 重 現(xiàn) 象先填空1定義：物體對(duì)懸掛物的拉力(或?qū)χС治锏膲毫?小于物體所受重力的現(xiàn)象2產(chǎn)生條件：物體有向下的加速度3運(yùn)動(dòng)狀態(tài)：失重物體包括向上減速運(yùn)動(dòng)和向下加速運(yùn)動(dòng)兩種運(yùn)動(dòng)情況4完全失重：(1)定義：物體對(duì)懸掛物的拉力(或?qū)χС治锏膲毫?等于零的狀態(tài)(2)產(chǎn)生完全失重現(xiàn)象的條件：當(dāng)物體豎直向下的加速度等于重力加速度時(shí)，就產(chǎn)生完全失重現(xiàn)象再判斷1只要物體向下運(yùn)動(dòng)，就會(huì)引起失重現(xiàn)象(×)2物體在完全失重的條件下，對(duì)支持它的支撐面壓力為零()3物體完全失重時(shí)，不受重力作用(×)后思考在完全失重的情況下，一切由重力產(chǎn)生的現(xiàn)象會(huì)消失，那么天平還能測(cè)出物體

7、的質(zhì)量嗎？浸在水中的物體還受浮力嗎？【提示】天平不能測(cè)質(zhì)量，浸在水中的物體也不會(huì)受到浮力合作探討找一個(gè)用過的易拉罐(或金屬罐頭盒、塑料瓶)，在靠近底部的側(cè)面打一個(gè)孔，用手指按住孔，在里面裝上水，如圖6­4­4(甲)所示圖6­4­4探討1：移開手指，會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？【提示】水會(huì)從小孔流出探討2：如果讓罐子自由下落，如圖(乙)，在下落過程中，上述現(xiàn)象有變化嗎？這是為什么呢？【提示】水不再流出，因?yàn)樽杂上侣溥^程中水處于完全失重狀態(tài)，對(duì)易拉罐底部沒有壓力核心點(diǎn)擊1對(duì)失重現(xiàn)象的理解(1)從力的角度看：失重時(shí)物體受到的豎直懸繩(或測(cè)力計(jì))的拉力或水平支撐面(或臺(tái)秤)

8、的支持力小于重力，好像重力變小了，正是由于這樣，把這種現(xiàn)象定義為“失重” (2)從加速度的角度看：根據(jù)牛頓第二定律，處于失重狀態(tài)的物體的加速度方向向下(ag，如圖6­4­5)，這是物體失重的條件，也是判斷物體失重與否的依據(jù)圖6­4­52對(duì)完全失重的理解：物體處于完全失重狀態(tài)(ag)時(shí)，重力全部產(chǎn)生加速度，不再產(chǎn)生壓力(如圖6­4­6)，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)生壓強(qiáng)等圖6­4­64如圖6­4­7所示，A、B兩物體疊放在一起，以相

9、同的初速度上拋(不計(jì)空氣阻力)下列說(shuō)法正確的是()圖6­4­7A在上升和下降過程中A對(duì)B的壓力一定為零B上升過程中A對(duì)B的壓力大于A物體受到的重力C下降過程中A對(duì)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(duì)B的壓力等于A物體受到的重力【解析】以A、B作為整體，上升過程只受重力作用，所以系統(tǒng)的加速度為g，方向豎直向下，故系統(tǒng)處于完全失重狀態(tài)，A、B之間無(wú)彈力作用，A正確，B錯(cuò)誤；下降過程，A、B仍是處于完全失重狀態(tài)，A、B之間也無(wú)彈力作用，C、D錯(cuò)誤【答案】A5(多選)在升降機(jī)內(nèi)，一人站在磅秤上，發(fā)現(xiàn)自己的體重減輕了20%，則下列判斷可能正確的是(g取10 m/s2)

10、 () A升降機(jī)以8 m/s2的加速度加速上升B升降機(jī)以2 m/s2的加速度加速下降C升降機(jī)以2 m/s2的加速度減速上升D升降機(jī)以8 m/s2的加速度減速下降【解析】人發(fā)現(xiàn)體重減輕，說(shuō)明人處于失重狀態(tài)，加速度向下，由mgNma，N80%mg，故a0.2 g2 m/s2，方向向下升降機(jī)可能加速下降，也可能減速上升，故B、C正確【答案】BC6一個(gè)質(zhì)量50 kg的人站在升降機(jī)的地板上，升降機(jī)的頂部懸掛了一只彈簧測(cè)力計(jì)，彈簧測(cè)力計(jì)下面掛著一個(gè)質(zhì)量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，如圖6­4­8所示，g取10 m/s2，求此時(shí)人對(duì)地板的壓力

11、圖6­4­8甲乙【解析】依題意可知，彈簧測(cè)力計(jì)讀數(shù)為40 N，而物體A的重力GmAg50 N，顯然彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)小于物體的重力，即視重小于實(shí)重，物體A處于失重狀態(tài)由于人和A以及升降機(jī)三者具有相同的加速度，因此人也處于失重狀態(tài)以A為研究對(duì)象，受力分析如圖甲所示由牛頓第二定律得mAgTmAa所以a m/s22 m/s2，方向向下，人的受力如圖乙所示由牛頓第二定律得MgNMa，所以NMgMa400 N由牛頓第三定律可得，人對(duì)地板的壓力為400 N，方向向下【答案】400 N，方向向下7(多選)如圖6­4­11所示，斜面體M始終處于靜止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)物體m沿斜面下滑

12、時(shí)，下列說(shuō)法正確的是 ()圖6­4­11A勻速下滑時(shí)，M對(duì)地面的壓力等于(Mm)gB加速下滑時(shí)，M對(duì)地面的壓力小于(Mm)gC勻減速下滑時(shí)，M對(duì)地面的壓力大于(Mm)gDM對(duì)地面的壓力始終等于(Mm)g【解析】物體加速下滑時(shí)整個(gè)系統(tǒng)有豎直向下的加速度分量而出現(xiàn)失重現(xiàn)象，故B正確；物體勻減速下滑時(shí)系統(tǒng)存在豎直向上的加速度分量，處于超重狀態(tài)，故C正確；勻速下滑時(shí)系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，故A正確【答案】ABC8據(jù)報(bào)載，我國(guó)航天員張曉光的質(zhì)量為63 kg(裝備質(zhì)量不計(jì))，假設(shè)飛船以加速度8.6 m/s2豎直加速上升，g取9.8 m/s2.(1)此時(shí)張曉光對(duì)座椅的壓力多大？(2)張曉光訓(xùn)練

13、時(shí)承受的壓力可達(dá)到8g，這表示什么意思？(3)當(dāng)飛船返回地面，減速下降時(shí)，張曉光應(yīng)該有什么樣的感覺？ 【解析】(1)對(duì)張曉光受力分析如圖所示由牛頓第二定律Fma，得Nmgma，即Nmgmam(ga)63×(9.88.6) N1 159.2 N.由牛頓第三定律知，張曉光對(duì)座椅的壓力和座椅對(duì)張曉光的支持力互為作用力與反作用力，則NN1 159.2 N.(2)表示張曉光可承受大小為自身重力8倍的壓力(3)當(dāng)飛船減速下降時(shí)，飛船的加速度豎直向上，處于超重狀態(tài)，張曉光應(yīng)有超重的感覺【答案】(1)1 159.2 N(2)見解析(3)見解析對(duì)失重現(xiàn)象理解的兩點(diǎn)注意：1處于完全失重狀態(tài)的物體，并不是

14、所受重力消失了，重力并不變，只是物體對(duì)懸掛物的拉力(或?qū)χС治锏膲毫?等于零2若物體不在豎直方向上運(yùn)動(dòng)，但只要其加速度在豎直方向上有分量，即ay0，即當(dāng)ay的方向豎直向上時(shí)，物體處于超重狀態(tài)；當(dāng)ay的方向豎直向下時(shí)，物體處于失重狀態(tài)【課后作業(yè)】1下列說(shuō)法正確的是()A體操運(yùn)動(dòng)員雙手握住單杠吊在空中不動(dòng)時(shí)處于失重狀態(tài)B蹦床運(yùn)動(dòng)員在空中上升和下落過程中都處于失重狀態(tài)C舉重運(yùn)動(dòng)員在舉起杠鈴后不動(dòng)的那段時(shí)間內(nèi)處于超重狀態(tài)D游泳運(yùn)動(dòng)員仰臥在水面靜止不動(dòng)時(shí)處于失重狀態(tài)【解析】從受力上看，失重物體所受合外力向下，超重物體所受合外力向上；從加速度上看，失重物體的加速度向下，而超重物體的加速度向上A、C、D中的

15、各運(yùn)動(dòng)員所受合外力為零，加速度為零，只有B中的運(yùn)動(dòng)員處于失重狀態(tài)【答案】B2下面關(guān)于失重和超重的說(shuō)法，正確的是()A物體處于失重狀態(tài)時(shí)，所受重力減??；處于超重狀態(tài)時(shí)，所受重力增大B在電梯上出現(xiàn)失重現(xiàn)象時(shí)，電梯必定處于下降過程C在電梯上出現(xiàn)超重現(xiàn)象時(shí)，電梯有可能處于下降過程D只要物體運(yùn)動(dòng)的加速度方向向上，物體必定處于失重狀態(tài)【解析】加速度方向向下，物體處于失重狀態(tài)，加速度方向向上，物體處于超重狀態(tài)，超重和失重并非物體的重力增大或減小，而是使懸繩(或支持面)的彈力增大或減小，故A、D均錯(cuò)；電梯加速向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，物體處于超重狀態(tài)，電梯減速下降時(shí)，物體也處于超重狀態(tài)，電梯減速上升時(shí)，物體處于失重狀態(tài)故B

16、錯(cuò)誤，C正確【答案】C3(多選)某人在地面上用體重計(jì)稱得其體重為490 N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6­4­9所示，電梯運(yùn)動(dòng)的v­t圖象可能是以下四個(gè)選項(xiàng)中的(取電梯向上運(yùn)動(dòng)的方向?yàn)檎较?() 圖6­4­9【解析】由題圖可知，在t0t1階段，體重計(jì)示數(shù)小于實(shí)際體重，則處于失重狀態(tài)，此時(shí)具有向下的加速度；在t1t2階段，體重計(jì)示數(shù)等于實(shí)際體重，說(shuō)明電梯做勻速直線運(yùn)動(dòng)或處于靜止?fàn)顟B(tài)；在t2t3階段，體重計(jì)示數(shù)大于實(shí)際體重，則處于超重狀態(tài)，具有向上的加速度故選項(xiàng)A、D正確【答案】AD4(多選)“天宮二號(hào)”繞

17、地球運(yùn)動(dòng)時(shí)，里面所有物體都處于完全失重狀態(tài)，則在其中可以完成下列哪個(gè)實(shí)驗(yàn)() A水銀溫度計(jì)測(cè)量溫度B做托里拆利實(shí)驗(yàn)C驗(yàn)證阿基米德原理D用兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)驗(yàn)證牛頓第三定律【解析】物體處于完全失重狀態(tài)，與重力有關(guān)的一切物理現(xiàn)象都消失了托里拆利實(shí)驗(yàn)用到了水銀的壓強(qiáng)，由于pgh與重力加速度g有關(guān)，故該實(shí)驗(yàn)不能完成；阿基米德原理中的浮力FgV排也與重力加速度g有關(guān)，故該實(shí)驗(yàn)也不能完成；水銀溫度計(jì)測(cè)溫度利用了液體的熱脹冷縮原理，彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)拉力與重力無(wú)關(guān)故能完成的實(shí)驗(yàn)是A、D.【答案】AD5某電梯中用細(xì)繩靜止懸掛一重物，當(dāng)電梯在豎直方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，突然發(fā)現(xiàn)繩子斷了，由此判斷此時(shí)電梯的情況是 ()A電梯一定是加速

18、上升B電梯可能是減速上升C電梯可能勻速向上運(yùn)動(dòng)D電梯的加速度方向一定向上【解析】由于繩子突然斷了，說(shuō)明繩子拉力一定變大了，由此可知，電梯一定有方向向上的加速度，但電梯并不一定向上運(yùn)動(dòng)，故A錯(cuò)誤，D正確；電梯減速上升加速度向下，B錯(cuò)誤；電梯勻速上升，繩子不可能斷，C錯(cuò)誤【答案】D6一質(zhì)量為m的人站在電梯中，電梯加速上升，加速度大小為g，g為重力加速度人對(duì)電梯底部的壓力大小為 ()A.mgB2mgCmg D.mg【解析】電梯加速上升時(shí)，人處于超重狀態(tài)，則人所受電梯的支持力為Nmg(ga)mmg.由牛頓第三定律可知，人對(duì)電梯底部的壓力大小為mg，故D正確【答案】D7一個(gè)同學(xué)站在體重計(jì)上稱體重，當(dāng)該同

19、學(xué)靜止時(shí)體重計(jì)示數(shù)為600 N，現(xiàn)在該同學(xué)突然下蹲，則從開始下蹲到靜止全過程中體重計(jì)的示數(shù)() A一直大于600 NB一直小于600 NC先是大于600 N后小于600 N，最后等于600 ND先是小于600 N后大于600 N，最后等于600 N【解析】該同學(xué)下蹲全過程中，他先是加速向下后又減速向下運(yùn)動(dòng)，最后靜止，故他先是處于失重狀態(tài)，體重計(jì)示數(shù)小于重力600 N，后又處于超重狀態(tài)，體重計(jì)示數(shù)大于600 N，最后處于平衡狀態(tài)，體重計(jì)示數(shù)為600 N，D正確【答案】D8(多選)原來(lái)做勻速運(yùn)動(dòng)的升降機(jī)內(nèi)，有一被拉長(zhǎng)的彈簧拉住的具有一定質(zhì)量的物體A靜止在地板上，如圖6­4­10

20、所示現(xiàn)發(fā)現(xiàn)A突然被彈簧拉向右方，由此可判斷，此時(shí)升降機(jī)的運(yùn)動(dòng)情況可能是 ()圖6­4­10A加速上升 B減速上升 C加速下降 D減速下降【解析】升降機(jī)勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，物體靜止在地板上，說(shuō)明物體受到的靜摩擦力與彈簧的拉力平衡，即彈簧的拉力不大于最大靜摩擦力，物體突然被拉動(dòng)，說(shuō)明拉力要大于最大靜摩擦力，物體被拉動(dòng)前，彈簧彈力是不變的，所以最大靜摩擦力變小，其原因是物體與地板間的正壓力減小了，物體處于失重狀態(tài)，故應(yīng)有向下的加速度，B、C對(duì)，A、D錯(cuò)【答案】BC9(多選)“蹦極”是一項(xiàng)非常刺激的運(yùn)動(dòng)如圖6­4­12所示，某人身系彈性繩自高空P點(diǎn)自由下落，圖中a點(diǎn)是彈性繩的原長(zhǎng)位置，c是人所到達(dá)的最低點(diǎn)，b是人靜止地懸吊著時(shí)的平衡位置，不計(jì)空氣阻力，人在從P點(diǎn)落下到最低點(diǎn)c的過程中() 圖6­4­12A人在Pa段做自由落體運(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，其加速度為零【解析】Pa段人做自由落體運(yùn)動(dòng)，加速度為g，人處于完全失重狀態(tài)，A正確從a到b的過程中，人的重力大于彈力，合力方向向下，加速度方向