新人教版高中物理必修第二冊(cè)：4.6超重和失重

第6節(jié)超重和失重核心素養(yǎng)物理觀念科學(xué)思維科學(xué)態(tài)度與責(zé)任1.知道重力測(cè)量的兩種方法。2.認(rèn)識(shí)超重、失重現(xiàn)象，會(huì)根據(jù)產(chǎn)生條件判斷超重、失重現(xiàn)象。通過(guò)實(shí)驗(yàn)會(huì)分析超重、失重現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。觀察體會(huì)生活中的超、失重現(xiàn)象，會(huì)用物理知識(shí)分析生產(chǎn)、生活中的超重、失重現(xiàn)象。知識(shí)點(diǎn)一重力的測(cè)量方法一：先測(cè)量物體做自由落體運(yùn)動(dòng)的

，再用

測(cè)量物體的質(zhì)量，利用牛頓第二定律可得G＝mg。方法二：利用

對(duì)重力進(jìn)行測(cè)量。加速度g天平力的平衡條件知識(shí)點(diǎn)二超重和失重[觀圖助學(xué)]1.視重：人站在體重計(jì)上時(shí)，體重計(jì)的

稱為視重。2.超重現(xiàn)象 (1)定義：物體對(duì)支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?

物體所受重力的現(xiàn)象。 (2)產(chǎn)生條件：物體具有豎直

的加速度。示數(shù)大于向上3.失重現(xiàn)象 (1)定義：物體對(duì)支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?

物體所受重力的現(xiàn)象。 (2)產(chǎn)生條件：物體具有豎直

的加速度。4.完全失重狀態(tài) (1)定義：物體對(duì)支持物(或懸掛物)完全沒有作用力的現(xiàn)象。

物體的重力始終存在，大小沒有變化。 (2)產(chǎn)生條件：a＝

，方向

。小于向下g豎直向下[思考判斷](1)超重就是物體受到的重力增加了。(

)(2)完全失重就是物體不受重力了。(

)(3)超重和失重可根據(jù)物體速度方向判定。(

)(4)超重和失重可根據(jù)物體的加速度方向判定。(

)×××√對(duì)超重和失重現(xiàn)象的理解人站在體重計(jì)上靜止時(shí)，體重計(jì)的示數(shù)就顯示了人的體重。人從站立狀態(tài)到完全蹲下，體重計(jì)的示數(shù)如何變化？為什么會(huì)發(fā)生這樣的變化？答案人在下蹲的過(guò)程中，重心下移，即向下做先加速后減速的運(yùn)動(dòng)，加速度的方向先向下后向上，所以人先處于失重狀態(tài)再處于超重狀態(tài)，最后處于平衡狀態(tài)，體重計(jì)的示數(shù)先減小后增大，最后等于重力G。[觀察探究]核心要點(diǎn)[探究歸納]

1.超重現(xiàn)象 (1)產(chǎn)生條件：物體具有向上的加速度。 (2)運(yùn)動(dòng)形式：向上加速運(yùn)動(dòng)或向下減速運(yùn)動(dòng)。2.失重現(xiàn)象 (1)產(chǎn)生條件：物體具有向下的加速度。 (2)運(yùn)動(dòng)形式：向上減速運(yùn)動(dòng)或向下加速運(yùn)動(dòng)。3.完全失重狀態(tài) (1)產(chǎn)生條件：物體具有豎直向下的加速度。 (2)運(yùn)動(dòng)形式：向上減速或向下加速，且a＝g。

在不計(jì)空氣阻力的條件下，做自由落體運(yùn)動(dòng)和豎直上拋運(yùn)動(dòng)的物體，處于完全失重狀態(tài)。4.對(duì)超重、失重的“三點(diǎn)”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(wú)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)在完全失重狀態(tài)下，由重力引起的現(xiàn)象將消失。例如：液體的壓強(qiáng)、浮力將為零，水銀壓強(qiáng)計(jì)、天平將無(wú)法使用；擺鐘停擺；彈簧測(cè)力計(jì)不能測(cè)重力等。[試題案例][例1]

(多選)下列有關(guān)超重與失重的說(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(guò)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.不論是超重、失重或是完全失重，物體所受的重力都沒有發(fā)生改變解析體操運(yùn)動(dòng)員雙手握住單杠吊在空中不動(dòng)時(shí)單杠對(duì)他的拉力等于運(yùn)動(dòng)員的重力，運(yùn)動(dòng)員既不處于超重狀態(tài)也不處于失重狀態(tài)，A錯(cuò)誤；蹦床運(yùn)動(dòng)員在空中上升和下落過(guò)程中只受重力，加速度大小等于當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?，方向豎直向下，即處于失重狀態(tài)，B正確；舉重運(yùn)動(dòng)員在舉起杠鈴后不動(dòng)的那段時(shí)間內(nèi)地面對(duì)他和杠鈴的支持力等于他和杠鈴的重力，運(yùn)動(dòng)員和杠鈴既不處于超重狀態(tài)也不處于失重狀態(tài)，C錯(cuò)誤；不論是超重、失重或是完全失重，物體所受的重力都沒有發(fā)生改變，D正確。答案BD溫馨提示

(1)無(wú)論超重、失重、完全失重，變化的只是視重，實(shí)際重力不變。(2)決定超重還是失重的是加速度的方向，與速度方向無(wú)關(guān)。[例2]

在升降電梯內(nèi)的地面上放一體重計(jì)，電梯靜止時(shí)，曉敏同學(xué)站在體重計(jì)上，體重計(jì)示數(shù)為50kg。電梯運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，某一段時(shí)間內(nèi)曉敏同學(xué)發(fā)現(xiàn)體重計(jì)示數(shù)如圖所示，則在這段時(shí)間內(nèi)(

)答案D規(guī)律總結(jié)超重、失重和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的關(guān)系方法口訣：超重與失重，全由a的方向定，向上為超重，向下為失重。[針對(duì)訓(xùn)練1]

應(yīng)用物理知識(shí)分析生活中的常見現(xiàn)象，可以使物理學(xué)習(xí)更加有趣和深入。例如平伸手掌托起物體，由靜止開始豎直向上運(yùn)動(dòng)，直至將物體拋出。對(duì)此現(xiàn)象分析正確的是(

) A.手托物體向上運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，物體始終處于超重狀態(tài) B.手托物體向上運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，物體始終處于失重狀態(tài) C.在物體離開手的瞬間，物體的加速度大于重力加速度 D.在物體離開手的瞬間，手的加速度大于重力加速度解析物體由靜止開始向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，物體和手掌先一起向上加速，物體處于超重狀態(tài)，之后在物體和手掌分離前，向上減速，物體處于失重狀態(tài)，故A、B均錯(cuò)誤；當(dāng)物體和手分離時(shí)，二者速度相同，又因均做減速運(yùn)動(dòng)，故分離條件為a手＞a物，分離瞬間物體的加速度等于重力加速度，而手的加速度大于重力加速度，選項(xiàng)D正確，C錯(cuò)誤。答案D根據(jù)超重、失重現(xiàn)象判斷物體的運(yùn)動(dòng)情況或受力情況[要點(diǎn)歸納]超重、失重的比較核心要點(diǎn)特征狀態(tài)加速度視重(F)與重力的關(guān)系運(yùn)動(dòng)情況受力圖平衡a＝0F＝mg靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)超重向上F＝m(g＋a)＞mg向上加速或向下減速失重向下F＝m(g－a)＜mg向下加速或向上減速完全失重向下a＝gF＝0拋體運(yùn)動(dòng)、自由落體運(yùn)動(dòng)、衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)等[試題案例][例3]

如圖所示，一人站在電梯中的體重計(jì)上，隨電梯一起運(yùn)動(dòng)。下列各種情況中，體重計(jì)的示數(shù)最大的是(

)A.電梯勻減速上升，加速度的大小為1.0m/s2B.電梯勻加速上升，加速度的大小為1.0m/s2C.電梯勻減速下降，加速度的大小為0.5m/s2D.電梯勻加速下降，加速度的大小為0.5m/s2解析

選項(xiàng)A，電梯勻減速上升，加速度向下，由牛頓第二定律有mg－F1＝ma1，解得F1＝m(g－a1)；選項(xiàng)B，電梯勻加速上升，加速度向上，由牛頓第二定律有F2－mg＝ma2，解得F2＝m(g＋a2)；選項(xiàng)C，電梯勻減速下降，加速度向上，由牛頓第二定律有F3－mg＝ma3，解得F3＝m(g＋a3)；選項(xiàng)D，電梯勻加速下降，加速度向下，由牛頓第二定律有mg－F4＝ma4，解得F4＝m(g－a4)。由題意知，a1＝a2＝1.0m/s2，a3＝a4＝0.5m/s2，故F2最大，選項(xiàng)B正確。答案B[例4]

放在電梯地板上的一個(gè)木箱，被一根處于伸長(zhǎng)狀態(tài)的水平彈簧拉著，處于靜止?fàn)顟B(tài)(如圖所示)，某時(shí)刻發(fā)現(xiàn)木箱突然被彈簧拉動(dòng)，據(jù)此可判斷出電梯的運(yùn)動(dòng)情況可能是(

)A.勻速上升

B.加速上升C.減速上升

D.減速下降解析木箱突然被拉動(dòng)，表明木箱所受摩擦力變小了，即木箱與地板之間的彈力變小了，重力大于彈力，木箱所受合力向下，處于失重狀態(tài)，選項(xiàng)C正確。答案C方法技巧判斷超重和失重的方法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)，物體處于失重狀態(tài)；等于零時(shí)，物體處于完全失重狀態(tài)從加速度的角度判斷當(dāng)物體具有向上的加速度時(shí)，物體處于超重狀態(tài)；具有向下的加速度時(shí)，物體處于失重狀態(tài)；向下的加速度a＝g時(shí)，物體處于完全失重狀態(tài)從速度變化的角度判斷①物體向上加速或向下減速時(shí)，超重②物體向下加速或向上減速時(shí)，失重(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)求出電梯在超重和失重時(shí)的最大加速度分別是多大？[針對(duì)訓(xùn)練2]

在電梯中，把一重物置于臺(tái)秤上，臺(tái)秤與力傳感器相連，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)系圖像如圖所示。試由此圖回答問(wèn)題： (g取10m/s2)解析(1)根據(jù)題意知，在4～18s時(shí)間內(nèi)，物體隨電梯一起勻速運(yùn)動(dòng)，由平衡條件及牛頓第三定律知：臺(tái)秤受的壓力和物體的重力相等，即G＝30N；根據(jù)超重和失重的本質(zhì)知物體的重力不變(2)超重時(shí)：臺(tái)秤對(duì)物體的支持力最大為50N，失重時(shí)：臺(tái)秤對(duì)物體的支持力最小為10N，答案(1)30N不變(2)6.67m/s2方向豎直向上6.67m/s2方向豎直向下科學(xué)態(tài)度與責(zé)任——宇航員的太空生活

由于人在太空中處于完全失重狀態(tài)，生活環(huán)境與地球表面的生活環(huán)境迥然不同，因此，在太空中的衣、食、住、行與地面不同，會(huì)帶來(lái)許多驚險(xiǎn)和奇趣。一、住——密封座艙

密封座艙是載人航天器上最基本的也是最根本的生命設(shè)施。太空中的強(qiáng)輻射就像原子彈爆炸時(shí)所產(chǎn)生的輻射一樣，破壞人體的細(xì)胞組織；高速飛行的微流星體撞擊，能置人于死地；人體暴露在高度真空中，不僅僅是缺氧窒息的問(wèn)題，還可能導(dǎo)致體液沸騰而迅速死亡。密封座艙的艙壁，可以防止輻射和微流星體對(duì)人的傷害，座艙中的空氣可以使人不受真空的傷害。二、吃——太空食品

在航天器的密封座艙中進(jìn)食既有情趣，又有危險(xiǎn)?？砂咽澄锖惋嬃蠎以诳罩校米煲豢谝豢谝Щ蛭?，而雙手仍然可以做其他事情。但食物碎渣會(huì)到處飄飛，迷眼鉆鼻，還會(huì)損壞儀器設(shè)備。因此，在早期的航天活動(dòng)中，將食物做成糊狀，裝在軟管中，食用時(shí)，像擠牙膏一樣往嘴里擠?，F(xiàn)在的航天食物和進(jìn)食方法已與地面上差不多了。食物稍帶黏性，可以黏在盤子中不飛走，而盤子可以固定在餐桌上。三、睡

在航天器的密封座艙中睡覺特別方便，不管什么姿勢(shì)，不管什么地方，都可以睡。但是，為了安全，應(yīng)該鉆進(jìn)睡袋中，并將睡袋固定住，不然，睡袋到處飄飛，最后每個(gè)人都會(huì)擠到通風(fēng)口，而當(dāng)航天器加速或減速時(shí)，可能會(huì)被艙壁和儀器設(shè)備碰傷。還要帶上眼罩和耳罩，以免快速交替的日夜節(jié)奏和儀器設(shè)備發(fā)出的聲音影響睡眠。手臂要放進(jìn)睡袋中，以免被卷進(jìn)機(jī)器或碰著儀器設(shè)備的開關(guān)，在太空失重環(huán)境中，頭和四肢有與軀體分離的感覺。四、衣——艙外活動(dòng)航天服

艙外活動(dòng)航天服不僅應(yīng)具備密封座艙的全部功能，而且還要增加太空行走和通信設(shè)備，那就是航天服背部的噴氣背包和通信背包。噴氣背包可以向上、下、左、右、前、后六個(gè)方向噴氣，航天員靠噴氣的反作用力移動(dòng)。在太空中，真空條件下不能傳播聲音，近在咫尺也要靠通訊背包通信。五、行

在航天器的密封座艙中行走非常省力和方便，只要用軀體的任何部位碰一下任何物體，反作用力就可把人推到任何位置上。用四肢劃動(dòng)空氣，反作用力也會(huì)使人前進(jìn)。[針對(duì)訓(xùn)練1]

(多選)如圖是我國(guó)長(zhǎng)征火箭把載人神舟飛船送上太空的情景，宇航員在火箭發(fā)射與飛船回收的過(guò)程中均要經(jīng)受超重與失重的考驗(yàn)，下列說(shuō)法正確的是(

)A.火箭加速上升時(shí)，宇航員處于失重狀態(tài)B.飛船加速下落時(shí)，宇航員處于失重狀態(tài)C.飛船落地前減速，宇航員對(duì)座椅的壓力大于其重力D.火箭上升的加速度逐漸減小時(shí)，宇航員對(duì)座椅的壓力小于其重力解析

火箭加速上升時(shí)，加速度向上，對(duì)宇航員有FN－mg＝ma，則FN＝mg＋ma＞mg，所以宇航員處于超重狀態(tài)，上升的加速度逐漸減小時(shí)，宇航員對(duì)座椅的壓力也大于重力，選項(xiàng)A、D錯(cuò)誤；加速下落時(shí)，加速度向下，對(duì)宇航員有mg－FN＝ma，則FN＝mg－ma＜mg，所以宇航員處于失重狀態(tài)，落地前減速，加速度方向向上，宇航員對(duì)座椅的壓力大于其重力，選項(xiàng)B、C正確。答案BC[針對(duì)訓(xùn)練2]如圖所示，A、B兩人用安全帶連接在一起，從飛機(jī)上跳下進(jìn)行雙人跳傘運(yùn)動(dòng)，降落傘未打開時(shí)不計(jì)空氣阻力。下列說(shuō)法正確的是(

)A.在降落傘未打開的下降過(guò)程中，安全帶的作用力一定為零

B.在降落傘未打開的下降過(guò)程