2025版高考物理一輪總復習考點突破第3章運動和力的關(guān)系第10講牛頓第二定律的基本應用考點2超重與失重現(xiàn)象

考點2超重與失重現(xiàn)象(基礎考點·自主探究)1．對超重和失重的理解(1)超重并不是重力增加了，失重并不是重力減小了，完全失重也不是重力完全消逝了。在發(fā)生這些現(xiàn)象時，物體的重力照舊存在，且不發(fā)生變更，只是物體對支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?發(fā)生變更。(2)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)象都會完全消逝，如天平失效、浸在水中的物體不再受浮力、液體柱不再產(chǎn)生壓強等。2．推斷超重和失重的方法(1)從受力的角度推斷當物體所受向上的拉力(或支持力)大于重力時，物體處于超重狀態(tài)；小于重力時，物體處于失重狀態(tài)；等于零時，物體處于完全失重狀態(tài)。(2)從加速度的角度推斷當物體具有向上的(分)加速度時，物體處于超重狀態(tài)；具有向下的(分)加速度時，物體處于失重狀態(tài)；向下的加速度等于重力加速度時，物體處于完全失重狀態(tài)。(3)從速度變更的角度推斷①物體向上加速或向下減速時，超重；②物體向下加速或向上減速時，失重?！靖櫽柧殹?從加速度角度推斷)(2024·陜西西安調(diào)研)2024年2月8日，在中國北京冬奧會上，自由式滑雪女子大跳臺項目，中國選手谷愛凌拿到了一枚寶貴的金牌。這不僅是她本人的首枚奧運金牌，更是中國代表團在本屆冬奧會雪上項目的首金。自由滑雪女子空中技巧競賽中競賽場地可簡化為如圖所示的助滑區(qū)、弧形過渡區(qū)、著陸區(qū)、減速區(qū)等組成。若將運動員看作質(zhì)點，且忽視空氣阻力，下列說法正確的是(B)A．運動員在助滑區(qū)加速下滑時處于超重狀態(tài)B．運動員在跳離弧形過渡區(qū)至著陸區(qū)之前的過程中處于完全失重狀態(tài)C．運動員在弧形過渡區(qū)運動過程中處于失重狀態(tài)D．運動員在減速區(qū)減速過程中處于失重狀態(tài)[解析]運動員在助滑區(qū)加速下滑時，加速度沿斜面對下，加速度在豎直方向的分加速度為豎直向下，處于失重狀態(tài)，A錯誤；忽視空氣阻力，運動員在跳離弧形過渡區(qū)至著陸區(qū)之前，在空中只受到豎直向下的重力作用，物體的加速度為豎直向下的重力加速度，處于完全失重狀態(tài)，B正確；運動員在弧形過渡區(qū)做圓周運動，加速度有豎直向上的重量，處于超重狀態(tài)，C錯誤；運動員在減速區(qū)減速過程中，減速下降，豎直方向的分加速豎直向上，處于超重狀態(tài)，D錯誤。(從受力角度推斷)2024年10月2日，杭州亞運會蹦床項目結(jié)束女子個人競賽的爭奪，中國選手朱雪瑩、胡譯乘包攬冠亞軍。假設在競賽的時候某一個時間段內(nèi)蹦床所受的壓力如圖所示，忽視空氣阻力，g＝10m/s2，則以下說法正確的是(D)A．1.0s到1.2s之間運動員處于失重狀態(tài)B．1.0s到1.2s之間運動員處于超重狀態(tài)C．在圖示的運動過程中，運動員離開蹦床后上升的最大高度為9.8mD．在圖示的運動過程中，運動員離開蹦床后上升的最大高度為3.2m[解析]蹦床所受的壓力大小與蹦床對運動員的支持力大小相等，可知1.0s到1.2s之間蹦床對運動員的支持力慢慢增大，過程為運動起先接觸蹦床到到達最低點，依據(jù)牛頓其次定律該段過程為運動員先向下加速后向下減速，加速度先向下后向上，先失重后超重，故A、B錯誤；依據(jù)圖線可知運動員從離開蹦床到再次接觸蹦床的時間為t＝1.6s，該段時間運動員做豎直上拋運動，故離開蹦床后上升的最大高度為h＝eq\f(1,2)g·eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(t,2)))2＝3.2m，故C錯誤，D正確。故選D。(從速度變更的角度推斷)一質(zhì)量為m的乘客乘坐豎直電梯下樓，其位移s與時間t的關(guān)系圖像如圖所示。乘客所受支持力的大小用FN表示，速度大小用v表示。重力加速度大小為g。以下推斷正確的是(D)A．0～t1時間內(nèi)，v增大，F(xiàn)N>mgB．t1～t2時間內(nèi)，v減小，F(xiàn)N<mgC．t2～t3時間內(nèi)，v增大，F(xiàn)N<mgD．t2～t3時間內(nèi)，v減小，F(xiàn)N>mg[解析]依據(jù)位移—時間圖像的斜率表示速度可知，0～t1時間內(nèi)乘客的速度增大，乘客向下做加速運動，故加速度向下，乘客處于失重狀態(tài)，可知FN<mg，選項A錯誤；t1～t2時間內(nèi)乘客的速度不變，乘客做勻速運動，說明乘客處于平衡狀態(tài)，可知FN＝mg，選項B錯誤；t2～t3時間內(nèi)乘客的速度減小，乘客向下做減速運動，故加速度向上，乘客處于超重狀態(tài)，可知FN>mg，選項C錯誤，D正確。(用超重和失重的觀點解題)跳樓機可以使人體驗失重和超重(如圖所示)?，F(xiàn)讓升降機將座艙送到距地面H＝78m的高處，然后讓座艙自由下落，落到距地面h＝30m的位置時起先制動，使座艙勻整減速，座艙落到地面時剛好停下，在該體驗中，小明將質(zhì)量m＝10kg的書包平放在大腿上(不計空氣阻力，g取10m/s2)。(1)當座艙靜止時，請用所學學問證明書包的重力G與書包對小明大腿的壓力大小F相等；(2)當座艙落到距地面h1＝50m的位置時，求小明對書包的作用力大小F1；(3)求跳樓機制動后(勻減速階段)加速度a的大?。?4)當座艙落到距地面h2＝15m的位置時，求小明對書包的作用力大小F2。[答案](1)見解析(2)0(3)16m/s2(4)260N[解析](1)設小明大腿對書包的支持力大小為FN，因為物體處于靜止狀態(tài)，則FN＝G依據(jù)牛頓第三定律有FN＝F，所以G＝F。(2)座艙自由下落到距地面h＝30m的位置時起先制動，所以當座艙距地面h1＝50m時，書包處于完全失重狀態(tài)，則有F1＝0。(3)座艙自由下落高度為H－h(huán)＝78m－30m＝48m，座艙起先制動時，已獲得速度vm，由運動學公式得veq\o\al(2,m)＝2g(H－h(huán))座艙制動過程做勻減速直線運動，則有veq\o\al(2,m)＝2ah，聯(lián)立