高中物理：第四章 力與運(yùn)動(dòng) 第六節(jié) 超重和失重學(xué)案 廣東版必修1

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1、第六節(jié) 超重和失重 一、學(xué)法指導(dǎo) （一） 實(shí)重與視重 I 實(shí)重：物體實(shí)際所受的重力。物體所受重力不會(huì)因物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變而變化。 2 視重：當(dāng)物體在豎直方向有加速度時(shí)（即a0)，物體對(duì)彈簧的拉力或?qū)ε_(tái)秤的壓力將不等于物體的重力，此時(shí)彈簧秤或臺(tái)秤的示數(shù)叫物體的視重。 說(shuō)明：在用彈簧秤測(cè)量物體的重力時(shí)，必須在靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下進(jìn)行，就是因?yàn)楫?dāng)物體在豎直方向有加速度時(shí)，視重不再等于實(shí)重。 （二） 超重現(xiàn)象 I．超重現(xiàn)象：物體有向上的加速度時(shí)，物體對(duì)支持物的壓力（或?qū)覓煳锏睦Γ?，即視重大于物體所受重力（實(shí)重）的情況稱為超重現(xiàn)象。 2．產(chǎn)生條件： （1） 物體加速度a

2、的方向豎直向上。 （2） 物體加速度a有豎直向上的分量aL，（即氣0 0）。 3 視重大?。簱?jù)牛頓第二定律有F一mg＝ma．所以F＝m(g＋a）＞mg 4 注意： （1） 超重現(xiàn)象與物體運(yùn)動(dòng)的速度大小和方向都無(wú)關(guān)。物體處于超重狀態(tài)時(shí)，可以向上運(yùn)動(dòng)，也可以向下運(yùn)動(dòng)，但加速度a的方向一定向上。所以，物體可能是“加速向上”運(yùn)動(dòng)，也可能是“減速向下”運(yùn)動(dòng)。 （2） 雖然超重現(xiàn)象的產(chǎn)生僅取決于加速度的方向，但超重的多少卻與加速度的大小有關(guān)。加速度a越大，物體超重就越多。 (3）發(fā)生超重現(xiàn)象時(shí)，物體的重力并沒(méi)有改變，只是物體對(duì)支持物的壓力（或?qū)覓煳锏睦Γ┐笥谖矬w所受重力。 （三）

3、失重現(xiàn)象 1 失重現(xiàn)象：物體有向下的加速度時(shí)，物體對(duì)支持物的壓力（或?qū)覓煳锏睦Γ?，即視重小于物體所受重力（實(shí)重）的情況稱為失重現(xiàn)象。 2 產(chǎn)生條件： （1） 物體加速度a的方向豎直向下。 （2） 物體加速度a有豎直向下的分量aL，（即氣0 0）。 3．視重大?。簱?jù)牛頓第二定律有mg一F＝ma，所以F＝m(g一a）＜mg 4．注意： （1） 失重現(xiàn)象與物體運(yùn)動(dòng)的速度大小和方向都無(wú)關(guān)。物體處于失重狀態(tài)時(shí)，可以向上運(yùn)動(dòng)，也可以向下運(yùn)動(dòng)，但加速度a的方向一定向下。所以，物體可能是“加速向下”運(yùn)動(dòng)，也可能是“減速向上”運(yùn)動(dòng)。 （2） 雖然失重現(xiàn)象的產(chǎn)生僅取決于加速度的方向，但失重

4、的多少卻與加速度的大小有關(guān)。加速度a越大（a＜g），物體失重就越多。 （3） 發(fā)生失重現(xiàn)象時(shí)，物體的重力并沒(méi)有改變，只是物體對(duì)支持物的壓力（或?qū)覓煳锏睦Γ┬∮谖矬w所受重力。 （四） 完全失重現(xiàn)象 1 完全失重現(xiàn)象：當(dāng)物體向下的加速度等于重力加速度g時(shí)，物體對(duì)支持物的壓力（或?qū)覓煳锏睦Γ┑扔诹愕臓顟B(tài)叫做完全失重狀態(tài)。 2 產(chǎn)生條件：物體運(yùn)動(dòng)的加速度為重力加速度g。 3 注意：（1)完全失重現(xiàn)象與物體運(yùn)動(dòng)的速度大小和方向都無(wú)關(guān)。物體處于完全失重狀態(tài)時(shí)，可以向上運(yùn)動(dòng)，也可以向下運(yùn)動(dòng)，但加速度a一定為重力加速度g.所以，物體可能是在做“自由落體”運(yùn)動(dòng)，也可能是在做“豎直上拋”運(yùn)

5、動(dòng)或斜拋運(yùn)動(dòng)等。(2)物體處于完全失重狀態(tài)時(shí)，只是物體對(duì)支持物的壓力（或?qū)覓煳锏睦Γ┑扔诹?，但重力照常存在且不變?3)發(fā)生完全失重現(xiàn)象時(shí)，平常一切由重力產(chǎn)生的現(xiàn)象都會(huì)消失，如天平失效、測(cè)力計(jì)不能測(cè)重力、浸在液體中的物體不再受浮力、液體柱不再產(chǎn)生壓強(qiáng)等。 （五） 判斷物體失重與超重，應(yīng)以牛頓第二定律為依據(jù)，解題要點(diǎn)如下： 1 隔離物體進(jìn)行受力分析，畫(huà)出物體的受力圖 2 選取豎直向上的方向?yàn)檎较?，根?jù)牛頓第二定律列方程。 3 解方程得到物體受到的彈簧拉力，根據(jù)牛頓第三定律，得到物體給予彈簧秤的拉力。若此力大于物體重力，物體超重；若小于物體重力，物體失重。 二、例題分析 【

6、例1】某人站在一靜止的臺(tái)秤上，當(dāng)他猛地下蹲的過(guò)程中，若不考慮臺(tái)秤的慣性，則臺(tái)秤的示數(shù)（ ） A．先變大后變小，最后等于他的重力 B．變大，最后等于他的重力 C．先變小，后變大，最后等于他的重力 D．變小，最后等于他的重力 【解析】解決這類問(wèn)題首先要判斷物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，然后根據(jù)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化確定物體加速度的方向，最后判斷物體是處于超重還是失重。人下蹲的過(guò)程經(jīng)歷了從靜止、加速向下、減速向下和靜止三個(gè)過(guò)程，顯然在這三個(gè)過(guò)程中，人的加速度方向是：向下、向上、為零?？梢?jiàn)，人從靜止到最大下蹲速度的過(guò)程中處于失重狀態(tài)，臺(tái)秤的示數(shù)將變?。粡淖畲蟮南露姿俣鹊届o止，人處于超重

7、狀態(tài)，臺(tái)秤的示數(shù)將變大；最后人處于靜止?fàn)顟B(tài)，臺(tái)秤的示數(shù)等于人的重力。 【答案】C 評(píng)注：判斷物體處于超重還是失重狀態(tài)，應(yīng)當(dāng)看加速度的方向。加速度向上時(shí)一定處于超重狀態(tài)，加速度向下時(shí)一定處于失重狀態(tài)。物體的超重和失重與其速度的方向和大小無(wú)關(guān)。 【例2】某人在地面上最多能舉起60 kg的物體，而在一個(gè)加速下降的電梯里最多能舉起80 kg的物體。求：（g取10） （1） 此電梯的加速度多大？ （2） 若電梯以此加速度上升，則此人在電梯里最多能舉起物體的質(zhì)量是多少？ 【解析】人能夠產(chǎn)生的舉力F是恒定的，由題意可知F＝600N （1） 由牛頓第二定律得 所以＝（10一600/80）＝2

8、.5 （2） 在加速上升的電梯里，舉力仍不變，則有F一m 3g＝m 3 a m 3＝F / (a＋g)＝600 / (10＋2.5) kg＝48 kg 評(píng)注：常見(jiàn)的有關(guān)超重、失重方面的問(wèn)題，都是物體質(zhì)量不變，重力不變，物體受到的支持力或拉力改變，而這道題是人的舉力不變，質(zhì)量改變，即研究對(duì)象發(fā)生了改變，若忽略這點(diǎn)，就很容易導(dǎo)致錯(cuò)解。 三、跟蹤訓(xùn)練 1．物體對(duì)水平支持物的壓力（或?qū)ωQ直懸掛物的拉力）大于物體所受重力的情況稱為超重現(xiàn)象；前者小于后者的情況稱為_(kāi)__________現(xiàn)象。若物體對(duì)水平支持物的壓力（或?qū)ωQ直懸掛物的拉力）等于零，物體處于___________狀態(tài)，物體所受重力仍

9、然___________（填“存在”或“消失”）。超重還是失重是由加速度的___________決定的，若加速度___________，物體處于超重狀態(tài)。 圖4-87 2．豎直勻速提起一個(gè)質(zhì)量為m的物體，那么拉力大小為_(kāi)__________；以豎直向上的加速度a提起此物體，拉力大小為_(kāi)__________；如果以加速度a向下加速運(yùn)動(dòng)，則提此物體的拉力大小為_(kāi)__________。 3．如圖4-87所示，一個(gè)質(zhì)量為2kg的重物在豎直懸線的拉力作用下沿豎直方向向上運(yùn)動(dòng)的v一t圖線。從圖像可知，在___________時(shí)間內(nèi)，懸線的拉力最大，為_(kāi)__________N；在___________

10、時(shí)間內(nèi)，懸線的拉力最小，為_(kāi)__________N。（g取10） 圖4-88 4．如圖4-88所示，滑輪的質(zhì)量不計(jì)，已知三個(gè)物體的質(zhì)量關(guān)系是：m l = m2＋m3，這時(shí)彈簧秤的讀數(shù)為T(mén)。若把物體m2從右邊移到左邊的物體m1上，彈簧秤的讀數(shù)T將（ ） A．增大 B．減小 C．不變 D．無(wú)法判斷 5．一物體掛在彈簧秤下端的掛鉤上，彈簧秤上端的小環(huán)固定在電梯的天花板上，在下列哪種情況下彈簧秤的讀數(shù)最?。? ） A．電梯勻加速上升．且a＝g/3 B。電梯勻減速上升，且a＝g/2 C．電梯勻加速下降，且a＝g/3

11、D。電梯勻減速下降，且a＝g/2 6．2020年10月16日我國(guó)載人航天第一次實(shí)驗(yàn)成功?！吧裰菸逄?hào)”火箭把宇宙飛船送入太空運(yùn)行21小 時(shí)成功返回地面，使楊利偉成為第一個(gè)邀游太空的中國(guó)人。他在飛船上記錄、拍照、通話等活動(dòng)所用的物品（如鋼筆）可以放在空中任何位置而不動(dòng)，對(duì)于以上的物體說(shuō)法正確的是（ ） A．物體失去了重力 B．物體處于完全失重狀態(tài) C．物體失去了慣性 D．以上說(shuō)法都不對(duì) 2．一根豎直懸掛的繩子所能承受的最大拉力為T(mén)，有一個(gè)體重為G的運(yùn)動(dòng)員要沿這根繩子從高處豎直滑下。若G＞T，要使下滑時(shí)繩子不斷，則運(yùn)動(dòng)員應(yīng)該（ ） A．

12、以較大的加速度加速下滑 B．以較大的速度勻速下滑 C．以較小的速度勻速下滑 D．以較小的加速度減速下滑 8．用手托著30N的物體以g/2的加速度沿豎直方向向上做勻加速運(yùn)動(dòng)，物體對(duì)手的壓力是（ ） A．20N B．30N C．45N D．60N 9．某航天器由近地軌道返回地面，其運(yùn)動(dòng)過(guò)程為先加速，后速度逐漸變小，最后勻速降落。在這一過(guò)程中航夭器的運(yùn)行加速度均小于地面的重力加速度g，且忽略由于高度引起的重力加速度的變化，那么機(jī)艙對(duì)質(zhì)量為m的物體的支持力（ ） A．先小于mg，后大于m

13、g，最后等于mg B．先大于mg，后小于mg，最后等于mg C．總是小于mg D．總是大于mg 10．質(zhì)量為2kg的物體通過(guò)彈簧秤掛在升降機(jī)的頂板上，升降機(jī)在豎直方向勻加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，彈簧秤的示數(shù)為16N，當(dāng)升降機(jī)的速度為3 m/s時(shí)開(kāi)始計(jì) 時(shí)，經(jīng)過(guò)1 s，升降機(jī)的位移可能是（ ） A．2m B．3m C．4m D．8m 圖4-89 11．如圖4-89所示，在臺(tái)秤的托盤(pán)上有一個(gè)支架，支架上掛著一個(gè)電磁鐵A，電磁鐵的正下方有一鐵塊B。電磁鐵不通電時(shí)，臺(tái)秤示數(shù)為G;當(dāng)

14、接通電路，在鐵塊被吸起的過(guò)程中，臺(tái)秤的示數(shù)將（ ） A．不變 B．變大 C．變小 D．忽大忽小 12．把木箱放在沿豎直方向運(yùn)動(dòng)的電梯地板上，則地板所受壓力最大的情況是（ ） A．電梯以a=1.5的加速度勻加速上升 B．電梯以a＝2.0的加速度勻加速上升 C．電梯以a=1.8的加速度勻減速下降 D．電梯以v=1.8的速度勻速上升 13．某航空公司的一架客機(jī)，在正常航線上做水平飛行時(shí)，由于突然受到強(qiáng)大的垂直氣流的作用，使飛機(jī)在l0 s內(nèi)高度下降1700 m，造成眾多乘客和機(jī)組人員的傷害事故；如果只研究飛機(jī)在豎直方向上的運(yùn)動(dòng)，且假定這一運(yùn)動(dòng)

15、是勻變速直線運(yùn)動(dòng)，試計(jì)算：（g取l0） （1） 飛機(jī)在豎直方向上的加速度多大？方向怎樣？ （2） 乘客所系安全帶必須提供相當(dāng)于乘客體重多少倍的豎直拉力，才能使乘客不脫離座椅？ （3） 未系安全帶的乘客，相對(duì)于機(jī)艙將向什么方向運(yùn)動(dòng)？最可能受到傷害的是人體的什么部位？（注：飛機(jī)上乘客所系的安全帶是固定連接在飛機(jī)座椅和乘客腰部的較寬的帶子，它使乘客與飛機(jī)座椅連為一體） 14．如圖4-90所示，是電梯在豎直方向上升的v－t圖線，若電梯的質(zhì)量為100 kg，則承受電梯的鋼繩受到的拉力在0一2s之間、2一6s之間、6一9s之間分別為多大？(g取l 0） 圖4-90 參考答案： 第六節(jié) 超重和失重 1、失重，完全失重，存在，方向，方向向上 2、mg, mg+ma, mg—ma 3、0—2s，26，6—9s，16 4、B 5、B 6、B 7、A 8、C 9、A 10、C 11、B 12、B 13、(1) 豎直向下 (2)2.4倍 (3)豎直向上做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，頭部 14、1300N, 1000N, 800N