剖析超重和失重现象.docVIP

高中物理剖析超重和失重现象编稿老师张旭一校杨雪 二校黄楠审核曹文慧 一、考点突破知识点考纲要求题型分值牛顿运动定律的应用应用牛顿第二定律解决问题会解决超重和失重问题选择题解答题6分二、重难点提示能够分辨超重和失重现象，会求接触面间的作用力的大小一、产生原因：竖直方向上存在加速度（包括加速度的竖直分量）。二、实质：不是重力变化了，而是重物对悬点的拉力或对支持物的压力发生了变化。三、变化量：拉力或压力的变化大小为：ma，a为竖直方向加速度。四、完全失重现象：重力只产生使物体具有ag的加速度效果，不再产生其他效果，如单摆停摆，天平失效，液体不再产生浮力等。【核心突破】超重、失重和完全失重比较超重现象失重现象完全失重概念物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）大于物体所受重力的现象物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）小于物体所受重力的现象物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）等于零的现象产生条件物体的加速度方向竖直向上物体的加速度方向竖直向下物体的加速度方向竖直向下，大小ag原理式FmgmamgFmamgFmaFm（ga）Fm（ga）F0视重FGFGF=0运动状态加速上升或减速下降加速下降或减速上升以ag加速下降或减速上升当物体挂在弹簧测力计下或放在水平台秤上时，弹簧测力计或台秤的示数称为视重。例题1 在探究超重和失重规律时，某体重为G的同学站在一压力传感器上完成一次下蹲动作，传感器和计算机相连，经计算机处理后得到压力F随时间t变化的图象，则下列图象中可能正确的是 （） 思路分析：该同学下蹲过程中，速度从0开始增大，再到稳定后速度为0，经历了一个先加速后减速的过程，且速度方向一直向下。故其加速度方向先向下后向上，即为先失重后超重，反映在F-t图象上为F先小于G，后又大于G，故选项D正确。答案：D技巧点拨：通过本例题，希望同学们对下蹲过程的物理分析有一个详细的理解。例题2 在升降电梯内的地板上放一体重计，电梯静止时，晓敏同学站在体重计上，体重计示数为50 kg，电梯运动过程中，某一段时间内晓敏同学发现体重计示数如图所示。在这段时间内下列说法中正确的是 （）A. 晓敏同学所受的重力变小了B. 晓敏对体重计的压力小于体重计对晓敏的支持力C. 电梯一定在竖直向下运动D. 电梯的加速度大小为，方向一定竖直向下思路分析：由题图知晓敏在这段时间内处于失重状态，是由于晓敏对体重计的压力变小了，而晓敏的重力没有改变，A选项错；晓敏对体重计的压力与体重计对晓敏的支持力是一对作用力与反作用力，大小一定相等，B选项错；以竖直向下为正方向，有：mgFma，解得a，方向竖直向下，但其速度方向可能是竖直向上，也可能是竖直向下，也就是说电梯有可能加速下降，也可能减速上升。C选项错，D选项正确。答案：D例题3 举重运动员在地面上能举起120 kg的重物，而在运动着的升降机中却只能举起100 kg的重物，求：（1）升降机运动的加速度；（2）若在以2. 5 m/s2的加速度加速下降的升降机中，此运动员能举起质量多大的重物？（g取10 m/s2）思路分析：（1）运动员的最大举力等于其在地面上能举起的物重。（2）在超失重环境中，人的最大举力不变，但举起的重物可能小于或大于120 kg物体。解：运动员在地面上能举起m0120 kg的重物，则运动员能发挥的向上的最大支撑力Fm0g1 200 N。（1）在运动着的升降机中只能举起m1100 kg的重物，可见该重物超重了，升降机应具有向上的加速度，设此加速度为a1，对物体由牛顿第二定律得：Fm1gm1a1，解得a12 m/s2；（2）当升降机以a22.5 m/s2的加速度加速下降时，重物失重，设此时运动员能举起的重物质量为m2对物体由牛顿第二定律得：m2gFm2a2解得：m2160 kg。答案：（1）2 m/s2（2）160 kg【技巧点拨】超重和失重现象的判断“三”技巧1. 从受力的角度判断，当物体所受向上的拉力（或支持力）大于重力时，物体处于超重状态，小于重力时处于失重状态，等于零时处于完全失重状态。2. 从加速度的角度判断，当物体具有向上的加速度时处于超重状态，具有向下的加速度时处于失重状态，向下的加速度为重力加速度时处于完全失重状态。3. 从速度变化角度判断（1）物体向上加速或向下减速时，超重；（2）物体向下加速或向上减速时，失重。【易错警示】（1）物体的加速度有时不是竖直方向，但只要其加速度在竖直方向上有分量，物体就会处于超重或失重状态。（2）超重并不是重力增加了，失重并不是重力减小了，完全失重也不是重力完全消失了。在发生这些现象时，物体的重力依然存在，且不发生变化，只是物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）发生变化。（3）在完全失重的状态下，平常一切由重力产生的物理现象都会完全消失，如天平失效、浸在水中的物体不再受浮力、液体柱不再产生压强等。（答题时间：30分钟）1. 下列实例属于超重现象的是（）A. 汽车驶过拱桥顶端时B. 火箭点火后加速升空时C. 跳水运动员被跳板弹起，离开跳板向上运动时D. 体操运动员双手握住单杠吊在空中不动时2. 有关超重和失重，以下说法中正确的是 （）A. 物体处于超重状态时，所受重力增大，处于失重状态时，所受重力减小B. 竖直上抛的木箱中的物体处于完全失重状态C. 在沿竖直方向运动的升降机中出现失重现象时，升降机必定处于下降过程D. 站在月球表面的人处于失重状态3. 第三十届伦敦夏季奥运会于北京时间2012年7月28日开幕，关于各项体育运动的解释，下列说法正确的是（）A. 蹦床运动员在空中上升到最高点时处于超重状态B. 跳高运动员在越杆时处于平衡状态C. 举重运动员在举铃过头停在最高点时，铃处于平衡状态D. 跳远运动员助跑是为了增加自己的惯性，以便跳得更远4. 如图所示，是某同学站在力传感器上，做下蹲起立的动作时记录的力随时间变化的图线，纵坐标为力（单位为牛顿），横坐标为时间（单位为秒），由图可知，该同学的体重约为650 N，除此以外，还可以得到的信息有（）A. 该同学做了两次下蹲起立的动作B. 该同学做了一次下蹲起立的动作，且下蹲后约2 s起立C. 下蹲过程中人处于失重状态D. 下蹲过程中人先处于超重状态后处于失重状态5. 如图所示，在托盘测力计的托盘内固定一个倾角为30的斜面，现将一个重为4 N的物体放在斜面上，让它自由下滑，那么测力计因4 N物体的存在而增加的读数不可能是（）A. 4 NB. 2 N C. 2 N D. 3 N6. 某人在地面上用弹簧秤称得其体重为490 N，他将弹簧秤移至电梯内称其体重，t0至t3时间段内，弹簧秤的示数如图所示，电梯运行的vt图象可能是（取电梯向上运动的方向为正）（）7. （北京西城模拟）一座大楼中有一部直通高层的客运电梯，电梯的简化模型如图1所示，已知电梯在t0时由静止开始上升，电梯的加速度a随时间t的变化如图所示，一质量为M的乘客站在电梯里，电梯对乘客的支持力为F，根据图2 可以判断，力F大小不变，且FMg的时间段为（）A. 18 s内B. 89 s内C. 1516 s内D. 1623 s内8. 如图所示为跳水运动员最后踏板的过程：运动员从高处落到处于自然状态的跳板A位置上，同跳板一起向下运动到最低点B位置，运动员从A运动到B的过程中，下列说法正确的是（）A. 运动员到达A位置时处于失重状态B. 运动员到达B位置时处于超重状态C. 运动员的速度一直在增大D. 运动员的加速度一直在增大1. B 解析：发生超重现象时，物体的加速度方向竖直向上。汽车驶过拱桥顶端时，其向心加速度竖直向下指向圆心，汽车处于失重状态，A错误；火箭点火后加速升空，加速度竖直向上，处于超重状态，B正确；跳水运动员离开跳板向上运动时，只受重力，运动员处于完全失重状态，C错误；体操运动员握住单杠在空中不动时，运动员处于平衡状态，D错误。2. B 解析：处于超重、失重状态的物体，其重力不发生变化，A错；竖直上抛的木箱中的物体，只受到重力作用，即处于完全失重状态，B对；竖直方向出现失重现象，是因为和加速度向下，即有可能减速上升，也有可能加速下降，C错；站在月球表面的人，处于平衡状态而非失重状态。3. C 解析：在空中且不借助其他外力的运动员处于完全失重状态，A、B错；杠铃在最高点时，处于平衡状态，C对；运动员是靠增加自己的动能以便跳得更远，而不是改变惯性。4. B 解析：在34 s下蹲过程中，先向下加速再向下减速，故人先处于失重状态后处于超重状态；在67 s起立过程中，先向上加速再向上减速，故人先处于超重状态后处于失重状态，选项A、C、D错误，B正确。5. C 解析：当斜面光滑时，物体沿斜面下滑时有竖直向下的分加速度ay，处于失重状态，托盘测力计增加的示数为Fmgmay，而ayasin ，又因mgsin ma，所以Fmgmgsin2 3 N；当斜面粗糙时，物体有可能匀速下滑，此时托盘测力计增加的示数为Fmg4 N，而当物体沿斜面加速下滑时，托盘测力计增加的示数应满足3 NF4 N，所以选C。6. AD 解析：由题图可知，在t0t1时间内，弹簧秤的示数小于人的实际体重，则人处于失重状态，此时电梯具有向下的加速度，可能向下做匀加速运动或向上做匀减速运动；t1t2时间内，弹簧秤的示数等于人的实际体重，则人处于平衡状态，电梯加速度为零，电梯可能做匀速运动或处于静止状态；t2t3时间内，弹簧秤的示数大于人的实际体重，则人处于超重状态，电梯具有向上的加速度，电梯可能向下做匀减速运动或向上做匀加