高中物理：4.6《超重和失重》学案（粤教版必修1）

1 第六节第六节 超重和失重超重和失重 一 学法指导一 学法指导 一 实重与视重 I 实重 物体实际所受的重力 物体所受重力不会因物体运动状态的改变而变化 2 视重 当物体在竖直方向有加速度时 即 a 0 物体对弹簧的拉力或对台秤的压力 将不等于物体的重力 此时弹簧秤或台秤的示数叫物体的视重 说明 在用弹簧秤测量物体的重力时 必须在静止或匀速直线运动状态下进行 就是因 为当物体在竖直方向有加速度时 视重不再等于实重 二 超重现象 I 超重现象 物体有向上的加速度时 物体对支持物的压力 或对悬挂物的拉力 即 视重大于物体所受重力 实重 的情况称为超重现象 2 产生条件 1 物体加速度 a 的方向竖直向上 2 物体加速度 a 有竖直向上的分量 aL 即气 0 0 3 视重大小 据牛顿第二定律有 F 一 mg ma 所以 F m g a mg 4 注意 1 超重现象与物体运动的速度大小和方向都无关 物体处于超重状态时 可以向上 运动 也可以向下运动 但加速度 a 的方向一定向上 所以 物体可能是 加速向上 运动 也可能是 减速向下 运动 2 虽然超重现象的产生仅取决于加速度的方向 但超重的多少却与加速度的大小有 关 加速度 a 越大 物体超重就越多 3 发生超重现象时 物体的重力并没有改变 只是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 三 失重现象 1 失重现象 物体有向下的加速度时 物体对支持物的压力 或对悬挂物的拉力 即 视重小于物体所受重力 实重 的情况称为失重现象 2 产生条件 1 物体加速度 a 的方向竖直向下 2 物体加速度 a 有竖直向下的分量 aL 即气 0 0 3 视重大小 据牛顿第二定律有 mg 一 F ma 所以 F m g 一 a mg 4 注意 1 失重现象与物体运动的速度大小和方向都无关 物体处于失重状态时 可以向上 运动 也可以向下运动 但加速度 a 的方向一定向下 所以 物体可能是 加速向下 运动 2 也可能是 减速向上 运动 2 虽然失重现象的产生仅取决于加速度的方向 但失重的多少却与加速度的大小有 关 加速度 a 越大 a g 物体失重就越多 3 发生失重现象时 物体的重力并没有改变 只是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 四 完全失重现象 1 完全失重现象 当物体向下的加速度等于重力加速度 g 时 物体对支持物的压力 或对悬挂物的拉力 等于零的状态叫做完全失重状态 2 产生条件 物体运动的加速度为重力加速度 g 3 注意 1 完全失重现象与物体运动的速度大小和方向都无关 物体处于完全失重 状态时 可以向上运动 也可以向下运动 但加速度 a 一定为重力加速度 g 所以 物体可能 是在做 自由落体 运动 也可能是在做 竖直上抛 运动或斜抛运动等 2 物体处于完 全失重状态时 只是物体对支持物的压力 或对悬挂物的拉力 等于零 但重力照常存在且 不变 3 发生完全失重现象时 平常一切由重力产生的现象都会消失 如天平失效 测力 计不能测重力 浸在液体中的物体不再受浮力 液体柱不再产生压强等 五 判断物体失重与超重 应以牛顿第二定律为依据 解题要点如下 1 隔离物体进行受力分析 画出物体的受力图 2 选取竖直向上的方向为正方向 根据牛顿第二定律列方程 3 解方程得到物体受到的弹簧拉力 根据牛顿第三定律 得到物体给予弹簧秤的拉力 若此力大于物体重力 物体超重 若小于物体重力 物体失重 二 例题分析二 例题分析 例 1 某人站在一静止的台秤上 当他猛地下蹲的过程中 若不考虑台秤的惯性 则 台秤的示数 A 先变大后变小 最后等于他的重力 B 变大 最后等于他的重力 C 先变小 后变大 最后等于他的重力 D 变小 最后等于他的重力 解析 解决这类问题首先要判断物体的运动状态 然后根据运动状态的变化确定物体 加速度的方向 最后判断物体是处于超重还是失重 人下蹲的过程经历了从静止 加速向下 减速向下和静止三个过程 显然在这三个过程中 人的加速度方向是 向下 向上 为零 可见 人从静止到最大下蹲速度的过程中处于失重状态 台秤的示数将变小 从最大的下蹲 速度到静止 人处于超重状态 台秤的示数将变大 最后人处于静止状态 台秤的示数等于 人的重力 答案 C 评注 判断物体处于超重还是失重状态 应当看加速度的方向 加速度向上时一定处于 超重状态 加速度向下时一定处于失重状态 物体的超重和失重与其速度的方向和大小无关 3 例 2 某人在地面上最多能举起 60 kg 的物体 而在一个加速下降的电梯里最多能举 起 80 kg 的物体 求 g 取 10 2 sm 1 此电梯的加速度多大 2 若电梯以此加速度上升 则此人在电梯里最多能举起物体的质量是多少 解析 人能够产生的举力 F 是恒定的 由题意可知 F 600N 1 由牛顿第二定律得 amFgm 22 所以 222 mFgmFgma 10 一 600 80 2 sm 2 5 2 sm 2 在加速上升的电梯里 举力仍不变 则有 F 一 m 3g m 3 a m 3 F a g 600 10 2 5 kg 48 kg 评注 评注 常见的有关超重 失重方面的问题 都是物体质量不变 重力不变 物体受到的 支持力或拉力改变 而这道题是人的举力不变 质量改变 即研究对象发生了改变 若忽略 这点 就很容易导致错解 三 跟踪训练三 跟踪训练 1 物体对水平支持物的压力 或对竖直悬挂物的拉力 大于物体所受重力的情况称为 超重现象 前者小于后者的情况称为 现象 若物体对水平支持物的压力 或对 竖直悬挂物的拉力 等于零 物体处于 状态 物体所受重力仍然 填 存在 或 消失 超重还是失重是由加速度的 决定的 若 加速度 物体处于超重状态 2 竖直匀速提起一个质量为 m 的物体 那么拉力大小为 以竖直向上的加 速度 a 提起此物体 拉力大小为 如果以加速度 a 向下加速运动 则提此物体的拉力大小为 3 如图 4 87 所示 一个质量为 2kg 的重物在竖直悬线 的拉力作用下沿竖直方向向上运动的 v 一 t 图线 从图像可 知 在 时间内 悬线的拉力最大 为 N 在 时间内 悬线的拉力最小 为 N g 取 10 2 sm 4 如图 4 88 所示 滑轮的质量不计 已知三个物体的质量关系是 m l m2 m3 这时 弹簧秤的读数为 T 若把物体 m2从右边移到左边的物体 m1上 弹簧秤的读数 T 将 A 增大 B 减小 C 不变 D 无法判断 5 一物体挂在弹簧秤下端的挂钩上 弹簧秤上端的小环固定在电梯的 天花板上 在下列哪种情况下弹簧秤的读数最小 A 电梯匀加速上升 且 a g 3 B 电梯匀减速上升 且 a g 2 图 4 87 图 4 88 4 C 电梯匀加速下降 且 a g 3 D 电梯匀减速下降 且 a g 2 6 2003 年 10 月 16 日我国载人航天第一次实验成功 神州五号 火箭把宇宙飞船送入 太空运行 21 小 时成功返回地面 使杨利伟成为第一个邀游太空的中国人 他在飞船上记录 拍照 通话等活动所用的物品 如钢笔 可以放在空中任何位置而不动 对于以上的物体说 法正确的是 A 物体失去了重力 B 物体处于完全失重状态 C 物体失去了惯性 D 以上说法都不对 2 一根竖直悬挂的绳子所能承受的最大拉力为 T 有一个体重为 G 的运动员要沿这根绳 子从高处竖直滑下 若 G T 要使下滑时绳子不断 则运动员应该 A 以较大的加速度加速下滑 B 以较大的速度匀速下滑 C 以较小的速度匀速下滑 D 以较小的加速度减速下滑 8 用手托着 30N 的物体以 g 2 的加速度沿竖直方向向上做匀加速运动 物体对手的压 力是 A 20N B 30N C 45N D 60N 9 某航天器由近地轨道返回地面 其运动过程为先加速 后速度逐渐变小 最后匀速 降落 在这一过程中航夭器的运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 的重力加速度的变化 那么机舱对质量为 m 的物体的支持力 A 先小于 mg 后大于 mg 最后等于 mg B 先大于 mg 后小于 mg 最后等于 mg C 总是小于 mg D 总是大于 mg 10 质量为 2kg 的物体通过弹簧秤挂在升降机的顶板上 升降机在竖直方向匀加速运动 时 弹簧秤的示数为 16N 当升降机的速度为 3 m s 时开始计 时 经过 1 s 升降机的位移 可能是 A 2m B 3m C 4m D 8m 11 如图 4 89 所示 在台秤的托盘上有一个支架 支架上挂着一个电 磁铁 A 电磁铁的正下方有一铁块 B 电磁铁不通电时 台秤示数为 G 当 接通电路 在铁块被吸起的过程中 台秤的示数将 A 不变 B 变大 C 变小 D 忽大忽小 12 把木箱放在沿竖直方向运动的电梯地板上 则地板所受压力最大的情况是 A 电梯以 a 1 5 2 sm的加速度匀加速上升 B 电梯以 a 2 0 2 sm的加速度匀加速上升 C 电梯以 a 1 8 2 sm的加速度匀减速下降 D 电梯以 v 1 8sm 的速度匀速上升 图 4 89 5 13 某航空公司的一架客机 在正常航线上做水平飞行时 由于突然受到强大的垂直气 流的作用 使飞机在 l0 s 内高度下降 1700 m 造成众多乘客和机组人员的伤害事故 如果 只研究飞机在竖直方向上的运动 且假定这一运动是匀变速直线运动 试计算 g 取 l0 2 sm 1 飞机在竖直方向上的加速度多大 方向怎样 2 乘客所系安全带必须提供相当于乘客体重多少倍的竖直拉力 才能使乘客不脱离 座椅 3 未系安全带的乘客 相对于机舱将向什么方向运动 最可能受到伤害的是人体的 什么部位 注 飞机上乘客所系的安全带是固定连接在飞机座椅和乘客腰部的较宽的带子 它使乘客与飞机座椅连为一体 14 如图 4 90 所示 是电梯在竖直方向上升的 v t 图线 若电梯的质量为 100 kg 则 承受电梯的钢绳受到的拉力在0 一 2s 之间 2 一 6s 之