高中物理：《超重与失重》学案（2）（沪科版必修1）

5 45 4 超重与失重超重与失重 悬础问题分类解析悬础问题分类解析 什么是超重和失重 例 1 某人站在一台称上 当他猛地下蹲的过程中 台秤读数 不考虑台秤的惯 性 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 人在台秤上猛地往下蹲的过程中 以人的重心为研究对象 先往下做加速运动 后往下做减速运动直至速度减为零 即人的加速度方向是先向下后向上 所以先失重后超重 台称的示数先减小后增大 最后稳定时等于人的重力 答案 C 点拨 分析出物体运动过程中加速度的方向 是判定超重 失重现象的依据 此题易忽 视减速过程而出错 例 2 我国于 2003 年 10 月 15 日成功发射了 神舟 五号载人飞船 并环绕地球 14 周后于次日成功返回 当它绕地球飞行时 在舱内不能完成的实验是 A 用刻度尺测量物体的长度 B 用弹簧测力计测量物体重力 C 用天平测物体的质量 D 用水银气压计测舱内大气压 解析 飞船绕地球飞行时 飞船以及舱内的物体都处于完全失重状态 所以用弹簧测力 计不能测重力 天平的原理是等臂杠杆 不能在舱中测质量 水银气压 计也不能测舱内的气压 但可以用刻度尺测量长度 所以应选 B C D 项 答案 BCD 点拨 飞船绕地球飞行时 飞船以及舱内的物体都处于完全失重状 态 因此只要是利用物体的重力来做的实验和测量工具都不能完成和应 用 例 3 蹦极 是一项非常有刺激性的体育活动 某人系弹性 绳自高空 P 点自由下落 如图 5 4 2 所示 a 点是弹性绳的原长位置 b 点是人静止时悬吊着的平衡位置 c 点是人所到达的最低点 普通人超 重达到重力 3 倍时 便会感到呼吸困难 不计空气阻力 已知弹性绳的 劲度系数 k 600 N m 弹性绳的弹力 F 与其形变量 x 的关系遵从胡克定律 F kx 设人重为 600 N 人从 P 点下落到最低点 c 的过程中 1 分析人在运动过程中的超重 失重情况 2 ac 的最大长度不得超过多少 解答 1 判断人处于超重状态还是失重状态 只要看人的加速度方向 图 5 4 2 在 Pa 段人做自由落体运动 加速度是重力加速度 g 人处于完全失重状态 从 a 到 b 过程中 人 所受的重力总大于弹性绳的弹力 合力方向向下 加速度方向向下 但小于 g 人处于失重 状态 在 b 点 人所受重力大小等于弹性绳弹力 加速度为零 从 b 到 c 人所受重力小于 弹力 合力方向向上 加速度方向向上 处于超重状态 2 当弹性绳伸长至 c 点 伸长量为 x 物体处于最大超重状态 由题意得弹力不得超过 3 倍的重力 即 kx 3mg 故 ac 的最大长度为 max 33600 m 3 m 600 mg x k 点拨 判断超重和失重状态 确定加速度方向是关键 例 4 某人在一以 2 5 m s2的加速度匀加速下降的电梯里最多能举起 80 kg 的物体 那么此人在地面上最多能举起多少千克的物体 若此人在一竖直运动的电梯里最多能举起 40 kg 的物体 则此电梯运动的加速度是多少 g 取 10 m s2 提示 人在任何情况下最大的举 力是一定的 解析 以被举起的 m1 80 kg 的物体为研究对象 有 m1g F m1a1 则人的最大举力 F m1g m1a1 80 10 2 5 N 600 N 在地面上被举物体的重量 22 600 kg60 kg 10 m gFmF g 得 若此人只能举起 m3 40 kg 的物体 则有 F m3g m3a2 得电梯运动的加速度 22 3 2 3 60040 10 m s5 m s 40 Fm g a m 方向竖直向上 即若最多能举起 40 kg 的物体 则此电梯加速度大小为 5 m s2 方向竖直向上 答案 60 kg 5 m s2 方向竖直向上 点拨 对于超重与失重问题 关键是根据牛顿第二定律求出其加速度 高考题型参考 例 5 2007 海南 游乐园中 游客乘坐能加速或减速运动的升降机 可以体会超 重或失重的感觉 下列描述正确的是 A 当升降机加速上升时 游客是处在失重状态 B 当升降机减速下降时 游客是处在超重状态 C 当升降机减速上升时 游客是处在失重状态 D 当升降机加速下降时 游客是处在超重状态 解析 当升降机加速上升或减速下降时 其加速度方向竖直向上 游客处于超重状 态 当升降机加速下降或减速上升时 其加速度方向竖直向下 游客处于失重状态 故选 B C 答案 BC 点拨 当物体有竖直向上的加速度时 其所受合外力方向向上 物体处于超重状态 当 物体有竖直向下的加速度时 其所受合外力方向向下 物体处于失重状态 例 6 2005 全国 一质量为 m 的人站在电梯中 电梯加速上升 加速度大小为 g 为重力加速度 人对电梯底部的压力为 A 1 3 mg B 2mg C mg D 4 3 mg 解析 此人处于超重状态 分析此人受力 由牛顿第二定律 N mg ma N m g n 4