超重和失重（讲义）原卷版

第四章 运动和力的关系4.6超重和失重情境导入日常生活中我们常看到这样的情境：当推车时，推车的人越多，推力越大，车的速度改变就越快；相同推力下，若汽车是空车，则比满载时速度改变快。可见汽车获得的加速度与其质量和所受外力有关，那么加速度与力、质量具体满足怎样的关系呢?知识点一、重力的测量☆☆基本概念实重:物体实际所受的重力。视重:弹簧测力计或台的示数叫物体的视重。重力的两种常用测量方法方法一：先测量物体做自由落体运动的加速度g，再用天平测量物体的质量，利用牛顿第二定律可得重力为G=mg方法二：利用力的平衡条件对重力进行测量。将待测物体悬挂或放置在测力计上，使它处于静止状态。这时物体所受的重力和测力计对物体的拉力或支持力的大小相等，测力计的示数反映了物体所受的重力大小这是测量重力最常用的方法。知识点二、超重和失重☆☆☆【情境引入】迈步站到如图所示的体重计上测体重时,会发现体重计的指针不稳定。迈步站到如图所示的体重计上测体重时,会发现体重计的指针不稳定。人的体重在短时间内不会变化,而示数却在变化,这是什么原因呢?在什么条件下,体重计的示数是准确的?基本概念超重：物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)大于物体所受重力的现象，即视重大于实重；失重：物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)小于于物体所受重力的现象，即视重小于视重；平衡、超重、失重和完全失重的比较特征状态加速度视重(F)与重力关系运动情况受力图平衡a＝0F＝mg静止或匀速直线运动超重向上F＝m(g＋a)>mg向上加速或向下减速失重向下F＝m(g－a)<mg(a<g)向下加速或向上减速完全失重a＝gF＝0自由落体运动、抛体运动、沿圆轨道运行的卫星【特别提示】物体处于超重或失重状态时,物体的重力始终存在，大小也没有变化,只是“视重”发生了改变。超重或失重现象与物体速度的大小和方向无关，只取决于加速度的方向。3.当物体具有坚直向上的加速度分量时,也属于超重;物体具有坚直向下的加速度分量时,也属于失重。4.在完全失重的状态下,一切由重力产生的物理现象都会消失,如天平失效、浸在水中的物体不再受浮力、液体柱不再产生向下的压强、物体对桌面无压力等。【典例1】如图所示，在升降机的天花板上用细线悬挂一小球，现升降机加速下降，下列说法正确的是（）A．小球处于超重状态 B．小球处于失重状态C．细线的拉力大于小球的重力 D．细线的拉力等于小球的重力【变式1】如图所示，升降机的水平底面上放有重为G的物体，它受升降机底面的支持力大小为F支，它对升降机底面压力大小为F压，下列说法正确的是（）A．不管升降机怎样运动，总有F压=F支 B．当升降机自由下落时，F支=0，G=0C．当F支>G时，升降机正上升 D．当F支>G时，物体超重，升降机的加速度一定向上【变式2】（多选）人站在升降机中，当升降机加速上升时，下列说法错误的是（）A．人受到的支持力等于重力 B．人处于超重状态C．人受到的重力将减小 D．人处于失重状态题型一：超失重现象分析【例2】体验式学习是一种很有效的学习方式。如图所示，课堂上老师借助体重计让学生体验“超失重现象”，体验过程中，学生立于体重计上完成一次下蹲起立，则下列判断中正确的是（）A．学生下蹲的过程中，体重计的示数减小，小于其体重B．学生起立的过程中，体重计的示数增大，大于其体重C．学生下蹲的过程中，体重计的示数先减小后不变D．学生起立的过程中，体重计的示数先大于其体重后小于其体重【变式1】近几年，极限运动越来越受到年轻人的喜欢，其中“反向蹦极”是一项比蹦极更刺激的运动。如图所示，弹性轻绳的上端固定在O点，并与力传感器相连，拉长后将下端固定在体验者的身上，并与固定在地面上的扣环相连。稳定时力传感器示数为2100N，打开扣环，从A点由静止释放，体验者（连同装备）像火箭一样被“竖直发射”，经B点上升到最高位置C点，在B点时速度最大。人与装备的总质量为70kg（可视为质点），不计空气阻力，则下列说法不正确的是（）A．在C点，人处于失重状态 B．在B点，人所受合力为零C．打开扣环瞬间，人的加速度大小为10m/s2 D．从A点到B点上升过程中，人的加速度不断减小【变式2】如图所示，某高中生在自家小区住宅楼的一客梯内研究超重和失重现象，将质量为1kg的物体悬挂在弹簧测力计上，观察到测力计示数稳定为12N，则该客梯当前状态及运行情况是（）A．该客梯处于失重状态 B．该客梯处于超重状态C．该客梯可能向下做匀减速直线运动 D．该客梯可能向下做匀加速直线运动题型二：Ft图像分析超失重问题【典例3】小红和小明用体重计研究人在观光升降电梯中的超重和失重现象。在升降电梯内的地板上放一体重计，电梯静止时小红站在体重计上。在升降电梯运动过程中，小明观察到体重计的示数随时间变化的图像如图所示。已知升降电梯从时经历了三个阶段：由静止开始匀加速运动、匀速运动和匀减速运动，在时停止，。下列说法正确的是（）A．小红在内重力增加了，小红处于超重状态 B．升降电梯在小明观察的这段时间内向下运动C．小红在内匀速运动的速度为 D．小红在内位移为22m【变式1】图甲是某人站在接有传感器的地板上做下蹲、起跳和回落动作的示意图，图中的小黑点表示人的重心，图乙是地板所受压力随时间变化的图像，取重力加速度。根据图像分析可知（）A．到的过程中，人先处于失重状态再处于超重状态B．人的重力可由点读出，约为C．点是人在双脚离开地板的过程中上升最高的点D．人上升的最大高度约为【变式2】（多选）纵跳是体育运动的基本动作之一，可以分为原地纵跳和助跑纵跳。如图甲所示，人光脚在原地纵跳时，快速下蹲后立即蹬伸，在起跳过程中，人受到地面的支持力随时间变化的关系图像如图乙所示，下列说法正确的是（）A．地面对人的支持力是由于地面发生微小形变引起的B．人能够原地纵跳是由于地面对人的支持力大于人对地面的压力C．在点人达到最大速度D．曲线上的A点表示人下蹲至最低点题型三：超失重与图像的综合问题【典例4】图甲中的塔吊是现代工地必不可少的建筑设备，图乙为150kg的建筑材料被塔吊竖直向上提升过程的简化运动图像，g取10m/s2，下列判断正确的是（）A．前10s钢索的拉力恒为1500N B．46s末材料离地面的距离为22mC．10～30s钢索上的拉力最小 D．在30～36s钢索最容易发生断裂【变式1】如图甲所示，建筑工地常用吊车通过绳索将建筑材料从地面吊到高处，图乙为建筑材料被吊车竖直向上提升过程的简化运动图像，在竖直方向的运动分三段，第为第Ⅰ段，第为第Ⅱ段，第为第Ⅲ段，以向上为正方向，则下列说法中正确的是（）A．第内建筑材料的加速度大小为 B．第内建筑材料处于超重状态C．整个过程材料上升高度是 D．第Ⅰ段和第Ⅲ段的加速度方向相反，速度方向也相反【变式2】若货物随升降机运动的v­t图像如图所示（竖直向上为正），则货物受到升降机的支持力F与时间t关系的图像可能是（）A．

B．

C．

D．

考向1：运动图像判断物体的超失重现象1．（2020·山东·统考高考真题）一质量为m的乘客乘坐竖直电梯下楼，其位移s与时间t的关系图像如图所示。乘客所受支持力的大小用FN表示，速度大小用v表示。重力加速度大小为g。以下判断正确的是（）A．0~t1时间内，v增大，FN>mg B．t1~t2时间内，v减小，FN<mgC．t