4.6.超重和失重 学案——高中物理人教版（2019）必修第一册
文档属性
| 名称 | 4.6.超重和失重 学案——高中物理人教版（2019）必修第一册 |  | |
| 格式 | doc | ||
| 文件大小 | 768.5KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-08-18 20:21:24 | ||
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文档简介
6．超重和失重
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1．思考：测量重力常用的两种方法？
2．区别三种现象
超重现象 物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)__________________的现象
失重现象 物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)__________________的现象
完全失重现象 物体对支持物(或对悬挂物)__________________________的现象
3.判断下列说法正确的是__________。
①物体静止时，测力计的示数就是物体的重力。
②物体减速向下运动时处于失重状态。
③物体处于失重状态时重力减小了。
④做竖直上抛运动的物体，只受重力作用，加速度大小和方向都不变。
⑤完全失重的环境中，天平将不能使用。
INCLUDEPICTURE "../能力素养·进阶.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "../能力素养·进阶.TIF" \* MERGEFORMAT
INCLUDEPICTURE "../基础巩固组.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "../基础巩固组.TIF" \* MERGEFORMAT
1．在探究超重和失重的规律时，某体重为G的同学站在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的压力FN随时间t变化的图像可能是图中的( )
2．一个质量为50 kg的人，站在竖直向上运动着的升降机地板上，他看到升降机上挂着重物的弹簧测力计上的示数为40 N，已知重物质量为5 kg，g取10 m/s2，则升降机中重物所处状态和这时人对升降机地板的压力为( )
A．超重状态，500 N B．超重状态，50 N
C．失重状态，400 N D．失重状态，40 N
3．“蹦极”是一项非常刺激的体育运动。某人身系弹性绳自高空P点自由下落，图中a点是弹性绳的原长度位置，c是人所到达的最低点，b是人静止地悬吊着时的平衡位置。人在从P点下落到最低点c点的过程中( )
A．人在a点时速度最大
B．人在ab段做加速度增大的加速运动，处于失重状态
C．在bc段绳的拉力大于人的重力，人处于超重状态
D．在c点，人的速度为零，处于平衡状态
4．用外力F拉一物体使其做竖直上升运动，不计空气阻力，加速度a随外力F的变化关系如图所示，下列说法正确的是( )
A．物体的质量为
B．当地的重力加速度为2a0
C．当a>0时，物体处于失重状态
D．当a＝a1时，拉力F＝a1
5. (多选)找一小手电筒，使其后盖朝下竖直放置(如图所示，手电筒底部是弹簧)。旋松手电筒后盖，使手电筒刚好不发光。现让手电筒分别做下列运动，手电筒在运动过程中可能会发光的是(手电筒在运动中始终保持竖直)( )
A．自由落体 B．加速上升
C．竖直上抛 D．减速下降
6．若货物随升降机运动的v t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关系的图像可能是图中的( )
INCLUDEPICTURE "../素养提升组.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "../素养提升组.TIF" \* MERGEFORMAT
7．如图所示，一种巨型娱乐器械可以使人体验超重和失重，一个可乘几十个人的水平座舱套在竖直柱子上由升降机先送上几十米的高处，然后让座舱自由落下，落到一定位置，制动系统启动，到地面时刚好停下，整个下落过程中( )
A.一直处于失重状态 B．先失重后超重
C．一直处于超重状态 D．先超重后失重
8．(多选)北京冬奥会自由式滑雪女子空中技巧比赛场地可简化为由如图所示的助滑区、弧形过渡区、着陆坡、减速区等组成。若将运动员视为质点，且忽略空气阻力，下列说法正确的是( )
A．运动员在助滑区加速下滑时处于失重状态
B．运动员在助滑区加速下滑时处于超重状态
C．运动员在跳离弧形过渡区至着陆坡之前的过程中处于完全失重状态
D．运动员在减速区减速过程中处于失重状态
9．为了让乘客乘车更为舒适，某探究小组设计了一种新的交通工具，乘客的座椅能随着坡度的变化而自动调整，使座椅上表面始终保持水平，如图所示。当此车加速下坡时，一位乘客正盘腿坐在座椅上，则下列说法正确的是( )
A．乘客所受合外力可能竖直向下
B．支持力可能大于重力
C．若乘客未接触座椅靠背，则应受到向前(水平向左)的摩擦力作用
D．可能处于超重状态
10．(多选)如图为10米跳台运动员在决赛中的关键一跳，关于运动员在从起跳到落水的过程中，下列说法正确的是( )
A.起跳离开跳台以后，重心在上升的过程中，运动员处于超重状态
B．在起跳的过程中，跳台对他的作用力大于他对跳台的作用力
C．起跳未离开跳台向上加速的过程中，跳台对他的作用力大于运动员的重力
D．运动员离开跳台到落水的过程中一直处于失重状态
11.利用阿特伍德机可以研究超重和失重现象，其研究步骤如下：如图所示，原来定滑轮左右两侧都悬挂质量为2m的物块，弹簧测力计示数为2mg。若在右侧悬挂的物块上再增加质量为m的物块，左侧物块将获得向上的加速度，可观察到弹簧测力计上的示数变大，左侧物块处于超重状态；若将右侧物块的质量减小到m，左侧物块将向下做加速运动，可观察到弹簧测力计上的示数变小，左侧物块处于失重状态。请问：左侧物块处于超重状态时，弹簧测力计的读数是多少？左侧物块处于失重状态时，弹簧测力计的读数又是多少？(不计连接物块的细线和弹簧测力计的质量)
6．超重和失重
必备知识 落实 INCLUDEPICTURE "../箭头.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "../箭头.TIF" \* MERGEFORMAT
1．方法一：
(1)测量物体做自由落体运动的加速度g；
(2)用天平测量物体的质量m；
(3)利用牛顿第二定律得：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，这时测力计的示数反映了物体所受的重力大小。
2．大于物体所受的重力
小于物体所受的重力
完全没有作用力
3．④⑤
知能素养 进阶 INCLUDEPICTURE "../箭头.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "../箭头.TIF" \* MERGEFORMAT
1. 该同学站在压力传感器上完成一次下蹲动作的过程中，先向下加速，后向下减速，其加速度先向下后向上，即先失重后超重，选项D正确，A、B、C错。
2. 设弹簧测力计的示数为F，重物质量为m，对重物应用牛顿第二定律得mg－F＝ma
解得a＝2 m/s2，方向向下，重物处于失重状态。
设人的质量为M，升降机地板对人的支持力为FN，对人利用牛顿第二定律得Mg－FN＝Ma
解得FN＝400 N，根据牛顿第三定律，人对升降机地板的压力大小为400 N，方向竖直向下，故选C。
3. 在a点，人的重力大于弹力，加速度向下，做加速运动，根据牛顿第二定律知，加速度减小，当到达b位置，重力和弹力相等，速度最大，从b到c，重力小于弹力，加速度方向向上，向下做减速运动，处于超重状态，故C正确，A错误；在ab段绳的拉力小于人的重力，加速度向下，人处于失重状态，根据牛顿第二定律得mg－F＝ma，由此可知加速度逐渐减小，故B错误；c点速度为零，加速度不为零，不是平衡状态，故D错误。
4. 当F＝0时a＝－a0，此时的加速度为重力加速度，故g＝a0，所以B错误。当a＝0时，拉力F＝F0，拉力大小等于重力，故物体的质量为，所以A正确；当a>0时，加速度方向竖直向上，物体处于超重状态，所以C错误；当a＝a1时，由牛顿第二定律得F－mg＝ma1，又m＝、g＝a0，故拉力F＝(a1＋a0)，所以D错误。
5. 根据题意可知，弹簧本来处于压缩状态，若要使手电筒发光，则应该使弹簧的长度变长，即形变量减小，即弹簧的弹力减小，则应该使电池处于失重状态，则其加速度应该有竖直向下的分量。自由落体和竖直上抛时，电池处于失重状态，故A、C正确；加速上升和减速下降时，加速度竖直向上，电池处于超重状态，故B、D错误。
6. 根据v t图像可知升降机的运动情况：加速下降→匀速下降→减速下降→加速上升→匀速上升→减速上升，根据牛顿第二定律F－mg＝ma可判断支持力F的变化情况：失重→等于重力→超重→超重→等于重力→失重，故选项B正确。
7. 开始制动前，座舱做自由落体运动，处于失重状态，制动后，做向下的减速运动，则物体处于超重状态，故B正确，A、C、D错误。
8. 运动员在助滑区加速下滑时，加速度有向下的分量，处于失重状态，故A正确，B错误；运动员在跳离弧形过渡区至着陆坡之前的过程中，离开轨道，只受重力，处于完全失重状态，故C正确；运动员在减速区减速过程中，加速度有向上的分量，处于超重状态，故D错误。
9. 当车加速下坡时，加速度方向沿斜坡向下，乘客的加速度与车的加速度相同，乘客所受合外力沿斜坡向下，故A项错误。乘客的加速度沿斜坡向下，将加速度分解成水平方向和竖直方向，则乘客的加速度有竖直向下的分量，乘客处于失重状态，所受支持力小于重力，故B、D项错误。若乘客未接触座椅靠背，乘客的加速度沿斜坡向下，将加速度分解成水平方向和竖直方向，则乘客受力如图，即乘客受到向前(水平向左)的摩擦力作用，故C项正确。
10. 运动员离开跳台到落水的过程中，只受到重力作用，因此一直处于失重状态，A错，D对。他对跳台的作用力与跳台对他的作用力是一对作用力和反作用力，大小相等，方向相反，故选项B错误；在起跳未离开跳台向上加速的过程中，运动员具有向上的加速度，因此跳台对他的作用力大于重力，C对。
11．【解析】左侧物块处于超重状态时，对左侧物块受力分析知F－2mg＝2ma，对右侧的物块受力分析知3mg－F＝3ma
联立解得F＝mg
左侧物块处于失重状态时，对左侧物块受力分析知
2mg－F′＝2ma′
对右侧的物块受力分析知F′－mg＝ma′
联立解得F′＝mg。
答案：mg mg
1
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1．思考：测量重力常用的两种方法？
2．区别三种现象
超重现象 物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)__________________的现象
失重现象 物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)__________________的现象
完全失重现象 物体对支持物(或对悬挂物)__________________________的现象
3.判断下列说法正确的是__________。
①物体静止时，测力计的示数就是物体的重力。
②物体减速向下运动时处于失重状态。
③物体处于失重状态时重力减小了。
④做竖直上抛运动的物体，只受重力作用，加速度大小和方向都不变。
⑤完全失重的环境中，天平将不能使用。
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1．在探究超重和失重的规律时，某体重为G的同学站在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的压力FN随时间t变化的图像可能是图中的( )
2．一个质量为50 kg的人，站在竖直向上运动着的升降机地板上，他看到升降机上挂着重物的弹簧测力计上的示数为40 N，已知重物质量为5 kg，g取10 m/s2，则升降机中重物所处状态和这时人对升降机地板的压力为( )
A．超重状态，500 N B．超重状态，50 N
C．失重状态，400 N D．失重状态，40 N
3．“蹦极”是一项非常刺激的体育运动。某人身系弹性绳自高空P点自由下落，图中a点是弹性绳的原长度位置，c是人所到达的最低点，b是人静止地悬吊着时的平衡位置。人在从P点下落到最低点c点的过程中( )
A．人在a点时速度最大
B．人在ab段做加速度增大的加速运动，处于失重状态
C．在bc段绳的拉力大于人的重力，人处于超重状态
D．在c点，人的速度为零，处于平衡状态
4．用外力F拉一物体使其做竖直上升运动，不计空气阻力，加速度a随外力F的变化关系如图所示，下列说法正确的是( )
A．物体的质量为
B．当地的重力加速度为2a0
C．当a>0时，物体处于失重状态
D．当a＝a1时，拉力F＝a1
5. (多选)找一小手电筒，使其后盖朝下竖直放置(如图所示，手电筒底部是弹簧)。旋松手电筒后盖，使手电筒刚好不发光。现让手电筒分别做下列运动，手电筒在运动过程中可能会发光的是(手电筒在运动中始终保持竖直)( )
A．自由落体 B．加速上升
C．竖直上抛 D．减速下降
6．若货物随升降机运动的v t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关系的图像可能是图中的( )
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7．如图所示，一种巨型娱乐器械可以使人体验超重和失重，一个可乘几十个人的水平座舱套在竖直柱子上由升降机先送上几十米的高处，然后让座舱自由落下，落到一定位置，制动系统启动，到地面时刚好停下，整个下落过程中( )
A.一直处于失重状态 B．先失重后超重
C．一直处于超重状态 D．先超重后失重
8．(多选)北京冬奥会自由式滑雪女子空中技巧比赛场地可简化为由如图所示的助滑区、弧形过渡区、着陆坡、减速区等组成。若将运动员视为质点，且忽略空气阻力，下列说法正确的是( )
A．运动员在助滑区加速下滑时处于失重状态
B．运动员在助滑区加速下滑时处于超重状态
C．运动员在跳离弧形过渡区至着陆坡之前的过程中处于完全失重状态
D．运动员在减速区减速过程中处于失重状态
9．为了让乘客乘车更为舒适，某探究小组设计了一种新的交通工具，乘客的座椅能随着坡度的变化而自动调整，使座椅上表面始终保持水平，如图所示。当此车加速下坡时，一位乘客正盘腿坐在座椅上，则下列说法正确的是( )
A．乘客所受合外力可能竖直向下
B．支持力可能大于重力
C．若乘客未接触座椅靠背，则应受到向前(水平向左)的摩擦力作用
D．可能处于超重状态
10．(多选)如图为10米跳台运动员在决赛中的关键一跳，关于运动员在从起跳到落水的过程中，下列说法正确的是( )
A.起跳离开跳台以后，重心在上升的过程中，运动员处于超重状态
B．在起跳的过程中，跳台对他的作用力大于他对跳台的作用力
C．起跳未离开跳台向上加速的过程中，跳台对他的作用力大于运动员的重力
D．运动员离开跳台到落水的过程中一直处于失重状态
11.利用阿特伍德机可以研究超重和失重现象，其研究步骤如下：如图所示，原来定滑轮左右两侧都悬挂质量为2m的物块，弹簧测力计示数为2mg。若在右侧悬挂的物块上再增加质量为m的物块，左侧物块将获得向上的加速度，可观察到弹簧测力计上的示数变大，左侧物块处于超重状态；若将右侧物块的质量减小到m，左侧物块将向下做加速运动，可观察到弹簧测力计上的示数变小，左侧物块处于失重状态。请问：左侧物块处于超重状态时，弹簧测力计的读数是多少？左侧物块处于失重状态时，弹簧测力计的读数又是多少？(不计连接物块的细线和弹簧测力计的质量)
6．超重和失重
必备知识 落实 INCLUDEPICTURE "../箭头.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "../箭头.TIF" \* MERGEFORMAT
1．方法一：
(1)测量物体做自由落体运动的加速度g；
(2)用天平测量物体的质量m；
(3)利用牛顿第二定律得：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，这时测力计的示数反映了物体所受的重力大小。
2．大于物体所受的重力
小于物体所受的重力
完全没有作用力
3．④⑤
知能素养 进阶 INCLUDEPICTURE "../箭头.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "../箭头.TIF" \* MERGEFORMAT
1. 该同学站在压力传感器上完成一次下蹲动作的过程中，先向下加速，后向下减速，其加速度先向下后向上，即先失重后超重，选项D正确，A、B、C错。
2. 设弹簧测力计的示数为F，重物质量为m，对重物应用牛顿第二定律得mg－F＝ma
解得a＝2 m/s2，方向向下，重物处于失重状态。
设人的质量为M，升降机地板对人的支持力为FN，对人利用牛顿第二定律得Mg－FN＝Ma
解得FN＝400 N，根据牛顿第三定律，人对升降机地板的压力大小为400 N，方向竖直向下，故选C。
3. 在a点，人的重力大于弹力，加速度向下，做加速运动，根据牛顿第二定律知，加速度减小，当到达b位置，重力和弹力相等，速度最大，从b到c，重力小于弹力，加速度方向向上，向下做减速运动，处于超重状态，故C正确，A错误；在ab段绳的拉力小于人的重力，加速度向下，人处于失重状态，根据牛顿第二定律得mg－F＝ma，由此可知加速度逐渐减小，故B错误；c点速度为零，加速度不为零，不是平衡状态，故D错误。
4. 当F＝0时a＝－a0，此时的加速度为重力加速度，故g＝a0，所以B错误。当a＝0时，拉力F＝F0，拉力大小等于重力，故物体的质量为，所以A正确；当a>0时，加速度方向竖直向上，物体处于超重状态，所以C错误；当a＝a1时，由牛顿第二定律得F－mg＝ma1，又m＝、g＝a0，故拉力F＝(a1＋a0)，所以D错误。
5. 根据题意可知，弹簧本来处于压缩状态，若要使手电筒发光，则应该使弹簧的长度变长，即形变量减小，即弹簧的弹力减小，则应该使电池处于失重状态，则其加速度应该有竖直向下的分量。自由落体和竖直上抛时，电池处于失重状态，故A、C正确；加速上升和减速下降时，加速度竖直向上，电池处于超重状态，故B、D错误。
6. 根据v t图像可知升降机的运动情况：加速下降→匀速下降→减速下降→加速上升→匀速上升→减速上升，根据牛顿第二定律F－mg＝ma可判断支持力F的变化情况：失重→等于重力→超重→超重→等于重力→失重，故选项B正确。
7. 开始制动前，座舱做自由落体运动，处于失重状态，制动后，做向下的减速运动，则物体处于超重状态，故B正确，A、C、D错误。
8. 运动员在助滑区加速下滑时，加速度有向下的分量，处于失重状态，故A正确，B错误；运动员在跳离弧形过渡区至着陆坡之前的过程中，离开轨道，只受重力，处于完全失重状态，故C正确；运动员在减速区减速过程中，加速度有向上的分量，处于超重状态，故D错误。
9. 当车加速下坡时，加速度方向沿斜坡向下，乘客的加速度与车的加速度相同，乘客所受合外力沿斜坡向下，故A项错误。乘客的加速度沿斜坡向下，将加速度分解成水平方向和竖直方向，则乘客的加速度有竖直向下的分量，乘客处于失重状态，所受支持力小于重力，故B、D项错误。若乘客未接触座椅靠背，乘客的加速度沿斜坡向下，将加速度分解成水平方向和竖直方向，则乘客受力如图，即乘客受到向前(水平向左)的摩擦力作用，故C项正确。
10. 运动员离开跳台到落水的过程中，只受到重力作用，因此一直处于失重状态，A错，D对。他对跳台的作用力与跳台对他的作用力是一对作用力和反作用力，大小相等，方向相反，故选项B错误；在起跳未离开跳台向上加速的过程中，运动员具有向上的加速度，因此跳台对他的作用力大于重力，C对。
11．【解析】左侧物块处于超重状态时，对左侧物块受力分析知F－2mg＝2ma，对右侧的物块受力分析知3mg－F＝3ma
联立解得F＝mg
左侧物块处于失重状态时，对左侧物块受力分析知
2mg－F′＝2ma′
对右侧的物块受力分析知F′－mg＝ma′
联立解得F′＝mg。
答案：mg mg
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