6.4 超重和失重 课件 (5)

课件33张PPT。第4节 超重与失重温故知新1．当人站在台秤上时，台秤所受人的压力与人所受台秤的支持力是一对________，故台秤的示数等于________．
答案：作用力和反作用力　人所受的支持力
2．在游乐园乘坐升降机加速下降时，你会有一种腾云驾雾的感觉，此时你的加速度方向向___，升降机对人的支持力比自身实际重力偏________．
答案：下　小
?
精彩回眸图6－4－11．超重现象
(1)定义：物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)____ 物体所受的重力的现象．
(2)产生条件：物体具有____的加速度．
2．失重现象
(1)定义：物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)____物体所受的重力的现象．物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)等于零的现象叫_________．
(2)产生条件：物体具有____的加速度．a＝g时，对应完全失重．
新知梳理大于向上小于完全失重向下合作探究超重现象1．实质：物体所受支持力(或拉力)与重力的合力方向向上，测力计的示数大于物体的重力．
2．超重条件与运动情况
(1)超重条件：具有向上的加速度
3．超重分析
当物体加速向上运动时，设支持物对物体的支持力(或悬挂物受到的拉力)为F(即视重)，竖直方向上由牛顿第二定律得F－mg＝ma，所以F＝mg＋ma
可见：视重F比重力mg超出ma，超出的部分可理解为使物体产生向上的加速度，同时还可看出超重时物体所受重力没变．
特别提醒：(1)只要物体有竖直向上的分加速度就出现超重现象，与物体的运动方向无关．
(2)发生超重现象时，只是物体的视重增加了，物体的重力并没有发生变化．
1．如图6－4－2所示，电梯的顶部悬挂一把弹簧测力计，测力计下端挂了一个重物，电梯做匀速直线运动时，弹簧测力计的示数为10 N，当电梯以a＝2 m/s2的加速度匀减速下降时，弹簧测力计的示数为多少？(g＝10 m/s2)
图6－4－2解析：电梯做匀速直线运动时，弹簧测力计的示数F＝G＝10 N，故物体质量m＝1 kg，当电梯匀减速下降时，加速度竖直向上，取竖直向上为正方向，根据牛顿第二定律得F－mg＝ma.所以F＝mg＋ma＝10 N＋1×2 N＝12 N，即弹簧测力计的示数为12 N.
答案：12 N
失重现象1．实质：物体所受支持力(或拉力)与物体重力的合力方向向下，测力计的示数小于物体的重力．
2．失重条件与运动情况
(1)失重条件：物体具有向下的加速度
3．失重分析
当物体有向下的加速度时，由牛顿第二定律得：
mg－F＝ma，所以F＝mg－ma
可见：视重F比mg少ma，失去的部分可理解为使物体产生了向下的加速度，同时可看出，物体所受的重力也没变．
4．完全失重
(1)物体的加速度竖直向下且a＝g，此时物体所受支持力(或拉力)F＝0.
(2)在完全失重情况下，由重力产生的一切物理现象都会消失，如单摆停摆、天平失效、水银气压计失效等．
特别提醒：当物体处于自由落体或竖直上抛运动状态时由于物体的加速度均为重力加速度，故物体处于完全失重状态．此时物体对水平支持物的压力或对竖直悬挂物的拉力等于零．
2．下列说法中正确的是 (　　)
A．体操运动员双手握住单扛吊在空中不动时处于失重状态
B．蹦床运动员在空中上升和下落过程中都处于失重状态
C．举重运动员在举起杠铃后不动的那段时间内处于超重状态
?D．游泳运动员仰卧在水面静止不动时处于失重状态
答案：B
超重与失重
1．超重与失重比较
2.超重、失重的应用
(1)根据物体具有向上(或向下)的加速度，判断物体处于超重(或失重)状态，反之，根据物体处于超重(或失重)状态，判断物体的加速度方向．
(2)当系统中局部出现超重(或失重)现象时，系统处于超重(或失重)状态．
特别提醒：(1)超重、失重与物体运动的速度无关，取决于加速度的方向．超重、失重不是重力增大或减小，而是视重的增大或减小．
(2)解题时要注意从“加速上升”、“减速下降”、“加速下降”、“减速上升”等字眼中确定加速度的方向．
3．在升降机内，某同学站在磅秤上，发现自己的体重减少了20%，于是他做出了下列判断，你认为正确的是 (　　)
A．升降机可能以0.8g的加速度加速上升
B．升降机可能以0.2g的加速度加速下降
C．升降机可能以0.2g的加速度减速上升
D．升降机可能以0.8g的加速度减速下降
解析：判断物体是超重或失重，只要看加速度的方向即可，只要物体有向上的加速度就超重，只要物体有向下的加速度就失重，本题中他发现体重减少了20%，是失重现象，物体具有向下的加速度，所以物体可能做向上的减速运动，也可能是向下的加速运动，又由牛顿第二定律可求得a＝0.2g，故B、C正确，A、D选项错误．
答案：BC
典例精析研究对象为单体的超、失重问题【典例1】 一个年轻人在以加速度为a＝2 m/s2加速上升的升降机里最多能举起质量为m＝50 kg的重物，问当升降机以同样的加速度减速上升时，该年轻人最多能举起的重物的质量m′为(取g＝10 m/s2) (　　)
A．50 kg B．100 kg
C．75 kg D．125 kg
思路分析：解答本题的关键是要理解不论是在加速还是减速的环境中，人的最大举力是不发生变化的，然后对物体在竖直方向上应用牛顿第二定律即可求解．
解析：不论升降机加速上升还是减速上升，该年轻人的最大举力F是不变的．
当升降机加速上升时，重物处于超重状态，
F＝m(g＋a)
当升降机减速上升时，重物处于失重状态，
F＝m′(g－a)
答案：C
反思领悟：超重与失重部分的知识内容是牛顿第二定律的拓展与应用，在解该类题型的试题时应先分析物体受力情况，确定加速度方向，再运用牛顿第二定律即可求出力或加速度．
如图6－4－3所示，载人车厢沿倾角θ＝37°的钢索加速向上运动，车厢中的人对厢底的压力为人重力的1.25倍，已知sin37°＝0.6，g取10 m/s2，那么车厢对人的摩擦力约为人重力的(　　)
?A．0.25倍 B．0.33倍
C．1.25倍 D．1.33倍
图6－4－3解析：由题意知，设人在车厢中沿索道向上的加速度为a，人具有竖直向上的加速度分量为a上＝asinθ，人处于超重状态，人对厢底的压力等于厢底对人的支持力，即
F′＝m(g＋a上)＝m(g＋asinθ) ①
又F′＝1.25mg ②
人具有水平方向的加速度分量为a水平＝acosθ，人受到的摩擦力的大小为f＝ma水平＝macosθ ④
由③④两式得f＝0.33mg，故正确选项为B.
答案：B
研究对象为多体的超、失重问题【典例2】 如图6－4－4所示，在台秤的托盘上放一个支架，支架上固定一电磁铁A，电磁铁A的正下方有一铁块B，电磁铁A不通电时，台秤的示数为G.当接通电源在铁块B被吸引起来的过程中，台秤的示数将 (　　)
A．不变 B．变大
C．变小 D．忽大忽小
图6－4－4思路分析：不通电时，整体处于静止，铁块B处于平衡状态；当通电后，整体重心加速上升，B物体处于超重状态．
解析：很多同学认为，当铁块B被吸起时脱离台秤，所以对台秤的压力消失，台秤的示数减小而错选C.其实，铁块B被吸起的过程是铁块B加速上升的过程，处于超重状态，即整体处于超重状态，所以整体对托盘的压力大于整体的重力．故正确选项为B.
答案：B反思领悟：掌握多体超重与失重的问题的分析方法，在定性分析多体运动问题时显得很实用，我们只要把多个物体当做一个整体，研究整体的重心运动情况，再根据超重与失重知识就能得出结论．对体系而言，如果整体的一部分处于超重或失重状态，则整体就处于超重或失重状态．
如图6－4－5所示，滑轮的质量不计，已知三个物体的质量关系是：m1＝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
图6－4－5解析：如题图所示状态时，三个物体m1＝m2＋m3，则系统处于平衡状态，T＝(m1＋m2＋m3)g.当m2从右边移到左边后，左边的物体加速下降，右边的物体以大小相同的加速度加速上升，由于m1＋m2>m3，故系统的重心加速下降，系统处于失重状态，此时T<(m1＋m2＋m3)g.
答案：B
超重、失重的应用
1．从本质上讲超、失重问题就是牛顿第二定律的具体应用，所以牛顿运动定律的解题方法和步骤照常可以应用．
2．有时候直接利用超、失重的特点和规律去定性分析判断有关题目时，可以使问题在一定程度上简化．
创新拓展【典例3】 如图6－4－6所示，底座A上装有一根长杆，其总质量为M，杆上套有质量为m的环B，它与杆有摩擦，当环从底座以初速度v向上飞起时(底座保持静止)，环在上升过程中，底座对地面的压力将 (　　)
图6－4－6A．等于(M＋m)g B．大于(M＋m)g
C．小于(M＋m)g D．不能确定
思路分析：此题有多种解法，但关键是弄清环向上飞起时，受到的加速度向下，系统处于失重状态．
解析：解法一(隔离法)：根据牛顿第二定律，对环有F＋mg＝ma，对底座有F′＋FN－Mg＝0，又F＝F′，故FN＝Mg＋mg－ma，又因为a>g，所以FN解法二(超重失重法)：底座静止，而环向上做减速运动，加速度向下，所以环处于失重状态，则整体处于失重状态，对地面的压力一定小于(M＋m)g.
解法三(质心法)：环向上做减速运动，对整体其质心向上做减速运动，加速度向下，处于失重状态，所以整体对地面的压力一定小于(M＋m)g.
答案：C