(共38张PPT)
5 超重与失重
学习任务一 对超重和失重的理解
学习任务二 对完全失重的理解
学习任务三 超重、失重的计算问题
备用习题
随堂巩固
◆导学案
学习任务一 对超重和失重的理解
［教材链接］ 阅读教材，完成下列填空：
(1) 超重现象
① 定义：物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)______物体所受重力的现象.
② 产生条件：物体具有竖直______的加速度.
大于
向上
(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)______物体所受重力的现象.
② 产生条件：物体具有竖直______的加速度.
小于
向下
［科学探究］ 人乘坐电梯从1楼到10楼过程中:
(1) 电梯经历了哪些运动过程？
[答案] 加速运动、匀速运动、减速运动.
(2) 人受到电梯的支持力大小是否始终等于其重力？
[答案] 电梯启动瞬间，加速度方向向上，人受到的合外力方向向上，所以支持力大于重力；电梯匀速向上运动时，人受到的合外力为零，所以支持力与重力大小相等；电梯减速向上运动时，加速度方向向下，人受到的合外力方向向下，所以支持力小于重力.
例1 关于超重和失重，下列说法正确的是( )
D
A.物体在超重或失重时重力发生了改变
B.只要物体向上运动，就一定处于超重状态
C.物体向上运动，且受到向上的力，就一定处于超重状态
D.无论物体做何种运动，若只受重力，则都处于失重状态
[解析] 物体处于超重或失重状态时，其重力都没有变化，选项A错误；
物体向上运动，可以是向上的减速运动，此时有向下的加速度，处于失重状态，选项B错误；
物体向上运动，且受到向上的力，加速度可能向下，处于失重状态，选项C错误；
无论物体做何种运动，若只受重力，则加速度一定竖直向下，所以都处于失重状态，选项D正确.
例2 (多选)[2023·福州四中月考] 某实验小组的同学在电梯的天花板上固定一弹簧测力计，使其测量挂钩向下，并在挂钩上悬挂一个重力为的钩码.弹簧测力计的弹力随时间变化的规律可通过一传感器直接得出，如图所示.下列分析正确的是( )
AD
A.从时刻到时刻，钩码处于失重状态 B.从时刻到时刻，钩码处于失重状态
C.电梯可能从1楼开始上升，最后停在12楼 D.电梯可能从16楼开始下降，最后停在1楼
[解析] 从时刻到时刻，钩码受到的拉力小于重力，钩码处于失重状态，加速度向下，A正确；
从时刻到时刻，钩码受到的拉力大于重力，钩码处于超重状态，加速度向上，B错误；
如果电梯开始停在低楼层，先加速向上，接着匀速向上，再减速向上，最后停在高楼层，那么应该为拉力大小先等于重力、再大于重力、然后等于重力、小于重力、最后等于重力，C错误；
如果电梯开始停在高楼层，先加速下降，接着匀速下降，再减速下降，最后停在低楼层，那么应该是拉力大小先等于重力、再小于重力、然后等于重力、大于重力、最后等于重力，D正确.
变式1 [2023·上杭一中月考] 某同学将智能手机放在身上，打开手机中的加速度测量传感器，该同学完成包含起立、下蹲的动作后，传感器得到如图所示的加速度随时间变化图像，以向上方向为加速度正方向，下列说法正确的是( )
A
A.该同学先起立后下蹲 B.该同学先下蹲后起立
C.该同学先起立后下蹲接着起立再下蹲 D.该同学先下蹲后起立接着下蹲再起立
[解析] 由图可知，前一过程中，该同学所受支持力先大于重力后小于重力，即加速度先向上后向下；后一过程中该同学所受支持力先小于重力后大于重力，即加速度先向下后向上.起立过程为加速上升和减速上升，加速度先向上后向下；下蹲过程为加速下降和减速下降，加速度先向下后向上.可知，该同学先起立后下蹲，故A正确.
【要点总结】
平衡、超重、失重的比较
特征状态 加速度 视重()与重力的关系 运动情况 受力示意图
平衡 静止或匀速直线运动 ______________________________________________
特征状态 加速度 视重()与重力的关系 运动情况 受力示意图
超重 向上 由得 向上加速或向下减速 __________________________________________________________
失重 向下 由得 向下加速或向上减速 __________________________________________________________
续表
学习任务二 对完全失重的理解
［教材链接］ 阅读教材，完成下列填空：
(1)定义：物体对支持物(或悬挂物)完全没有作用力的现象.
(2)产生条件：___，方向__________.
特征状态 加速度 视重()与重力的关系 运动情况 受力示意图
完全失重 向下 由得 向下加速或向上减速(加速度为) __________________________________________________
竖直向下
(3) 若将它们同时水平抛出，不计空气阻力，在空中运动的过程中，两个物体始终保持图中位置关系没有分离,则物体____(填选项前的字母).
例3 [2023·泉州五中月考] 如图所示，两个物体、叠放在一起，接触面粗糙.
(1) 若将它们同时自由释放，不计空气阻力，在空中运动的过程中，两个物体始终保持图中位置关系没有分离，则物体___(填选项前的字母).
A.只受重力 B.受重力和对它的压力
C.受重力和对它的摩擦力 D.受重力、对它的压力和摩擦力
(2) 若将它们同时竖直向上抛出，不计空气阻力，在空中运动的过程中，两个物体始终保持图中位置关系没有分离,则物体___(填选项前的字母).
A
A
A
[解析] 以两物体整体为研究对象，两个物体A、B同时由静止释放、竖直上抛或以相同的速度水平抛出，由于不计空气阻力，两个物体都只受重力作用，根据牛顿第二定律可知，它们的加速度等于重力加速度，方向竖直向下，两物体都处于完全失重状态，故在空中运动的过程中，物体A、B都只受到重力，选项A正确.
变式2 [2023·建宁一中月考] 某同学研究超重和失重现象.在一矿泉水瓶底部钻一小孔后装满水，打开瓶盖，将此矿泉水瓶竖直向上抛出，矿泉水瓶始终保持底部朝下，重力加速度大小为，忽略空气阻力.关于矿泉水瓶被抛出后在空中运动的过程，下列说法正确的是( )
D
A.当矿泉水瓶向上运动时，底部有水漏出，而向下运动时，底部没有水漏出
B.当矿泉水瓶向上运动时，底部没有水漏出，而向下运动时，底部有水漏出
C.无论矿泉水瓶向上运动还是向下运动，底部都有水漏出
D.无论矿泉水瓶向上运动还是向下运动，底部都没有水漏出
[解析] 抛出后在空中向上或向下运动的水瓶只在重力的作用下运动，无论水瓶向上运动还是向下运动，瓶子都处于完全失重状态，瓶内液体内部没有压力，所以水不会漏出来，故D正确.
【要点总结】
1.完全失重是一种特殊的失重状态，此时物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)等于零,即“视重”等于零，物体运动的加速度方向向下，大小为.
2.在完全失重的状态下,一切由重力产生的物理现象都会完全消失，如天平失效、浸在水中的物体不再受浮力、液体柱不再产生压强等.
学习任务三 超重、失重的计算问题
［科学思维］ 解决超重、失重问题的基本思路
(1)明确研究对象，进行受力分析.
(2)判断加速度的方向，并建立合理的坐标轴.
(3)应用牛顿第二定律列出方程.
(4)代入数据求解，必要时进行讨论.
例4 [2023·晋江一中期中] 如图所示，质量为的人站在体重计上，随电梯以大小为的加速度加速上升，重力加速度大小为.下列说法正确的是( )
D
A.人处于失重状态，人对体重计的压力大小为
B.人处于超重状态，人对体重计的压力大小为
C.人处于失重状态，人对体重计的压力大小为
D.人处于超重状态，人对体重计的压力大小为
[解析] 由于人随电梯以大小为的加速度加速上升，所以人处于超重状态，对人进行受力分析，设人受到的支持力为，由牛顿第二定律得，解得，根据牛顿第三定律可知，人对体重计的压力大小为，故D正确.
变式3 [2023·南平一中月考] 某举重运动员在地面上能举起的重物，而在运动着的升降机中却只能举起的重物,重力加速度取.
(1) 求升降机运动的加速度.
[答案] ，方向竖直向上
[解析] 在运动着的升降机中只能举起的重物，可见该重物超重了，升降机应具有向上的加速度.
对于重物，有
解得
(2) 在以的加速度加速下降的升降机中，此运动员能举起质量为多大的重物？
[答案]
[解析] 运动员在地面上能举起的重物，则运动员能发挥的向上的最大支撑力.
当升降机以的加速度加速下降时，重物处于失重状态.
对于重物，有
解得
【要点总结】
在举重类问题中常常隐含的一个条件是：举重运动员能发挥的向上的最大支撑力(即举重时对重物的最大支持力)是一个恒量，它是由运动员本身的素质决定的，不随运动状态的改变而改变.
1. (多选)如图所示,原来做匀速运动的升降机内有一被伸长弹簧拉住的具有一定质量的物体A静止在地板上,现发现A突然被弹簧拉向右方.由此可判断,此时升降机的运动可能是 ( )
A.加速上升 B.减速上升 C.加速下降 D.减速下降
BC
[解析] 当升降机静止时,地板给物体的静摩擦力与弹簧的弹力平衡,
且该静摩擦力可能小于或等于最大静摩擦力,当升降机有向下的加速度(加速下降或减速上升)时,物体对地板的正压力将减小,最大静摩擦力也减小,这时的最大静摩擦力小于电梯静止时的静摩擦力,而弹簧的弹力又未改变,故只有在这种情况下A才可能被拉向右方,故B、C正确,A、D错误.
2. (多选) 如图所示,用手托着一个苹果将其向上抛出,苹果上升一段高度后下落,又被轻轻地接住,不计空气阻力,则 ( )
A.苹果在上升过程中离手前处于超重状态
B.苹果在上升过程中离手前的速度越来越大
C.苹果在上升过程中速度先增大后减小
D.苹果未与手接触的过程中均处于完全失重状态
CD
[解析] 苹果在上升过程中,离手前,受到重力和支持力作用,随着苹果的上升,支持力逐渐减小,离开手时,支持力为零,故苹果受到的合力先向上后向下,先是超重状态,后是失重状态,故A错误;
苹果上升过程,离手前,先向上做加速运动,后向上做减速运动,离手后继续做减速运动,所以苹果上升过程速度先增大后减小,故B错误,C正确;
苹果未与手接触的过程中,只受重力,均处于完全失重状态,故D正确.
3. (多选) 小明家住10层,他放学后,乘坐电梯从1层直达10层.假设电梯刚启动时做匀加速直线运动,中间一段时间内做匀速直线运动,最后一段时间内做匀减速直线运动.在电梯从1层直达10层的过程中,下列说法正确的是( )
A.电梯刚启动时,小明处于失重状态
B.电梯刚启动时,小明处于超重状态
C.在超重或失重过程中,小明的体重发生了变化
D.电梯运动的加速度方向发生了变化
BD
[解析] 电梯刚启动时,小明有向上的加速度,则小明处于超重状态,故A错误,B正确;
电梯启动和向上加速时,加速度向上,而减速运动时,加速度向下,故加速度方向发生了变化,故C错误,D正确.
4. (多选)游乐园中,游客乘坐能加速或减速运动的升降机,可以体会超重与失重的感觉.下列描述正确的是( )
A.当升降机减速下降时,游客是处在超重状态
B.当升降机减速下降时,游客是处在失重状态
C.当升降机加速上升时,游客是处在超重状态
D.当升降机加速上升时,游客是处在失重状态
AC
[解析] 当升降机减速下降时,游客受到重力和支持力,加速度向上,根据牛顿第二定律,有N-mg=ma,故N>mg,处于超重状态,故A正确,B错误;
当升降机加速上升时,游客受到重力和支持力,加速度向上,根据牛顿第二定律,有N-mg=ma,故N>mg,处于超重状态,故C正确,D错误.
5.人在平地上静止站立时,受到的支持力大小等于人的重力.做原地纵跳时,在快速下蹲和蹬伸的过程中,人体受到的支持力发生变化(如图所示,G为重力,F为支持力).下列曲线能正确反映该变化的是 ( )
D
[解析] 人从静止站立开始快速下蹲,有向下的加速度,FG,故下蹲过程中,人先失重后超重.蹬伸的过程中,人先向上加速,有向上的加速度,F>G;然后F减小,从速度最大(F=G)到腾空过程,F6.如图所示,将金属块用压缩的轻弹簧卡在一个矩形箱中,在箱的上顶板和下底板上均安有压力传感器,箱可以沿竖直轨道运动,当箱以a=2 m/s2的加速度做竖直向上的匀减速直线运动时,上顶板的传感器显示的压力为6.0 N,下底板的传感器显示的压力为10.0 N.(g取10 m/s2)
(1)若上顶板的传感器示数是下底板的传感器示数的一半,试判断箱的运动情况.
[答案] 处于静止状态或匀速直线运动状态
[解析] 上顶板传感器显示的示数为上顶板对金属块的弹力F1,下底
板传感器显示的示数为弹簧的弹力F2.
当a=2 m/s2时,取向下为正方向,根据牛顿第二定律得 F1-F2+mg=ma
解得金属块的质量m==0.5 kg
当上顶板的压力传感器示数是下底板的压力传感器示数的一半时,弹簧弹力不变
F'1=F2=5 N
由牛顿第二定律得F'1-F2+mg=ma1
解得a1=0,所以箱处于静止状态或匀速直线运动状态
(2)要使上顶板的传感器示数为零,但金属块仍与上顶板接触,箱沿竖直方向的运动可能是怎样的
[答案] 可能向上做加速度大小为10 m/s2的匀加速直线运动,也有可
能向下做加速度大小为10 m/s2的匀减速直线运动
[解析] 若F″1=0,弹簧弹力F2=10 N不变
由牛顿第二定律得-F2+mg=ma2
解得a2=-10 m/s2
箱在竖直方向上可能向上以10 m/s2的加速度做匀加速直线运动,也有可能向下以
10 m/s2的加速度做匀减速直线运动
7. 电梯由静止开始运行,某同学用手机软件同步采集了加速度随时间变化的数据,如图所示,规定竖直向下为正方向.MN时段电梯 (选填“上升”或“下降”),PQ时段电梯处于 (选填“超重”或“失重”)状态.
下降
超重
[解析] 规定竖直向下为正方向,MN时段加速度为正,即方向向下,处于向下加速阶段,则电梯下降;PQ时段加速度为负,方向向上,则电梯处于超重状态.
1.(超重和失重的理解)下列关于超、失重的说法中正确的是( )
B
A.体操运动员双手握住单杠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
[解析] 从受力上看，失重物体所受合外力向下，超重物体所受合外力向上；从加速度上看，失重物体的加速度向下，而超重物体的加速度向上、C、D中的各运动员所受合外力为零，加速度为零，只有B中的运动员处于失重状态.
2.(超重与失重分析)如图所示是某同学站在压力传感器上做下蹲—起立的动作时记录的力随时间变化的图像,纵坐标为力,横坐标为时间.由图像可知( )
B
A.该同学做了两次下蹲—起立的动作
B.该同学做了一次下蹲—起立的动作
C.下蹲过程中人处于失重状态
D.下蹲过程中先处于超重状态，后处于失重状态
[解析] 在一次下蹲过程中,该同学的重心先加速向下运动,后减速向下运动,先后经历了失重状态和超重状态,所以开始时对压力传感器的压力小于重力,之后阶段对压力传感器的压力大于重力,而在一次起立过程中,该同学要先后经历超重状态和失重状态,所以对压力传感器的压力先大于重力后小于重力,因此此图记录的应该是一次下蹲—起立的动作过程,选项A、C、D错误，B正确.
3.(完全失重的理解)[2023·厦门一中月考] 中国预计在2022年前后建成载人空间站，它是一个在轨组装成的具有中国特色的空间实验室系统.空间站可以长期驻留3人，随着航天员在空间站轨道舱内停留时间的增加，体育锻炼成了一个必不可少的环节.下列器材中适宜航天员在空间站轨道舱中进行锻炼的是( )
D
A.哑铃 B.跑步机 C.单杠 D.弹簧拉力器
[解析] 在空间站轨道舱内，所有的物体均处于完全失重状态，航天员利用哑铃、跑步机、单杠进行锻炼均与重力有关，故无法使用，而弹簧拉力器依靠的是弹簧的弹力，与重力无关，故A、B、C错误，D正确.
4.(超重与失重的计算问题)若货物随升降机运动的图像如图所示(竖直向上为正)，则货物受到升降机的支持力与时间关系的图像可能是( )
B
A.&1& B.&2& C.&3& D.&4&
[解析] 将整个运动过程分解为六个阶段.第一阶段货物向下做匀加速直线运动，根据牛顿第二定律得，解得，第二阶段货物做匀速直线运动，，第三阶段货物向下做匀减速直线运动，根据牛顿第二定律得，解
得，第四阶段货物向上做匀加速直线运动，根据牛顿第二定律得，解得，第五阶段货物做匀速直线运动，，第六阶段货物向上做匀减速直线运动，根据牛顿第二定律得，解得，故选B.第5节 超重与失重
[教材链接] (1)①大于 ②向上 (2)①小于 ②向下
[科学探究] (1)加速运动、匀速运动、减速运动.
(2)电梯启动瞬间,加速度方向向上,人受到的合外力方向向上,所以支持力大于重力;电梯匀速向上运动时,人受到的合外力为零,所以支持力与重力大小相等;电梯减速向上运动时,加速度方向向下,人受到的合外力方向向下,所以支持力小于重力.
例1 D [解析] 物体处于超重或失重状态时,其重力都没有变化,选项A错误;物体向上运动,可以是向上的减速运动,此时有向下的加速度,处于失重状态,选项B错误;物体向上运动,且受到向上的力,加速度可能向下,处于失重状态,选项C错误;无论物体做何种运动,若只受重力,则加速度一定竖直向下,所以都处于失重状态,选项D正确.
例2 AD [解析] 从t1时刻到t3时刻,钩码受到的拉力小于重力,钩码处于失重状态,加速度向下,A正确;从t5时刻到t6时刻,钩码受到的拉力大于重力,钩码处于超重状态,加速度向上,B错误;如果电梯开始停在低楼层,先加速向上,接着匀速向上,再减速向上,最后停在高楼层,那么应该为拉力大小先等于重力、再大于重力、然后等于重力、小于重力、最后等于重力,C错误;如果电梯开始停在高楼层,先加速下降,接着匀速下降,再减速下降,最后停在低楼层,那么应该是拉力大小先等于重力、再小于重力、然后等于重力、大于重力、最后等于重力,D正确.
变式1 A [解析] 由图可知,前一过程中,该同学所受支持力先大于重力后小于重力,即加速度先向上后向下;后一过程中该同学所受支持力先小于重力后大于重力,即加速度先向下后向上.起立过程为加速上升和减速上升,加速度先向上后向下;下蹲过程为加速下降和减速下降,加速度先向下后向上.可知,该同学先起立后下蹲,故A正确.
[教材链接] (2)g 竖直向下
例3 (1)A (2)A (3)A
[解析] 以两物体整体为研究对象,两个物体A、B同时由静止释放、竖直上抛或以相同的速度水平抛出,由于不计空气阻力,两个物体都只受重力作用,根据牛顿第二定律可知,它们的加速度等于重力加速度,方向竖直向下,两物体都处于完全失重状态,故在空中运动的过程中,物体A、B都只受到重力,选项A正确.
变式2 D [解析] 抛出后在空中向上或向下运动的水瓶只在重力的作用下运动,无论水瓶向上运动还是向下运动,瓶子都处于完全失重状态,瓶内液体内部没有压力,所以水不会漏出来,故D正确.
例4 D [解析] 由于人随电梯以大小为a的加速度加速上升,所以人处于超重状态,对人进行受力分析,设人受到的支持力为N,由牛顿第二定律得N-mg=ma,解得N=mg+ma,根据牛顿第三定律可知,人对体重计的压力大小为N'=N=m(g+a),故D正确.
变式3 (1)2 m/s2,方向竖直向上 (2)160 kg
[解析] 运动员在地面上能举起120 kg的重物,则运动员能发挥的向上的最大支撑力F=m1g=120×10 N=1200 N.
(1)在运动着的升降机中只能举起100 kg的重物,可见该重物超重了,升降机应具有向上的加速度.
对于重物,有F-m2g=m2a1
解得a1=2 m/s2
(2)当升降机以a2=2.5 m/s2的加速度加速下降时,重物处于失重状态.
对于重物,有m3g-F=m3a2
解得m3=160 kg
随堂巩固
1.B [解析] 从受力上看,失重物体所受合外力向下,超重物体所受合外力向上;从加速度上看,失重物体的加速度向下,而超重物体的加速度向上.A、C、D中的各运动员所受合外力为零,加速度为零,只有B中的运动员处于失重状态.
2.B [解析] 在一次下蹲过程中,该同学的重心先加速向下运动,后减速向下运动,先后经历了失重状态和超重状态,所以开始时对压力传感器的压力小于重力,之后阶段对压力传感器的压力大于重力,而在一次起立过程中,该同学要先后经历超重状态和失重状态,所以对压力传感器的压力先大于重力后小于重力,因此此图记录的应该是一次下蹲—起立的动作过程,选项A、C、D错误,B正确.
3.D [解析] 在空间站轨道舱内,所有的物体均处于完全失重状态,航天员利用哑铃、跑步机、单杠进行锻炼均与重力有关,故无法使用,而弹簧拉力器依靠的是弹簧的弹力,与重力无关,故A、B、C错误,D正确.
4.B [解析] 将整个运动过程分解为六个阶段.第一阶段货物向下做匀加速直线运动,根据牛顿第二定律得mg-N=ma,解得N=mg-mamg,第四阶段货物向上做匀加速直线运动,根据牛顿第二定律得N-mg=ma,解得N=mg+ma>mg,第五阶段货物做匀速直线运动,N=mg,第六阶段货物向上做匀减速直线运动,根据牛顿第二定律得mg-N=ma,解得N=mg-ma学习任务一 对超重和失重的理解
[教材链接] 阅读教材,完成下列填空:
(1)超重现象
①定义:物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力) 物体所受重力的现象.
②产生条件:物体具有竖直 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) 物体所受重力的现象.
②产生条件:物体具有竖直 的加速度.
[科学探究] 人乘坐电梯从1楼到10楼过程中:
(1)电梯经历了哪些运动过程
(2)人受到电梯的支持力大小是否始终等于其重力
例1 关于超重和失重,下列说法正确的是 ( )
A.物体在超重或失重时重力发生了改变
B.只要物体向上运动,就一定处于超重状态
C.物体向上运动,且受到向上的力,就一定处于超重状态
D.无论物体做何种运动,若只受重力,则都处于失重状态
[反思感悟]
例2 (多选)[2023·福州四中月考] 某实验小组的同学在电梯的天花板上固定一弹簧测力计,使其测量挂钩向下,并在挂钩上悬挂一个重力为10 N的钩码.弹簧测力计的弹力随时间变化的规律可通过一传感器直接得出,如图所示.下列分析正确的是 ( )
A.从t1时刻到t3时刻,钩码处于失重状态
B.从t5时刻到t6时刻,钩码处于失重状态
C.电梯可能从1楼开始上升,最后停在12楼
D.电梯可能从16楼开始下降,最后停在1楼
[反思感悟]
变式1 [2023·上杭一中月考] 某同学将智能手机放在身上,打开手机中的加速度测量传感器App(sensor logger),该同学完成包含起立、下蹲的动作后,传感器App得到如图所示的加速度随时间变化图像,以向上方向为加速度正方向,下列说法正确的是( )
A.该同学先起立后下蹲
B.该同学先下蹲后起立
C.该同学先起立后下蹲接着起立再下蹲
D.该同学先下蹲后起立接着下蹲再起立
【要点总结】
平衡、超重、失重的比较
特征状态 加速度 视重(F)与重力的关系 运动情况 受力示意图
平衡 a=0 F=mg 静止或匀速直线运动
超重 向上 由F-mg=ma得F=m(g+a)>mg 向上加速或向下减速
失重 向下 由mg-F=ma得F=m(g-a)学习任务二 对完全失重的理解
[教材链接] 阅读教材,完成下列填空:
(1)定义:物体对支持物(或悬挂物)完全没有作用力的现象.
(2)产生条件:a= ,方向 .
特征状态 加速度 视重(F)与重力的关系 运动情况 受力示意图
完全失重 向下 由mg-F=mg得F=0 向下加速或向上减速(加速度为g)
例3 [2023·泉州五中月考] 如图所示,两个物体A、B叠放在一起,接触面粗糙.
(1)若将它们同时自由释放,不计空气阻力,在空中运动的过程中,两个物体始终保持图中位置关系没有分离,则物体B (填选项前的字母).
(2)若将它们同时竖直向上抛出,不计空气阻力,在空中运动的过程中,两个物体始终保持图中位置关系没有分离,则物体B (填选项前的字母).
(3)若将它们同时水平抛出,不计空气阻力,在空中运动的过程中,两个物体始终保持图中位置关系没有分离,则物体B (填选项前的字母).
A.只受重力
B.受重力和A对它的压力
C.受重力和A对它的摩擦力
D.受重力、A对它的压力和摩擦力
[反思感悟]
变式2 [2023·建宁一中月考] 某同学研究超重和失重现象.在一矿泉水瓶底部钻一小孔后装满水,打开瓶盖,将此矿泉水瓶竖直向上抛出,矿泉水瓶始终保持底部朝下,重力加速度大小为g,忽略空气阻力.关于矿泉水瓶被抛出后在空中运动的过程,下列说法正确的是 ( )
A.当矿泉水瓶向上运动时,底部有水漏出,而向下运动时,底部没有水漏出
B.当矿泉水瓶向上运动时,底部没有水漏出,而向下运动时,底部有水漏出
C.无论矿泉水瓶向上运动还是向下运动,底部都有水漏出
D.无论矿泉水瓶向上运动还是向下运动,底部都没有水漏出
[反思感悟]
【要点总结】
1.完全失重是一种特殊的失重状态,此时物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)等于零,即“视重”等于零,物体运动的加速度方向向下,大小为g.
2.在完全失重的状态下,一切由重力产生的物理现象都会完全消失,如天平失效、浸在水中的物体不再受浮力、液体柱不再产生压强等.
学习任务三 超重、失重的计算问题
[科学思维] 解决超重、失重问题的基本思路
(1)明确研究对象,进行受力分析.
(2)判断加速度的方向,并建立合理的坐标轴.
(3)应用牛顿第二定律列出方程.
(4)代入数据求解,必要时进行讨论.
例4 [2023·晋江一中期中] 如图所示,
质量为m的人站在体重计上,随电梯以大小为a的加速度加速上升,重力加速度大小为g.下列说法正确的是( )
A.人处于失重状态,人对体重计的压力大小为m(g-a)
B.人处于超重状态,人对体重计的压力大小为ma
C.人处于失重状态,人对体重计的压力大小为ma
D.人处于超重状态,人对体重计的压力大小为m(g+a)
[反思感悟]
变式3 [2023·南平一中月考] 某举重运动员在地面上能举起120 kg的重物,而在运动着的升降机中却只能举起100 kg的重物,重力加速度g取10 m/s2.
(1)求升降机运动的加速度.
(2)在以2.5 m/s2的加速度加速下降的升降机中,此运动员能举起质量为多大的重物
【要点总结】
在举重类问题中常常隐含的一个条件是:举重运动员能发挥的向上的最大支撑力(即举重时对重物的最大支持力)是一个恒量,它是由运动员本身的素质决定的,不随运动状态的改变而改变.
1.(超重和失重的理解)下列关于超、失重的说法中正确的是 ( )
A.体操运动员双手握住单杠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
2.(超重与失重分析)如图所示是某同学站在压力传感器上做下蹲—起立的动作时记录的力随时间
变化的图像,纵坐标为力,横坐标为时间.由图像可知 ( )
A.该同学做了两次下蹲—起立的动作
B.该同学做了一次下蹲—起立的动作
C.下蹲过程中人处于失重状态
D.下蹲过程中先处于超重状态,后处于失重状态
3.(完全失重的理解)[2023·厦门一中月考] 中国预计在2022年前后建成载人空间站,它是一个在轨组装成的具有中国特色的空间实验室系统.空间站可以长期驻留3人,随着航天员在空间站轨道舱内停留时间的增加,体育锻炼成了一个必不可少的环节.下列器材中适宜航天员在空间站轨道舱中进行锻炼的是( )
A.哑铃 B.跑步机
C.单杠 D.弹簧拉力器
4.(超重与失重的计算问题)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N与时间t关系的图像可能是 ( )
A B
C D第5节 超重与失重
1.D [解析] 超、失重只是一种表面现象,实际的质量和重力均不变,由于质量不变,所以惯性不变,选项A、B、C错误,D正确.
2.D [解析] 在地面上向下蹲的过程中,先加速向下,后减速向下,加速度先向下后向上,则先失重后超重,A错误;在地面上向上起跳至脱离地面前,先超重,后失重,B错误;在空中上升的过程中,加速度向下,处于失重状态,C错误;在空中下降的过程中,加速度向下,处于失重状态,D正确.
3.A [解析] 盛满水的雪碧瓶自由下落时,瓶和里面的水都做自由落体运动,处于完全失重状态,它们的运动情况是相同的,所以不会有水流出,A正确.
4.C [解析] 在太空中乒乓球仍受地球的引力作用,故A、D错误;惯性只与质量有关,乒乓球质量不变,则在太空乒乓球的惯性不变,故B错误;在太空中乒乓球处于完全失重状态,和重力有关的一切现象会消失,则在太空失重环境下浮力几乎消失,故C正确.
5.CD [解析] 整体受到重力作用,加速度为g,对任一物块分析,物块只受到重力作用时加速度才是g,所以两物块间没有相互作用力.故选C、D.
6.D [解析] 电梯静止时,体重计示数为50 kg,说明小花同学的质量为50 kg,某段时间内小花发现体重计示数为40 kg,根据牛顿第二定律可得mg-N=ma,解得a===,方向竖直向下;这段时间电梯可能竖直向上减速或竖直向下加速,小花处于失重状态,但重力保持不变.故选D.
7.C [解析] 在此过程中电梯上升的高度约为h=×1×(27.5-11.8+30.0-10.0) m=17.85 m,A错误;28~30 s内电梯减速上升,加速度向下,处于失重状态,B错误;10~11 s内电梯的加速度大小约为a== m/s2≈0.56 m/s2,C正确;10~30 s内电梯的平均速度大小为== m/s≈0.89 m/s,D错误.
8.AB [解析] 人在Pa段只受重力作用,a=g,处于完全失重状态,A正确;人在ab段受到重力和向上的拉力,拉力小于重力,合力向下,加速度向下,处于失重状态,B正确;人在bc段受到重力和向上的拉力,拉力大于重力,合力向上,加速度向上,处于超重状态,C错误;人到c点时,拉力最大,合力向上,加速度向上,不为零,D错误.
9.D [解析] 开始时人处于平衡状态,人对传感器的压力是500 N,根据牛顿第三定律和受力平衡可知,人的重力是500 N,故A错误;人下蹲过程中先加速下降,达到最大速度后再减速下降,当人下蹲到最低点时,合力向上,传感器对人的支持力大于其重力,根据牛顿第三定律可知,人对传感器的压力也大于重力,即F大于重力,由图乙可知,在b点时人对传感器的压力小于其重力,故B错误;在f点时人对传感器的压力为零,意味着人已经离开传感器,则此时人只受重力,即人的加速度为重力加速度g,故C错误;人在d点时,根据牛顿第二定律得a== m/s2=20 m/s2,故D正确.
10.A [解析] 在下蹲过程中,学生从刚开始静止到蹲下之后处于静止,向下先加速后减速运动,加速度方向先向下后向上,先是处于失重状态然后处于超重状态,压力先小于重力后大于重力;在起立的过程中,向上先加速后减速运动,加速度先向上后向下,即先是处于超重状态后处于失重状态,压力先大于重力后小于重力,故选A.
11.12 失重
[解析] 设弹簧测力计对物体的拉力大小为F,根据牛顿第二定律得mg-F=ma,解得F=m(g-a)=2×(10-4) N=12 N12.(1)20 m/s 0 (2)1500 N
[解析] (1)由题意可知,座舱先自由下落40 m,在20 m高处时制动系统开始启动后做匀减速运动,所以下落40 m时速度最大,设为v,有v2=2gh1
解得v==20 m/s
离地面30 m时,座舱自由下落,处于完全失重状态,所以座椅对小李的支持力为0.
(2)设匀减速运动的加速度大小为a2,有v2=2a2h2
解得a2==20 m/s2
对小李,由牛顿第二定律得N-mg=ma2
解得N=1500 N
根据牛顿第三定律可知,小李对座椅的压力是1500 N.第5节 超重与失重建议用时:40分钟
◆ 知识点一 对超重和失重的理解
1.下列关于超重和失重的说法中正确的是 ( )
A.物体处于超重状态时,其重力增加了
B.物体处于完全失重状态时,其重力为零
C.物体处于超重(或失重)状态时,其惯性比物体处于静止状态时增加(或减小)了
D.物体处于超重或失重状态时,其质量及受到的重力都没有变化
2.[2023·福州四中月考] 如图所示,小红在玩跳房子游戏,则小红 ( )
A.在地面上向下蹲的过程中处于失重状态
B.在地面上向上起跳至脱离地面前处于超重状态
C.在空中上升的过程中处于超重状态
D.在空中下降的过程中处于失重状态
◆ 知识点二 对完全失重的理解
3.老师在讲“超重与失重”时,做了一个有趣的实验,在空雪碧瓶底四周钻几个小孔,盛满水后,让盛满水的雪碧瓶自由下落,则下落过程中可能出现的情况是图中的 ( )
4.[2023·泉州五中月考] 如图所示,在“天宫课堂”中,航天员王亚平将乒乓球完全浸在水中,乒乓球停留在了水中.合理的解释是 ( )
A.乒乓球不受任何力的作用
B.在太空乒乓球的惯性变大
C.在太空失重环境下浮力几乎消失
D.在太空失重环境下受到地球引力为零
5.(多选)如图所示,A、B两物块叠放在一起,重力加速度为g.当把A、B两物块同时竖直向上抛出后( )
A.A的加速度小于g
B.B的加速度大于g
C.A、B的加速度均为g
D.A、B间的弹力为零
◆ 知识点三 超重与失重的计算问题
6.在电梯内放一体重计,电梯静止时,小花站在体重计上示数为50 kg,电梯运动过程中,某段时间内小花发现体重计示数如图所示,重力加速度为g,在这段时间内下列说法正确的是 ( )
A.电梯一定竖直向上加速运动
B.电梯一定竖直向下加速运动
C.小花所受的重力变小了
D.电梯的加速度大小为,方向竖直向下
7.[2023·天津南开中学月考] 小杰利用手机软件绘制了电梯从一楼上升到七楼过程中的速度—时间图像,如图甲所示,为简化问题,将图线简化为图乙,已知t=0时电梯处于静止状态,由图乙可知 ( )
A.在此过程中电梯上升的高度约为15 m
B.28~30 s内电梯处于超重状态
C.10~11 s内电梯的加速度大小约为0.56 m/s2
D.10~30 s内电梯的平均速度大小为0.75 m/s
8.(多选)[2023·福建师大附中月考] “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点是弹性绳处于原长时的位置,c点是人能到达的最低点,b点是人静止悬吊时的平衡位置.人从P点下落到最低点c的过程中 ( )
A.人在Pa段时,做自由落体运动,处于完全失重状态
B.人在ab段时,绳的拉力小于人的重力,人处于失重状态
C.人在bc段时,绳的拉力小于人的重力,人处于失重状态
D.人在c点时,人的速度为零,其加速度为零
9.如图甲所示是某人站在力传感器上做下蹲、起跳动作的示意图,点P是他的重心位置.如图乙所示是根据力传感器采集到的数据作出的力—时间图像.两图中a~g各点均一一对应,其中有几个点在图甲中没有画出.g取10 m/s2,根据图像分析可知 ( )
A.此人的重力为750 N
B.b点表示此人下蹲至最低点
C.此人在f点的加速度等于零
D.此人在d点的加速度大小等于20 m/s2
10.某同学通过在压力传感器上做下蹲和起立的动作来研究超重和失重现象.如图所示,该同学先由直立站姿快速下蹲,短暂停留后快速站起,在这一过程中压力传感器通
过计算机实时地把压力随时间变化曲线呈现出来,则此曲线可能是 ( )
A B
C D
11.[2023·龙岩一中月考] 如图所示,电梯正以a=4 m/s2的加速度向下做匀加速运动,在电梯的顶部挂有一弹簧测力计,弹簧测力计下用一轻绳挂着
一个质量为2 kg的物体,则弹簧测力计的示数为 N,此时物体处于 (选填“超重”或“失重”)状态.(g取10 m/s2)
12.[2023·厦门集美中学月考] 一种巨型娱乐器械可以使人体验超重和失重,既新奇又刺激,很受人们欢迎.其原理是将巨型娱乐器械由升降机送到离地面60 m的高处,然后让座舱自由下落,落到离地面20 m高时,制动系统启动,座舱均匀减速,到地面时刚好停下.若座舱中的小李体重为50 kg(g取10 m/s2).
(1)此过程中的最大速度是多少 当座舱落到离地面30 m的位置时,座椅对小李的支持力是多少
(2)当座舱落到离地面15 m的位置时,小李对座椅的压力是多少
