第四节 超重和失重 随堂练习
一、选择题
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21世纪教育网[来源:21世纪教育网]
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.容器内盛有部分水，现将容器竖直向上抛出，设容器在上抛过程中不发生翻转，那么下列说法中正确的是( )
A.上升过程中水对容器底面的压力逐渐增大[来源:21世纪教育网]
B.下降过程中水对容器底面的压力逐渐减小
C.在最高点水对容器底面的压力大小等于水的重力大小
D.整个过程中对容器底面都没有压力21世纪教育网
3.在一个封闭装置中，用弹簧称一物体的重力，如果读数与物体重力相比有下列偏差，则以下判断中正确的是( )
A.若读数偏大，则装置一定是在向上做加速运动
B.若读数偏小，则装置一定是在向下做加速运动
C.若读数为零，则装置一定是在向下做加速度为g的加速运动
D.若读数为零，则装置可能静止，也可能是在向上或向下做匀速运动
4.电梯内有一个质量为m的物体用细线挂在电梯天花板上.当电梯以?g/3?的加速度竖直加速下降时，细线对物体的拉力为( )
A. mg B. mg C. mg D.mg
5.升降机地板上放一个弹簧秤，盘中放一质量为m的物体，当秤的读数为0.8mg时，升降机的运动可能是( )
A.加速上升 B.加速下降 C.减速上升 D.减速下降
6.如图所示，试管中有一根弹簧，一个质量为m的小球压在弹簧上.开始时手握住试管处于静止状态，现在突然放手，则小球在开始阶段的运动，在地面上的人看来是( )
A.自由落体运动 B.向上升起一定高度后落下
C.向下做加速度小于g的运动 D.向下做加速度大于g的运动
二、填空题
7.某人在地面上最多能举起质量为60kg的物体；而在一个加速下降的电梯里，此人最多能举起质量为80kg的物体，则此时电梯的加速度应为 m/s2；若电梯以5m/s2的加速度上升，则此人在电梯中最多能举起质量为 kg的物体(g=10m/s2).
8.如图所示的装置以加速度2m/s2竖直上升时，装置中斜面体的倾角α＝37°.质量为10kg的小球对斜面的压力是 N；对竖直板的压力是 N(g取10m/s2).
三、计算题
9.质量为200kg的物体，置于升降机内的台秤上，从静止开始上升，运动过程中台秤的示数F与时间t的关系用如图7-6所示，求升降机在这段时间上升的高度.(g取10m/s2)
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10.如图所示，固定在地面上的斜面体B，质量为M，与水平方向的夹角为α，物体A的质量为m，A与B之间无摩擦，当A以初速度v0沿斜面向上滑动时，B对地面的压力多大
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参考答案
1.D 2.D 3.D 4.A 5.BC 6.C 7.2.5 40 8.150 90
9.50m 10.Mg＋mgcos2α超重与失重 学案
【学习目标】
1．知道什么是超重和失重现象，知道产生超重和失重现象的条件。
2．知道完全失重现象及其产生条件。
3．能够应用牛顿第二定律分析处理超重和失重问题。
【学习重点】超重和失重的实质。
【学习难点】应用牛顿定律求解超重和失重问题。
【知识回顾】
1．牛顿第二定律：物体的加速度跟所受的合力成___正比___，跟物体的质量成___反比___，加速度的方向跟合力的方向___相同___。公式写成：____F合=ma___。
2．牛顿第三定律：两个物体之间的作用力和反作用力总是____大小相等____、____方向相反____，作用线在______一条直线_____上。
【导学过程】
问题1：物体放在盘秤上，物体的重力和物体对测力计的压力有怎样的关系？
实重：由于地球对物体的吸引而产生的力即重力。
视重：测力计的读数，即物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）。
结论1：弹簧秤测量重力的原理：__________________物体在竖直方向处于静止或匀速直线运动状态时，视重＝实重___________________________
__________________________________________________。
例题一：课本P57图3－13所示，升降机以0.5m/s2的加速度匀加速上升，站在升降机里的某位同学质量为50kg，他对升降机地板的压力多大？如果他站在体重计上随电梯一块向上运动，体重计的示数多大？
思考一：体重计的读数指的是哪个力的值的大小？
答：_____________________体重计的读数指的是人对体重计的压力__________________________________。
思考二：人在随电梯上下运动的过程中，重力有没有改变？若改变，怎么变化？21世纪教育网
答：____________________地球作用于物体的重力始终存在，大小也没有发生变化___________________________________。
结论2：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)___大于___重力的现象，叫做超重。
F=mg＋ma=m(g＋a)>mg（视重>实重）
所超过重量的部分为：ΔF=ma。若a=g，则超重超了100%。
产生超重现象的条件是：物体具有向上的______加速度_____，而不是具有向上的速度。
超重现象包括两种运动情形：向上的____加速____运动，或向下的_____减速____运动。 21世纪教育网
上例中如果以相等的加速度向上减速呢？21世纪教育网[来源:21世纪教育网]
结论3：物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）___小于____重力的现象，叫做失重。
F=mg-ma=m(g-a)所小于重量的部分为：ΔF=ma。若a=g，则失重50%。
产生失重现象的条件是：物体具有向下的______加速度_____，而不是具有向下的速度。
失重现象包括两种运动情形：向下的_____加速____运动，或向上的_____减速_____运动。 21世纪教育网
思考三：当物体以加速度g向下加速运动时结果又如何？
结论4：物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）等于__零___的现象，叫做完全失重现象。
F=mg-ma=m(g-a)=0 （视重= 0）
物体处于完全失重状态时，其重量并没有变化，更没有消失！
产生完全失重现象的条件是：物体具有向下的______加速度_____，且向下的加速度__等于___该处的重力加速度g。
完全失重现象包括三种运动情形：21世纪教育网物体自由落体运动；抛体运动；在高空运动的人造卫星或宇宙飞船内的物体做圆周运动。
思考四：处在太空完全失重环境下，下列实验可以实现的是？为什么？
(1)天平，弹簧秤，水银气压计，体重计都可以使用；
(2)可以制造出几百米长的玻璃纤维；
(3)洗脸一定很困难。
例题二：某同学站在体重计上，在他下蹲的过程中，体重计的读数将【 C 】
A．减小 B．增大
C．先减小后增大 D．先增大后减小
说明：解析：以人的重心为研究对象，该同学在下蹲的过程中经历了两个物理过程．
（1）由静止到向下运动的加速过程，此时人具有向下的加速度，处于失重状态，所以体重计读数将减小．
（2）由运动到静止的减速下蹲过程，此时人具有向上的加速度，处于超重状态，所以体重计读数将变大．
所以正确的答案是C．
物体处于超重或失重状态时地球作用于物体的重力始终存在，大小也没有发生变化，只是物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）发生了变化，看起来好像物体的重量有所增大或减小。
思考五：飞机起飞和降落过程中，分析人的受力情况，并比较人对座椅的压力和自身重力大小关系，并说明人处在什么状态。
【思考练习】[来源:21世纪教育网]
1．关于超重和失重现象，下列说法正确的是【 B 】
A．超重现象就是重力增大，失重现象就是重力减小
B．无论是超重还是失重，实质上物体所受的重力并没有改变21世纪教育网
C．人造卫星中的物体，从一开始发射到最后在高空运行，一直处于完全失重状态
D．不管因为什么原因，只要物体对支持物（或悬绳）的压力（或拉力）增大了，物体就已经处于超重状态
2．某人在地面上最多能举起质量为60kg的物体，在一加速下降的电梯里最多能举起质量为80kg的物体，则电梯的加速度为__________。如果电梯以这个加速度匀加速上升，这个人在电梯内最多能举起质量为___________的物体(取g=10m/s2)。
3．若升降机加速下降的加速度大于g，会发生什么现象？[来源:21世纪教育网]《超重和失重》教学设计
福建省泉州市奕聪中学 杜振华
【设计思想】
本课将在学生原有知识结构的基础上，通过体验和经历，构建关于超重和失重的新知识，达成预定的三维教学目标。
本课将以探究为主线，充分重视情景、问题、体验、合作、自主、交流等教学元素，力图实现现代信息技术与课堂教学的整合。
【教学目标】
1、知识与技能：
（1）知道超重和失重现象；
（2）理解产生超重、失重现象的条件
（3）能够运用牛顿第二定律和牛顿第三定律分析超重和失重现象。
2、过程与方法：
（1）使学生掌握正确观察超重和失重现象以及对该实验现象进行分析和归纳的方法；
（2）使学生体验通过实验和理论分析探究超重和失重现象的过程。
3、情感、态度与价值观：
激发学生对科学的兴趣和热情,使他们了解一些航天技术的成就。在自主实验和逐步探究的学习过程中，培养细心观察、勤于思考和相互交流的学习习惯和合作精神。
【重点难点】
重点：什么是超重和失重以及产生超重和失重现象的条件。
难点：（1）产生超重和失重现象的条件；
（2）运用牛顿第二定律和牛顿第三定律对超重和失重现象的分析。
【教学仪器】
（1）体重计、超重（失重）演示仪、纸条、钩码、各类超重（失重）小实验器材。
（2）DIS实验设备：力传感器、数据采集器、计算机、投影仪。
【教学流程】
[来源:21世纪教育网]
[来源:21世纪教育网][21世纪教育网]
说明：1 激疑1——什么是超重和失重现象？
激疑2——什么情况下会出现超重和失重现象？
激疑3 ——为什么会产生超重和失重现象？
2. DIS是“数字信息系统”的英文缩写，本实验可记录超重、失重现象中拉力或压力的变化过程，显示瞬时值的大小。
3.“实践应用”要求学生运用所学超重、失重的知识解决一些相关实际问题，例如计算、自主实验等，并通过自主活动和交流体验猜测和验证的科学方法。
【教学流程】
情景引入：
学生实验1：用纸带挂上钩码，然后迅速上提。（弹簧秤补充验证拉力变大）
现象：纸带断了。 （纸带既然能够承受钩码的重力，怎么会断呢？）
学生实验2：某位学生称体重，在秤上蹲下和站起。
现象：秤的示数发生变化。 （难道该学生的体重发生了改变？）
由以上两个学生实验引出课题“超重和失重”
板书： 超重和失重
问题提出：
从实验出发，围绕着超重和失重，学生提出问题。
师生共同归纳整理提出的问题：
（1）什么是超重（失重）现象？
（2）什么情况下会出现超重（失重）现象？
（3）为什么会出现超重（失重）现象？
解决问题1：什么是超重（失重）现象？
师生共同分析实验现象：
1. 纸带断了说明钩码对纸带的拉力增大了，大于钩码的重力。
2. 磅秤的示数表示的是人对秤的压力，秤的示数增大表示人对秤的压力大于人的体重。
这些都是超重现象。
引导学生归纳什么是超重和失重现象的文字描述。
板书： 超重 失重
F> G （或N>G） F< G（或N学生指出实验中的失重现象：秤的示数减小表示人对秤的压力小于人的体重。
分析：在超重和失重现象当中物体实际重力是否发生改变，为什么？
探索研究
1）实验探究
解决问题2：什么情况下会出现超重现象？
学生实验：学生站在体重计上，观察下蹲和站起时秤的示数如何变化，并描述观察到的实验现象。
教师DIS演示实验：重物在模拟电梯中的秤上，随电梯一起上升和下降。用力的传感器记录重物对传感器的拉力的变化过程。
学生分析拉力随时间变化的图象，找出超重和失重现象分别所对应的图象部分。
经图象分析发现上升过程中有超重和失重，下降过程中也有超重和失重。显然出现超重还是失重现象并不是取决于速度的方向。那么出现超重还是失重现象究竟取决于什么因素呢？
结合称体重实验时的体验和感受，学生进一步分析物体在上升过程中运动情况是怎样发生变化的？
【提示1】上升过程可以分为哪两个阶段？（初速为零，末速为零，中间速度不为零）
【提示2】比较超重现象所对应的两种运动情况在本质上有什么共同点？
小组代表交流分析结果：
（1）物体上升过程可分为两个阶段：加速上升、减速上升；
物体下降过程也可分为两个阶段：加速下降、减速下降。
（2）当物体加速上升和减速下降时会出现超重现象；
当物体加速下降和减速上升时会出现失重现象。
（3）出现超重现象时加速度方向向上，出现失重现象时加速度方向向下。
21世纪教育网
引导学生归纳下表，并得出结论：当加速度方向向上时，物体发生超重现象；
当加速度方向向下时，物体发生失重现象。
运动方向 V大小变化 a方向 F与G的关系 超、失重状态
上21世纪教育网21世纪教育网[来源:21世纪教育网]升 增加 向上 F>G21世纪教育网 超重
减少 向下 F下降 增加 向下 F减少 向上 F>G 超重
板书： 超重 失重
a向上 a向下
2）理论分析：
解决问题3：为什么会出现超重和失重现象？
学生对超重现象中的物体进行受力分析，运用牛顿第二定律和牛顿第三定律写出物体对支持物压力（或物体对悬挂物拉力）F的表达式。
板书： 超重 失重
F = mg + ma F = mg – ma
实践应用
1. 例题：质量为50kg的人站在升降机内的体重计上，当升降机做下列各种运动时，体重计的示数各是
多少N？ （g=10m/s2）
（1）升降机匀速上升
（2）升降机以4m/s2的加速度加速上升
（3）升降机以4m/s2的加速度减速上升
（4）升降机以重力加速度g加速下降
2．通过分析例题（4）引出完全失重概念，然后再用DIS实验验证。
由实验演示归纳完全失重现象
板书： （完全失重） a = g（竖直向下） F = 0或N=0
布置作业
演示装水的瓶子自由下落，请思考在下落过程中水为什么不会流出来？要求每个同学都回去做一做该实验，记录观察到的现象，并应用初高中所学的物理知识解释这一现象。
板书设计
超重 失重 完全失重
1、现象 F>G （或N>G） F2、判断依据 a向上 a向下 a=g 竖直向下
3、理论分析 F-G=ma G-F=ma G-F=ma
F=G+ma F=G-ma F=G-ma=0
所以 F>G F情境
学生实验1
学生实验2
超重和失重现象的运动学特征
超重和失重现象的动力学原因
实践应用
实验、猜测、验证、交流
问题
激疑2
问题
激疑1
问题
激疑3
抽象
归纳
试验探究
DIS演示实验
超重和失重现象
理论探究
推理
计算
G
F
a
+
F
G
+
a
G
+
a=g(共29张PPT)
超重和失重
我们通常怎样使用测力计测量物体重力呢？
如果物体和测力计一起运动，那么测力计读数会有什么样的变化？
通常情况下，我们要保持物体静止，再来读取测力计的读数。
如果物体和测力计一起做匀速直线运动，那么测力计的读数仍然等于物体的重力，但如果物体和测力计一起做变速直线运动，情况又怎么样呢？
一、超重现象：
例1、在升降机（电梯）中测人的体重，已知人质量为40kg，当升降机以2.5m/s2的加速度匀加速上升，测力计的示数是多少？（g取10 m/s2)
分析：测力计的示数大小等于人对测力计的压力大小。
一、超重现象：
例1、在升降机（电梯）中测人的体重，已知人质量为40kg，当升降机以2.5m/s2的加速度匀加速上升，测力计的示数是多少？（g取10 m/s2)
解：人的重力G=mg=400N,
G
N
v
a
当升降机匀加速上升时，根据牛顿
第二定律可知N-mg=ma
→N=mg+ma=500N，
根据牛顿第三定律可知，测力计对人的支持力与人对测力计的压力大小相等，
∴测力计的示数为500N。
一、超重现象
例1、在升降机（电梯）中测人的体重，已知人质量为40kg，当升降机以2.5m/s2的加速度匀加速上升，测力计的示数是多少？（g取10 m/s2)
小结：电梯加速上升时，人对测力计的压力比人受到的重力大，我们把这种现象叫做超重。
二、失重现象
例2、在上题中，如果升降机以2.5m/s2的加速度匀加速下降时，测力计的示数又是多少？ （g取10 m/s2)
二、失重现象
例2、在上题中，如果升降机以2.5m/s2的加速度匀加速下降时，测力计的示数又是多少？ （g取10 m/s2)
解：人的重力G=mg=400N,
G
N
v
a
当升降机匀加速下降时，根据牛顿
第二定律可知mg-N=ma
→N=mg-ma=300N，
根据牛顿第三定律可知，测力计对人的支持力与人对测力计的压力大小相等，
∴测力计的示数为300N。
二、失重现象
例2、在上题中，如果升降机以2.5m/s2的加速度匀加速下降时，测力计的示数又是多少？ （g取10 m/s2)
小结：电梯加速下降时，人对测力计的压力比人受到的重力小，我们把这种现象叫做失重。
在失重现象中，如果物体的加速度恰好为g时，情况又会怎样呢？
例3、前例中，如果升降机在静止时，悬挂升降机的钢索突然断裂，升降机自由下落，测力计的示数又是多少？ （g取10 m/s2)
解：人的重力G=mg=400N,
当升降机自由落体时，a=g，根据牛
顿第二定律可知mg-N=ma
G
v
g
→N=mg-ma=mg-mg=0N，
根据牛顿第三定律可知，测力计对人的支持力与人对测力计的压力大小相等，
∴测力计的示数为0N。
G
v
g
小结：此时测力计示数为0，好象人完全没有受到的重力一样，这种状态下，人对测力计的压力为0，我们把这种现象叫做完全失重。
在失重现象中，如果物体的加速度恰好为g时，情况又会怎样呢？
例3、前例中，如果升降机在静止时，悬挂升降机的钢索突然断裂，升降机自由下落，测力计的示数又是多少？ （g取10 m/s2)
小结：此时测力计示数为0，好象人完全没有受到的重力一样，这种状态下，人对测力计的压力为0，我们把这种现象叫做完全失重。
对超重和失重的进一步认识
例4、前例中，如果升降机以2.5m/s2的加速度减速上升，测力计的示数又是多少？ （g取10 m/s2)
对超重和失重的进一步认识
解：人的重力G=mg=400N,
G
N
v
a
对超重和失重的进一步认识
当升降机匀减速上升时，根据牛顿第二定律可知mg-N=ma
→N=mg-ma=300N，
根据牛顿第三定律可知，测力计对人的支持力与人对测力计的压力大小相等，
∴测力计的示数为300N。
例4、前例中，如果升降机以2.5m/s2的加速度减速上升，测力计的示数又是多少？ （g取10 m/s2)
总结：a、当物体有向上的加速度时（加速上升
或减速下降），产生超重现象。
b、当物体有向下的加速度时（加速下降
或减速上升），产生失重现象。当
a=g时，完全失重。
对超重和失重的进一步认识
例4、前例中，如果升降机以2.5m/s2的加速度减速上升，测力计的示数又是多少？ （g取10 m/s2)
例：下面所示的情况中，对物体m来说，哪几种发生超重现象？哪几种发生失重现象？
m
v
a
m
v
a
m
v
a
m
a
v
甲
乙
丙
丁
NN>G 超重
NN>G 超重
总结：物体具有竖直向上的加速度，即处于超重状态；物体具有竖直向下的加速度，即处于失重状态。与运动的方向无关。
G
N
G
N
G
N
G
N
超重、失重与物体所受重力的区别：
物体处于超重（失重）状态时，地球作用于物体的重力始终存在，且大小不变，只不过物体对水平支持物的压力（悬挂物的拉力）大于（小于）物体的重力。
太空行走
现实生活中的超（失）重现象
蹦
极
我们来看一个实验：
当装有水的水杯壁上有一个孔时，在水压作用下，水会从孔中流出来。
如果让这个杯子自由下落又是什么情况呢？
这时我们发现，虽然杯壁上有孔，但水却没有流出来，这是为什么呢？
当瓶子自由下落时，瓶中的水处于完全失重状态，小孔以上部分的水对以下部分的水的没有压力，小孔没有水流出。
超重和失重现象的应用
人造地球卫星、宇宙飞船、航天飞机都绕地球做圆周运动。所受的地球引力只改变物体的速度方向，不改变速度大小。
航天飞机中的人和物都处于 状态。
完全失重
近地卫星
远离地球的卫星
航天器中的宇航员
g
g0
g
0
在航天飞机中所有和重力有关的仪器都无法使用！
弹簧测力计无法测量物体的重力，但仍能测量拉力或压力的大小。
无法用天平测量物体的质量
某人在地面上最多只能举起60kg的物体，那么
他在一以2.5m/s2的加速度匀加速下
降的电梯里最多能举起多重的物体？
（g取10m/s2）
课堂练习：
某人在地面上最多只能举起60kg的物体，那么
他在一以2.5m/s2的加速度匀加速下
降的电梯里最多能举起多重的物体？
（g取10m/s2）
a
v
N
G
解：因为人的最大举力恒定，本题中，此人的最大举力为600N，即他在电梯中所能提供给物体的最大支持力为600N，
以物体为研究对象，根据牛顿第二定律可知，G-N=ma，即
mg=ma+N,∴m=N/(g-a)=80kg；
课堂练习：
与奥运会举重冠军的挺举记录200kg来说，我们同学的
挺举成绩50kg是微不足道的，但学
习了本节的知识后，你能不能设计
一个有效的方案，使我们同学也能
平冠军的记录呢？（g取10m/s2）
a
N
G
解：因为人的最大举力恒定，所以只要站在加速下降或减速上升的电梯中，人提供给杠铃的最大支持力N仍为500N，但就可以举起处于失重状态的质量m为200kg的杠铃；
以杠铃为研究对象，根据牛顿第二定律可知，G-N=ma，即a=(G-N)/m,
∴a=(G-N)/m=7.5m/s2
练习：一个人站在医用体重计的测盘上不动时测得重为G，当此人突然下蹲时，磅秤的读数（ ）
A 先大于G，后小于G
B 先小于G，后大于G
C 大于G
D 小于G
思维点拨：人下蹲是怎样的一个过程？
人下蹲过程分析：由静止开始向下运动，速度增加，具有向下的加速度（失重）；蹲下后最终速度变为零，故还有一个向下减速的过程，加速度向上（超重）。
B
思考：如果人下蹲后又突然站起，情况又会怎样？
拓展性课题一：载人航天飞船在发射升空和降落时,如果杨利伟保持直立的姿态,则他的心血管系统会受到何种影响 你认为他应采取什么姿态
解析:飞船在发射升空和降落时处于超重状态,在超重状态下,人直立,头部血液会流向下肢,血液淤积在下肢静脉中,影响血液回流心脏,造成头部供血不足,引起头晕,视物模糊,反应迟钝,操纵准确度下降;重则意志丧失,完全失去控制飞船的能力.因此宇航员在发射和降落阶段应采取平躺或平卧姿态.
