10-11版高中物理全程学习方略课件：5.4超重与失重（鲁科版必修1）

(共79张PPT)
1.下面关于超重与失重的判断正确的是（ ）
A.物体做变速运动时，必处于超重或失重状态
B.物体向下运动，必处于失重状态
C.做竖直上抛运动的物体，处于超重状态
D.物体斜向上做匀减速运动，处于失重状态
【解析】选D.判断物体是否处于超重或失重状态,就是看物体有没有竖直方向的加速度.若物体加速度向下,则处于失重状态.若物体加速度向上,则处于超重状态.A、B两项均未指明加速度方向，无法判定是否超重或失重.C、D两项物体加速度均向下，故处于失重状态，C项中a=g，故完全失重.
2.物体发生超重时（ ）
A.物体的速度方向一定向上
B.物体的加速度方向一定向上
C.物体的重力增加了
D.物体的重力不变
【解析】选B、D.所谓超重就是对悬挂物的拉力（或对支持物的压力）变大了，根据牛顿第二定律，物体一定有了向上的加速度，它的运动可能有两种情况：要么向上加速，要么向下减速.不管发生超重还是失重，物体的实际重力不变，只是视重变大或变小了.超重和失重与物体的速度方向及大小并无直接联系.它只取决于加速度的方向，加速度方向向上，超重，加速度方向向下，失重,故A、C错，B、D正确.
3.（2010·德州高一检测）BASE
jump是从高耸竖直且建筑物相对密集
的城市高处跳下的跳伞运动，是极限
运动的一种.关于此运动下列说法错
误的是（ ）
A.运动员在起跳时支持面对他的支持力等于重力
B.运动员在起跳时支持面对他的支持力大于重力
C.运动员在打开伞前的下降过程中处于失重状态
D.运动员在打开伞后的减速下降过程中处于超重状态
【解析】选A.起跳时加速度向上,处于超重状态,支持力大于重力.故A错误,B正确;打开伞前运动员具有向下的加速度处于失重状态,打开伞后减速下降时,处于超重状态,故C、D正确，故选A.
4.一把弹簧测力计最多能挂5.4 kg重的物体,在实际以
1 m/s2的加速度下降的电梯里,它最多能挂上多重的物体 如果在电梯内弹簧测力计最多能挂上4.0 kg的物体,此刻电梯在做什么运动,加速度的大小为多少 (取g=10 m/s2)
【解析】弹簧测力计的最大拉力F=m0g=5.4×10 N=54 N.当a1=1 m/s2,方向向下时,m1g-F=m1a, 则m1=
=6 kg.若最多能挂4.0 kg的物体,说明物体处于超重状态,加速度方向向上,电梯向上加速运动或向下减速运动.由F-m2g=m2a2,得
答案：6 kg 向上加速运动或向下减速运动 3.5 m/s2
【典例1】（2010·龙岩高一检测）金属
小筒的下部有一个小孔A，当筒内盛水时，
水会从小孔中流出，如图6-4-3所示.如果
让装满水的小筒从高处自由下落，不计空
气阻力
（1）在小筒自由下落的过程中
A.水继续以相同的速度从小孔中喷出
B.水不再从小孔中喷出
C.水将以较小的速度从小孔中喷出
D.水将以更大的速度从小孔中喷出
（2）上例中的小筒若：①向上加速运动；②向下加速运动ag;④做匀速直线运动，将会出现什么现象？
【标准解答】
答案：（1）B （2）①流出且更快 ②流出且变慢
③不从孔流出，从上口溢出 ④流出
【变式训练】如图6-4-4所示，斜面体M
始终处于静止状态，当物体m沿斜面下滑
时有（ ）
A.匀速下滑时，M对地面压力等于
（M+m）g
B.加速下滑时，M对地面压力小于（M+m）g
C.匀减速下滑时，M对地面压力大于（M+m）g
D.M对地面压力始终等于（M+m）g
【解析】选A、B、C.物体加速下滑时对整个系统有竖直向下的加速度分量而出现失重现象，故B正确；物体匀减速下滑时系统存在竖直向上的加速度分量，处于超重状态，故C正确，匀速下滑时系统处于平衡状态，故A正确.
【典例2】某人在以2 m/s2加速度匀加速下降的升降机中最多能举起m1=75 kg的物体，则此人在地面上最多可举起多大质量的物体？若此人在一匀加速上升的升降机中最多能举起m2=50 kg的物体，则此升降机上升的加速度为多大？(g取10 m/s2)
【思路点拨】解答本题应把握以下两点：
【自主解答】此人在地面上的最大“举力”
为F，那么他在以不同加速度运动的升降机中
最大的“举力”仍然是F，以物体为研究对象
进行受力分析，物体的受力示意图如图所示，
且物体的加速度与升降机相同.
当升降机以加速度a=2 m/s2匀加速下降时，对物体有：m1g-F=m1a,
F=m1(g-a)=75×(10-2) N=600 N.
设人在地面上最多可举起质量为m0的物体，则
F=m0g,m0=F/g= kg=60 kg.
当升降机以加速度a′匀加速上升时，
对物体有：F-m2g=m2a′
a′=F/m2-g=( -10) m/s2=2 m/s2.
所以升降机匀加速上升的加速度为2 m/s2.
答案：60 kg 2 m/s2
【变式训练】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】选B、C.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.
【典例3】（2010·泰安高一检测）
质量为50 kg的人站在升降机中，取
竖直向上的方向为正方向，升降机
运动的v-t图象如图所示，在t=0至t=2 s内，人对升降机地板的压力为_____N；在t=6 s至t=10 s内，人对升降机地板的压力为_______N.(g取10 m/s2)
【思路点拨】解答此题应把握以下两点：
【标准解答】0～2 s时由图象
a1= 方向向上
由牛顿第二定律 N1-mg=ma1 得N1=550 N
由牛顿第三定律 对地板压力 N1′=N1=550 N
6 s～10 s时，由图象
a2= 方向向下
同理：mg-N2=ma2 压力N2′=N2
解得N2′=475 N
答案：550 475
1.（2010·温州高一检测）质量为60 kg的人，站在升
降机内的台秤上，测得体重为480 N，则升降机的运动
应是（ ）
A.匀速上升或匀速下降 B.加速上升
C.减速上升 D.减速下降
【解析】选C.人对台秤的压力小于人的重力，处在失重状态，可能加速下降或减速上升，C正确，A、B、D错误.
2.(2010·佛山高一检测）图6-4-5
是我国长征火箭把载人神舟飞船送
上太空的情景，宇航员在火箭发射
与飞船回收的过程中均要经受超重
与失重的考验，下列说法正确的
是（）
A.火箭加速上升时，宇航员处于失
重状态
B.飞船加速下落时，宇航员处于失
重状态
C.飞船落地前减速，宇航员对座椅的压力大于其重力
D.火箭上升的加速度逐渐减小时，宇航员对座椅的压力小于其重力
【解析】选B、C.当物体具有竖直向上的加速度时，处于超重状态，弹力大于重力，故A、D错误，C正确；当物体具有竖直向下的加速度时，物体处于失重状态，故B正确.
3.（2010·兰州高一检测）在以加速度a=13g匀加速上升
的电梯里，有一质量为m的人，下列说法正确的是
（ ）
A.人的重力为 mg B.人的重力仍为mg
C.人对电梯的压力为 mg D.人对电梯的压力为 mg
【解析】选B、D.超、失重时人所受重力不变,故B正确，
A错误；对人由牛顿第二定律N-mg=ma,故人所受的支持力
N= mg，人对电梯压力的大小也是 mg，故C错误，D正
确.
4. （2010·德州高一检测）将金属块m,
用轻质弹簧卡压在一矩形箱中（如图
6-4-6所示），在箱的上底板和下底板有
压力传感器，箱可以沿竖直轨道运动，
当箱以a=2.0 m/s2的加速度竖直向上做
匀减速运动时，上、下底板压力传感器
分别显示6.0 N和10.0 N（取g=10 m/s2）.
(1)若上底板压力传感器示数为下底板压力传感器的一半，试判断箱的运动情况.
(2)要使上底板压力传感器示数为零，箱沿竖直方向的运动情况可能是怎样的？
【解析】当上底板压力传感器示数为6 N，下底板压力传感器示数为10.0 N时,
对物体有：mg+F上-F弹=ma,
F弹=F下代入数据得：m=0.50 kg
（1）弹簧弹力不变mg+F弹/2-F弹=ma1,得a1=0
箱静止或做匀速运动；
（2）上底板压力为零，取向上为正，则F弹-mg=ma2;
代入数据得：a2=10 m/s2,
要使上底板示数为零，则箱向上的加速度大于或等于
10 m/s2均可.此时箱向上加速运动或向下减速运动，并且加速度a≥10 m/s2.
答案：(1)静止或匀速运动
（2）向上加速或向下减速，加速度a≥10 m/s2
1.（4分）游乐园中，游客乘坐能加速或减速上升的升降机，可以体会超重和失重的感觉，下列描述正确的是
（ ）
A.当升降机加速上升时，机内游客处于失重状态
B.当升降机减速下降时，机内游客处于失重状态
C.当升降机减速上升时，机内游客处于失重状态
D.当升降机加速下降时，机内游客处于超重状态
【解析】选C.A、B项升降机具有向上的加速度，游客处于超重状态.C、D项中升降机具有向下的加速度，游客处于失重状态，故A、B、D错误，C正确.
2.（2010·杭州高一检测）(4分)某实验小组，利用DIS系统观察超重和失重现象，他们在电梯内做实验，在电梯的地板上放置一个压力传感器，在传感器上放一个重为20 N的物块，如图1甲所示，实验中计算机显示出传感器所受物块的压力大小随时间变化的关系，如图乙所示.以下根据图象分析得出的结论中正确的是( )
A.从时刻t1到t2，物块处于失重状态
B.从时刻t3到t4，物块处于失重状态
C.电梯可能开始停在低楼层，先加速向上，接着匀速向上，再减速向上，最后停在高楼层
D.电梯可能开始停在高楼层，先加速向下，接着匀速向下，再减速向下，最后停在低楼层
【解析】选B、C.由图可知在0 ～ t1、t2 ～ t3及t4之后，传感器所受压力大小等于物块的重力大小；t1 ～ t2时间段内，传感器所受压力大小大于物块重力，处于超重状态，加速度向上；t3 ～ t4时间段内，压力小于物块重力，处于失重状态，加速度向下.综上所述选项B、C正确.
3.（4分）直升机悬停在空中向地面投放装有
救灾物资的箱子，如图2所示.设投放初速度
为零，箱子所受的空气阻力与箱子下落速度
的平方成正比，且运动过程中箱子始终保持
图示姿态.在箱子下落过程中，下列说法正确
的是( )
A.箱内物体对箱子底部始终没有压力
B.箱子刚从飞机上投下时，箱内物体受到的支持力最大
C.箱子接近地面时，箱内物体受到的支持力比刚投下时大
D.若下落距离足够长，箱内物体有可能不受底部支持力而“飘起来”
【解析】选C.对箱子及箱内物体整体分析,由牛顿第二定律得(M+m)g-kv2=(M+m)a,刚投放箱子时,v=0,a=g,物体对箱底压力为零,随着下落速度的增大,空气阻力增大,加速度a减小,对箱内物体mg-N=ma,则N=m(g-a)将逐渐增大,当a=0时N=mg,故物体不会“飘起来”,故C正确,A、B、D错误.
4.(2009·广东高考）（4分）某人在
地面上用弹簧测力计称得体重为
490 N.他将弹簧测力计移至电梯内称
其体重,t0至t3时间段内，弹簧测力计
的示数如图3所示，电梯运行的v-t图可能是（取电梯向上运动的方向为正）( )
【解析】选A、D.由图可知，在t0～t1时间内，弹簧测力计的示数小于实际重量，则处于失重状态，此时具有向下的加速度,应向上减速或向下加速运动;在t1～t2阶段弹簧测力计示数等于实际重量，则既不超重也不失重，匀速运动或静止,在t2～t3阶段，弹簧测力计示数大于实际重量，则处于超重状态，具有向上的加速度，应向上加速或向下减速,故A、D均有可能.
5.（4分）下列仪器在太空中的国际空间站上能正常使用的有（ ）
A.天平 B.温度计
C.弹簧测力计 D.水银气压计
【解析】选B、C.太空中的国际空间站处于完全失重状态下，在此环境下与重力有关的仪器将不能使用，故A、D错误，B、C正确.
【思维拓展】
6.(10分)学校教学大楼安装了电梯,为了测定电梯在启动时(视为匀加速运动)的加速度,可在电梯内放一台磅秤.当一人站在磅秤上时,发现电梯启动前后磅秤的示数增加了5 kg,试估算电梯运动的加速度为多少.(当地的重力加速度为9.73 m/s2,人的体重约为60 kg)
【解析】磅秤的示数增加了Δm=5 kg,说明在电梯
启动加速时,人对电梯的压力就增大了Δmg,即N=
mg+Δmg.设人的质量为m,则在电梯静止时,人对电
梯的压力大小为mg.由题意可知,当电梯做加速运动
时,磅秤的示数变为mg+Δmg,此值即为电梯在加速
时人对电梯的压力N.此时对人进行受力分析,如图所示.由牛顿第二定律得:N-m=ma,即:(mg+Δmg)mg=ma,Δmg=ma,a=Δmg/m=5× m/s2
=0.81m/s2.
答案：0.81 m/s2
7.（2010·通州高一检测）(10分)据报载，我国航天第一人杨利伟的质量为63 kg（装备质量不计）.求：
（1）假设飞船以8.6 m/s2的加速度竖直上升，这时他对坐椅的压力多大？
（2）杨利伟训练时承受的压力可达到8个G，这表示什么意思？
（3）当飞船返回地面，减速下降时，请你判断一下杨利伟应该有什么样的感觉.
【解析】（1）以杨利伟为研究对象，受力分析如图所示，
由牛顿第二定律得：N-mg=ma,
N=mg+ma=1 159.2 N.
由牛顿第三定律可知：他对坐椅的压力与坐椅对他的支持力大小相等，方向相反，即N′=N=1 159.2 N.
（2）杨利伟训练时承受压力可达8个G，即N=8G=8mg>mg,处于超重状态.
此时加速度：N-mg=ma，即：8mg-mg=ma，a=7g.
因此，杨利伟可承受以7g的加速度加速上升或减速下降时的压力.
（3）当飞船返回地面时，减速下降,加速度方向向上，处于超重状态.地面对脚的支持力增大，由牛顿第三定律知，脚对地面压力增大.故双脚有明显压迫感,由于处于超重状态,头部血压降低,因此可能出现头晕等现象.
答案：（1）1 159.2 N （2） （3）见解析
8.（新题快递）（10分）法国人劳伦特·菲舍尔在澳大利亚伯斯的冒险世界进行了超高空特技跳水表演，他从30 m 高的塔上竖直跳下并准确地落入水池中.已知水对他的阻力（包括浮力）是他所受重力的3.5倍，设他起跳速度为零，在空中下落的加速度为8 m/s2，g取10 m/s2.试问：需要准备一个至少多深的水池？
【解析】当人在空中运动时，由运动学规律有v2=2a1s1
当人在水中运动时，由牛顿第二定律和运动学规律有
mg-3.5mg=ma2 -v2=2a2s2
联立以上各式，代入数据解得水池的深度至少为
s2=9.6 m
答案：9.6 m
1.2008年奥运会在北京举行,由此推动了全民健身运动的蓬勃发展.体重为m=50 kg的小芳在本届校运会上,最后一次以背越式成功地跳过了1.80 m的高度,成为高三组跳高冠军.若忽略空气阻力,g取10 m/s2.则下列说法正确的
是（ ）
A.小芳在下降过程中处于失重状态
B.小芳起跳以后在上升过程中处于超重状态
C.小芳起跳时地面对她的支持力小于她的重力
D.小芳起跳时地面对她的支持力等于她的重力
【解析】选A.小芳上升和下降过程中只受重力,加速度方向向下,a=g处于完全失重状态,A正确,B错误;起跳时有向上的加速度,N-mg=ma,故N=mg+ma＞mg,即支持力大于重力,C、D错误.
2.某电梯中用细绳静止悬挂一重物，当电梯在竖直方向运动时，突然发现绳子断了，由此判断此时电梯的情况是（ ）
A.电梯一定是加速上升
B.电梯可能是减速上升
C.电梯可能匀速向上运动
D.电梯的加速度方向一定向上
【解析】选D.由于绳子突然断了，说明绳子拉力一定变大了，由此可知，电梯一定有一方向向上的加速度，但电梯并不一定向上运动，故A错误；电梯减速上升加速度向下，B错误；电梯匀速上升，绳子不可能断，C错误，D正确.
3.下列说法中正确的是（ ）
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
【解析】选B.当加速度竖直向下时,物体处于失重状态;当加速度竖直向上时,物体处于超重状态;当竖直方向加速度为零时,物体既不处于超重状态,也不处于失重状态.体操运动员双手握住单杠吊在空中不动时加速度为零,处于平衡状态,A选项不正确;蹦床运动员在空中上升和下落过程中加速度均竖直向下,都处于失重状态,B选项正确;举重运动员在举起杠铃后不动的那段时间内加速度为零,处于平衡状态,C选项不正确;游泳运动员仰卧在水面静止不动时加速度为零,处于平衡状态,D选项不正确.
4.一物体挂在弹簧测力计下端，弹簧测力计上端固定在电梯的天花板上，在下列哪种情况下弹簧测力计的读数最小（ ）
A.电梯匀加速上升，且a=
B.电梯匀减速上升，且a=
C.电梯匀加速下降，且a=
D.电梯匀减速下降，且a=
【解析】选B.A、D选项中物体的加速度方向向上，为超重状态，弹簧测力计的拉力F＞mg,B、C选项中物体处于失重状态，拉力F＜mg，由牛顿第二定律有mg-F=ma,即F=m(g-a)，可见a越大，F越小，B选项中弹簧测力计的读数最小，B正确.
5.如图所示，滑轮质量不计，如果m1=m2+m3,
这时弹簧测力计的读数为T，若把m2从右边移
到左边的m1上，弹簧测力计读数T将（ ）
A.增大
B.减小
C.不变
D.无法判断
【解析】选B.当m2移到m1上时，会使m1、m2加速下降，m1、m2处于失重状态，m3加速上升，处于超重状态，但m1+m2>m3,而加速度大小相同，可认为失重多于超重，故弹簧测力计的拉力减小，B正确.
6.质量为50 kg的人站在升降机中的体重计上，当升降
机做下列各种运动时，体重计的读数是多少？（g取
10m/s2）
（1）升降机匀速上升；
（2）升降机以3 m/s2的加速度减速上升;
（3）升降机以4 m/s2的加速度减速下降.
【解析】本题考查在竖直方向上做变速运动的物体的超重与失重问题.人站在升降机中的体重计上的受力如图
（1）当升降机匀速上升时，由牛顿第二定律得：
F合=N-mg=0,
所以人受到的支持力：N=mg=50×10 N=500 N.
根据牛顿第三定律可得，人对体重计的压力，
即体重计的示数为500 N.
（2）当升降机以3 m/s2的加速度减速上升时，加速度的方向向下，根据牛顿第二定律得：mg-N1=ma1,
所以N1=mg-ma1=350 N,此时人处于失重状态，体重计的示数为350 N.
（3）当升降机以4 m/s2的加速度减速下降时，加速度的方向向上，根据牛顿第二定律得：
N2-mg=ma2,
所以N2=700 N，此时人处于超重状态，体重计示数为
700 N.
答案：（1）500 N （2）350 N （3）700 N