4.6超重和失重 讲义-2020-2021学年【新教材】人教版（2019）高中物理必修第一册word版含答案

第四章运动和力的关系
第5节超重和失重
【素养目标】
通过实验认识超重和失重现象，理解产生超重、失重现象的条件和实质
【必备知识】
知识点一、超重和失重
1．超重：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)大于物体所受重力的现象．
2．失重：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)小于物体所受重力的现象．
3．完全失重：当物体向下的加速度为g时，物体对支持物、悬挂物没有作用力，好像完全不受重力作用．
知识点二、对超重、失重现象的理解
1．视重：当物体挂在弹簧测力计下或放在水平台秤上时，弹簧测力计或台秤的示数称为“视重”，大小等于弹簧测力计所受的拉力或台秤所受的压力．当物体处于超重或失重时，物体的重力并未变化，只是视重变了．
2．超重、失重的分析
特征状态
加速度
视重(F)与重力关系
运动情况
受力图
平衡
a＝0
F＝mg
静止或匀速直线运动
超重
向上
F＝m(g＋a)
>mg
向上加速，向下减速
失重
向下
F＝m(g－a)
向下加速，向上减速
完全失重
a＝g
F＝0
自由落体、抛体、正常运行的卫星等
【点睛】判断超重、失重状态的方法
1．从受力的角度判断，当物体所受向上的拉力(或支持力)大于重力时，物体处于超重状态，小于重力时处于失重状态，等于零时处于完全失重状态．
2．从加速度的角度判断，当物体具有向上的加速度(包括斜向上)时处于超重状态，具有向下的加速度(包括斜向下)时处于失重状态，向下的加速度为g时处于完全失重状态．
3．从运动的角度判断，当物体加速上升或减速下降时，物体处于超重状态，当物体加速下降或减速上升时，物体处于失重状态．
【课堂检测】
1.如图所示为小明玩蹦床的情景，其中A位置表示床面未受压力时的平衡位置，B位置是他从最高点直立下落的过程中将床面所压到的最低位置。若床面始终在弹性限度内，空气阻力及床面的质量均可忽略不计，对于小明从最高点下落到最低点的过程，下列说法中正确的是（??
）
A.?床面从A位置下降到B位置的过程中，小明的动能不断变小
B.?床面在B位置时，小明所受合外力为零
C.?小明接触床面前处于失重状态，接触床面后处于超重状态
D.?加速度方向改变发生在AB之间的某位置
【答案】
D
【解析】A．刚接触床面时，弹力小于重力，合力向下，继续向下加速，动能变大；然后弹力大于重力，合力向上，继续向下减速，动能变小，A不符合题意；
B．床面在B位置时，速度为零，弹力大于重力，合力向上，B不符合题意；
C．小明接触床面前处于失重状态，刚接触床面到弹力与重力大小相等之前，弹力小于重力，合力向下，仍然处于失重状态，C不符合题意；
D．人在重力等于弹力的位置，加速度为零，此位置之后加速度改变方向，此位置在AB之间的某位置，D符合题意。
故答案为：D。
【分析】对小明进行受力分析，在竖直方向受到重力和弹力，利用牛顿第二定律求解物体的加速度，物体具有向上的加速度，为超重状态；物体具有向下的加速度，为失重状态。
2.如图，垂直电梯有一个“轿厢”和一个“对重”通过钢丝绳（曳引绳）将它们连接起来，钢丝绳通过驱动装置（曳引机）的曳引带动使电梯“轿厢”和“对重”在电梯内导轨上做上下运动。某次“轿厢”向上匀减速运动，则（???
）
A.?“轿厢”处于超重状态???????????????????????????????????????B.?“对重”处于失重状态
C.?“对重”向下匀加速运动????????????????????????????????????D.?曳引绳受到的拉力大小比“轿厢”重力小
【答案】
D
【解析】A．当轿厢向上匀减速时，轿厢加速度向下，处于失重状态，A不符合题意；
D．轿厢失重，所以曳引绳的拉力小于重力，D符合题意；
BC．同时，对重向下做匀减速运动，处于超重状态，所以BC不符合题意。
故答案为：D。
【分析】对物体进行受力分析，利用牛顿第二定律求解物体的加速度，物体具有向上的加速度，为超重状态；物体具有向下的加速度，为失重状态。
【素养作业】
1.下列说法正确的是（??
）
A.?米、千克、牛顿都属于国际单位制中的基本单位?????B.?物体做自由落体运动时不受任何外力作用
C.?作用力和反作用力总是大小相等、方向相反????????????D.?物体处于完全失重状态时，重力消失
【答案】
C
【解析】A．单位米、千克是国际单位制中的力学基本单位，单位牛顿为导出单位，A不符合题意；
B．物体做自由落体运动时受到重力作用，B不符合题意；
C．作用力和反作用力总是大小相等、方向相反，C符合题意；
D．物体处于完全失重状态时，重力并没有消失，物体重力不变，D不符合题意。
故答案为：C。
【分析】牛顿属于导出单位不属于基本单位；物体做自由落体运动受到重力的作用；物体处于完全失重时只受重力的作用。
2.一个质量是60kg的人站在升降机的地板上，升降机的顶部悬挂了一个弹簧测力计，弹簧测力计下面挂着一个质量为m=5kg的物体A，当升降机运动时，他看到弹簧测力计的示数为40N，g取10m/s2
，
下列说法正确的是（??
）
A.?人处于超重状态?????B.?人处于失重状态?????C.?升降机一定向上减速?????D.?升降机加速度大小为4m/s2
【答案】
B
【解析】AB．由题意可知，弹簧秤的拉力小于物体的重力，可知物体处于失重状态，应用人和物体及升降机的运动状态一样，可知人处于失重状态，A不符合题意，B符合题意；
CD．升降机的加速度与物体的加速度相同，对物体A根据牛顿第二定律，可知升降机加速度大小为
加速度方向向下，但升降机可能向上做减速运动，也可能向下做匀加速运动，CD不符合题意。
故答案为：B。
【分析】结合物体重力和弹簧弹力大小判断超失重；根据牛顿第二定律求出加速度，同时确定升降机的运动情况。
3.小明乘坐电梯，从一层到六层。他站在电梯里，可以简化为如图所示的示意图。在小明乘坐电梯快到达六层时，电梯做减速运动的过程中，下列关于小明所处状态说法正确的是（??
）
A.?超重状态?????????????????????????B.?失重状态?????????????????????????C.?平衡状态?????????????????????????D.?完全失重状态
【答案】
B
【解析】减速上升，加速度向下，处于失重状态。
故答案为：B。
【分析】减速上升或者加速上升时加速度向上，物体处于超重；加速下降或减速上升时加速度向下，物体处于失重。
4.原地起跳摸高是篮球和羽毛球重要的训练项目之一，训练过程中，运动员先由静止下蹲一段位移，经过充分调整后，发力跳起摸到了一定的高度，关于摸高整个过程中的失重与超重，下列说法正确的是（??
）
A.?下蹲阶段先超重后失重，上升阶段先超重后失重
B.?下蹲阶段先失重后超重，上升阶段先超重后失重
C.?下蹲阶段先失重后超重，上升阶段先失重后超重
D.?下蹲阶段先超重后失重，上升阶段先失重后超重
【答案】
B
【解析】下蹲阶段从静止开始到最低点静止，先加速后减速，加速度先向下后向上，先失重后超重；上升阶段先从静止开始加速上升，加速度向上超重，离开地面后做竖直上抛运动，加速度向下处于失重状态。
故答案为：B。
【分析】物体的加速度向上，则处于超重状态，物体的加速度向下，则物体处于失重状态。
5.一个质量为50kg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秤上示数为40N，已知重物质量为5kg，g取l0m/s2
，
则升降机中物体所处状态和这时，人对升降机地板的压力为（??
）
A.?超重状态，500N????????????B.?超重状态，50N????????????C.?失重状态，400N????????????D.?失重状态，40N
【答案】
C
【解析】设弹簧秤示数为
，重物质量为
，对物体应用牛顿第二定律得
解得
，方向向下，物体所处失重状态。
设人质量为
，地板对人的支持力为
，对人利用牛顿第二定律得
解得
根据牛顿第三定律，人对地板的压力大小为
，方向竖直向下。
故答案为：C。
【分析】超重和失重，物体的重力并没有改变，只是视重发生了改变，超重时视重大于实重，失重时视重小于实重。
6.某人在地面上用弹簧秤称得其体重为
他将弹簧秤移至电梯内称其体重，t0至t3时间段内弹簧秤的示数如下图所示，则电梯运行的v-t图象可能是(取电梯向上运动的方向为正)(??
)
A.????????????????B.????????????????C.????????????????D.?
【答案】
A
【解析】从图可以看出，t0
t1时间内，该人的视重小于其重力，t1
t2时间内，视重正好等于其重力，而在t2
t3时间内，视重大于其重力，根据题中所设的正方向可知，t0
t1时间内，该人具有向下的加速度，t1
t2时间内，该人处于平衡状态，而在t2
t3时间内，该人则具有向上的加速度，所以可能的图象为A；B、C、D不符合题意，A符合题意。
故答案为：A
【分析】物体具有向上的加速度，为超重状态；物体具有向下的加速度，为失重状态，结合牛顿第二定律分析求解即可。
7.如图所示，将一个有刻度的木板竖直固定在电梯上，一根轻弹簧的上端固定在电梯上。电梯静止时，当弹簧下端悬吊
重物，弹簧下端的指针指在木板上刻度为
的位置，当悬吊
重物时指针指在刻度为0的位置，以后该重物就固定在弹簧上，和木板上的刻度构成了一个“竖直加速度测量仪”。
，则（??
）
A.?指针指在
位置时电梯可能向下加速运动
B.?指针指在
位置时电梯处于超重状态
C.?指针指在
位置时电梯的加速度大小为
，方向竖直向下
D.?指针指在
位置时电梯的加速度大小为
，方向竖直向上
【答案】
D
【解析】A．指针指在
位置时，重物超重，则电梯的加速度向上，电梯可能向下减速运动或者向上加速运动，A不符合题意；
B．指针指在a点时，弹力小于重力，加速度方向向下，重物处于失重状态，B不符合题意；
C．指针指在
位置时弹簧的弹力为0.9N，则由牛顿第二定律
即
解得电梯的加速度大小为
方向竖直向下，C不符合题意；
D．由胡克定律可知，指针指在b位置时弹簧的弹力为1.1N，则由牛顿第二定律
即
解得电梯的加速度大小为
方向竖直向上，D符合题意。
故答案为：D。
【分析】加速度向下时，即电梯可能向下加速运动或者向上减速运动，小球处于失重状态，指针上移，加速度向上时，即电梯可能向下减速运动或者向上加速运动，小球处于超重状态，指针下移，加速度的大小利用牛顿第二定律计算即可.
8.一质量为m的乘客在高楼内乘坐竖直电梯下楼，其位移s与时间t的关系图像如图所示。乘客所受支持力的大小用FN表示、速度用v表示，重力加速度大小为g。以下判断正确的是（??
）
A.?0~t1时间内，
FN>mg????????????????????????????????????????B.?t1~t2时间内，
FNC.?t2~t3时间内，
FN
>mg??????????????????????????????????????D.?t2~t3时间内，
速度v增大
【答案】
C
【解析】A．由
图象的斜率表示速度，由图可知在
时间内速度增加，该时间段内乘客加速下降，加速度方向向下，处于失重状态，乘客所受支持力小于重力，即
A不符合题意；
B．在
时间内，
图象的斜率保持不变，乘客的速度不变，乘客向下做匀速直线运动，处于平衡状态，即
B不符合题意；
CD．在
时间内，
图象的斜率变小，乘客的速度v减小，乘客向下做减速运动，乘客处于超重状态，乘客所受支持力大于重力，即
C符合题意，D不符合题意。
故答案为：C。
【分析】s-t图像中，横坐标为时间，纵坐标为位移，图像的斜率是速度，通过图像分析加速度的变化，结合牛顿第二定律判断重力与压力的关系。