第三讲 连接体模型 超重和失重
《超重与失重》 讲义
《超重与失重》讲义一、超重与失重的概念当物体具有向上的加速度时，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，称为超重；当物体具有向下的加速度时，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，称为失重。
如果物体的加速度方向竖直向下，且大小等于重力加速度 g 时，物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）等于零，这种状态称为完全失重。
为了更直观地理解这两个概念，我们可以想象一个人站在体重秤上。
当人静止时，体重秤的示数等于人的重力。
当人加速上升时，体重秤的示数会大于人的重力，这就是超重现象；当人加速下降时，体重秤的示数会小于人的重力，这就是失重现象；当人自由落体时，体重秤的示数为零，这就是完全失重现象。
二、超重与失重的产生条件超重现象产生的条件是物体具有向上的加速度。
例如，当电梯加速上升时，人站在电梯里会感到脚下的支持力变大，体重秤的示数增加，这就是超重现象。
在这种情况下，根据牛顿第二定律 F mg ＝ ma，其中 F 是支持力，m 是人的质量，g 是重力加速度，a 是加速度。
因为 a向上，所以 F 大于 mg，即支持力大于重力，产生超重现象。
失重现象产生的条件是物体具有向下的加速度。
比如，当电梯加速下降时，人会感觉脚下的支持力变小，体重秤的示数减小，这就是失重现象。
此时，根据牛顿第二定律 mg F ＝ ma，因为 a 向下，所以 F小于 mg，即支持力小于重力，产生失重现象。
完全失重现象产生的条件是物体的加速度等于重力加速度且方向竖直向下。
在太空中的航天器中，宇航员就处于完全失重状态。
因为航天器绕地球做圆周运动，其向心加速度等于重力加速度，此时宇航员对航天器的压力为零。
三、超重与失重的本质超重和失重现象的本质是物体所受的合力发生了变化，从而导致物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力发生了改变。
重力本身并没有变化，只是由于加速度的存在，使得物体的视重（即物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力）发生了改变。
2019年高考物理大一轮复习第03章牛顿运动定律第3讲牛顿运动定律的应用——超重和失重连接体课件
答案：(1)√ (2)√ (3)×
(4)√ (5)√
2．(人教必修2P89第2题改编)金属小桶侧面有一小孔A，当桶内盛水时，水会从
小孔A中流出，如果让装满水的小桶自由下落，不计空气阻力，则在小桶自由下落
过程中( ) A．水继续以相同的速度从小孔中喷出
B．水不再从小孔喷出
C．水将以更大的速度喷出 D．水将以较小的速度喷出 答案：B
F1－F2 1 提示：a＝ ，FN－F2＝ma.解得 FN＝ (F1＋F2) 2 m＋ m
三 临界和极值问题
1.若题目中出现“最大”“最小”“刚好”等词语，常为临界问题．解决临界 问题一般用极端分析法，即把问题推向极端，分析在极端情况下可能出现的状态和 满足的条件，应用物理规律列出在极端情况下的方程，从而找出临界条件． 2．几种典型的临界和极值问题
D．t1到t4时间内，电梯可能先加速向上，接着匀速向上，再减速向上
答案：AC
4．(多选)如图所示，在水平桌面上有 M、m 两个物块，现用恒力 F 推物块 m， 使 M、m 两物块在桌上一起向右加速，则( )
mF A．若桌面光滑，M、m 间的相互作用力为 M＋ m MF B．若桌面光滑，M、m 间的相互作用力为 M＋ m MF C．若桌面与 M、m 的动摩擦因数均为 μ，M、m 间的相互作用力为 ＋μMg M＋ m MF D．若桌面与 M、m 的动摩擦因数均为 μ，M、m 间的相互作用力为 M＋ m 答案：BD
提示：①匀加速上升时FN－mg＝ma，FN＝600 N
匀减速上升时mg－FN′＝ma，FN′＝400 N
②匀加速下降时：mg－FN＝ma，FN＝400 N 匀减速下降时：FN′－mg＝ma，FN′＝600 N
③物体具有向上的加速度(加速上升或减速下降)发生超重现象；物体具有向下
第三讲 连接体模型 超重和失重
第三讲连接体模型超重和失重一、连接体模型与整体隔离法若干个物体通过一定的方式连接在一起，就构成了连接体，其连接方式，一般是通过细绳、杆等物体来实现的。
从连接体的特征来看，可以建立这样的广义连接体模型：通过某种相互作用来实现连接的物体，如物体的叠合，就是通过摩擦力的作用形成连接。
连接体常会处于某种相同的运动状态，如处于平衡态或以相同的加速度运动。
求解连接体的加速度或内部物体间的相互作用力，是力学中能力考查的重要内容，在高考中也经常出现。
解决上述问题的有效方法，是综合运用整体法与隔离法。
1．隔离法2．整体法３．应用举例（1）用隔离法计算内力【例题1】如图所示，物体A和B靠在一起放在光滑水平面上，物体A受到水平向右的推力，大小为10N，已知物体A的质量为2kg，物体B的质量为3kg，求物体A运动的加速度及物体A、B间的相互作用力．（2）整体法研究系统【例题2】(1994年高考全国卷)如图所示，C是水平地面，A、B是两个长方形物体，F是作用在物块B上沿水平方向的力，物体A和B以相同的速度作匀速直线运动．由图可知，A、B之间的动摩擦因数μ1B、C间的动摩擦因数μ2有可能是( B、D )A．μ1＝0，μ2＝0 B．μ1＝0，μ2≠0C．μ1≠0，μ2＝0 D．μ1≠0，μ2≠0（３）整体法和隔离法的综合运用当若干个物体具有共同加速度时，可以先用整体法研究，求出系统的加速度，再用隔离法隔离单个物体或几个物体来研究。
【例题3】如图所示的三个物体A ，B ，C ，其质量分别为m 1,m 2,m 3，带有滑轮的物体B 放在光滑平面上，滑轮和所有接触面间的摩擦及绳子的质量均不计。
为使三物体间无相对运动，则水平推力的大小应为F ＝____。
〖巩固练习1〗1． 如图所示, 有A 、B 两物体, m A =2m B , 用细绳连接后放在光滑的斜面上, 在它们下滑的过程中 （ ）A. 它们的加速度a=gsin θB. 它们的加速度a<gsin θC. 细绳的张力T=0D. 细绳的张力θsin 31g m T B = 2．如图所示，A 物重200 N ，B 物重100 N ，用轻绳经过定滑轮后系在一起，B 物体在摆到最高点时，绳与竖直方向夹角为60°，则A 物体此时对地面的压力大小为_______N ．3．如图所示，质量为m 的物体A 放置在质量为M 的物体B 上，B 与弹簧相连，它们一起在光滑水平面上作简谐运动，运动过程中A 、B 之间无相对运动。
超失重连接体问题
A.
人与车厢具有相同的加速度为a,将a分解为水 平方向分量a1和竖直方向分量a2,如右图所示,
则a1=acos 37°=0.8a
a2=asin 37°=0.6a
①
②
对人受力分析如右图所示.对人分别在水平方向和
竖直方向应用牛顿第二定律列方程得:
水平:Ff=ma1 ③
竖直:FN-mg=ma2
由①③解得:Ff=0.8ma 将④式代入数据得: 1.25mg-mg=0.6ma
变式训练2：如图所示，质量为2kg 的m1和质量为 1kg 的m2两个物体用水平细线连接，放在光滑的水平 面上，现用水平拉力F拉m1，使m1 和m2一起沿水平 面运动，若细线能承受的最大拉力为8N，求水平拉力 F的最大值。
N2
先分析m2 的受力情况：
T 2 a 8m / s m2
m2 G2
T
A．mg m C. F m0＋m
B．F m0 D. g m0＋m
4．如右图所示，光滑水平面上放置质量分 别为 m 、 2m 的 A 、 B 两个物体， A 、 B 间的最大 静摩擦力为μmg，现用水平拉力F拉B，使A、B 以同一加速度运动，则拉力F的最大值为 ( C )
A．μmg
B．2μmg
C．3μmg
(1)无论超重还是失重，物体的重力并没有变化。 (2)由物体超重或失重，只能判断物体的加速度方向， 不能确定其速度方向。
拓展延伸 如图所示, 倾斜索道与水平面夹角为37°,
当载人车厢沿钢索匀加速向上运动时,车厢的人对厢底
的压力为其重量的1.25倍,那么车厢对人的摩擦力为其
体重的( B )
1 1 倍 B. 倍 4 3 C. 5 倍 D. 4 倍 4 3 解析 当车厢沿钢索方向匀加速向上运动时,
超重和失重知识点总结
超重和失重知识点总结
超重和失重是物理学中的两个重要概念，主要涉及到重力和加速度的影响。
1. 超重：当物体受到的向上的力大于向下的重力时，物体就会处于超重状态。
这种情况下，物体的实际重量会超过其正常重量。
例如，在电梯中上升或在过山车上下降时，我们会感到身体变重，这就是超重现象。
2. 失重：当物体受到的向上的力等于向下的重力时，物体就会处于失重状态。
这种情况下，物体的实际重量为零。
例如，在飞机上自由下落或在太空中漂浮时，我们会感到身体变轻，这就是失重现象。
3. 超重和失重的区别在于向上的力和向下的重力之间的关系。
如果向上的力大于重力，就是超重；如果向上的力等于重力，就是失重；如果向上的力小于重力，就是欠重。
4. 超重和失重都是相对的，取决于观察者的参考系。
例如，在电梯中上升时，对于电梯内部的人来说，他们处于失重状态；但对于电梯外部的人来说，他们看到的是电梯内部的人处于超重状态。
5. 超重和失重的现象可以通过实验来观察和验证。
例如，可以通过离心机产生离心力来实现超重和失重的状态。
《超重与失重》 讲义
《超重与失重》讲义一、超重与失重的概念在我们的日常生活中，物体的重量似乎是一个恒定不变的量。
但当我们深入研究物体的运动状态时，会发现物体所受的重力在某些情况下会发生变化，这就引出了超重和失重的概念。
超重，简单来说，就是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。
而失重，则是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。
要理解这两个概念，我们需要先明确重力的本质。
重力是由于地球对物体的吸引而产生的力，其大小通常用公式 G ＝ mg 来计算，其中m 是物体的质量，g 是重力加速度，约为 98 米每秒平方。
二、超重的情况当物体具有向上的加速度时，就会出现超重现象。
例如，在电梯加速上升的过程中。
假设一个人的质量为 60 千克，正常情况下，他所受的重力为 60×98 ＝ 588 牛。
当电梯以加速度 a 向上加速运动时，根据牛顿第二定律 F G ＝ ma，此时人对电梯地板的压力 F 就等于重力 G 加上 ma。
如果加速度 a 为 2 米每秒平方，那么 ma 就是 60×2 ＝ 120 牛，压力 F 就等于 588 ＋ 120 ＝ 708 牛。
显然，此时人对电梯地板的压力大于自身重力，处于超重状态。
再比如，在火箭发射时，宇航员会经历强烈的超重。
火箭加速升空，加速度极大，宇航员所受的支持力远大于自身重力，会感到身体沉重，甚至呼吸困难。
三、失重的情况与超重相反，当物体具有向下的加速度时，就会出现失重现象。
最常见的例子是电梯加速下降。
还是以刚才那个人为例，如果电梯以加速度 2 米每秒平方向下加速运动，此时人对电梯地板的压力 F 就等于重力 G 减去 ma，即 588 120 ＝ 468 牛，小于自身重力，处于失重状态。
在太空中的航天器绕地球做圆周运动时，也处于失重状态。
此时，航天器和里面的物体所受的万有引力全部用来提供向心力，产生向心加速度，物体对航天器的压力为零，处于完全失重状态。
高考常用24个物理模型【高考必备】
Fm 高考常用24个物理模型物理复习和做题时需要注意思考、善于归纳整理，对于例题做到触类旁通，举一反三，把老师的知识和解题能力变成自己的知识和解题能力，下面是物理解题中常见的24个解题模型，从力学、运动、电磁学、振动和波、光学到原子物理，基本涵盖高中物理知识的各个方面。
主要模型归纳整理如下：模型一：超重和失重系统的重心在竖直方向上有向上或向下的加速度(或此方向的分量a y ) 向上超重(加速向上或减速向下)F =m (g +a )； 向下失重(加速向下或减速上升)F =m (g -a ) 难点：一个物体的运动导致系统重心的运动绳剪断后台称示数 铁木球的运动 系统重心向下加速 用同体积的水去补充斜面对地面的压力? 地面对斜面摩擦力? 导致系统重心如何运动？模型二：斜面搞清物体对斜面压力为零的临界条件斜面固定：物体在斜面上情况由倾角和摩擦因素决定=tg 物体沿斜面匀速下滑或静止 > tg 物体静止于斜面 < tg 物体沿斜面加速下滑a=g(sin 一cos )μθμθμθθμθaθ模型三：连接体是指运动中几个物体或叠放在一起、或并排挤放在一起、或用细绳、细杆联系在一起的物体组。
解决这类问题的基本方法是整体法和隔离法。
整体法：指连接体内的物体间无相对运动时,可以把物体组作为整体，对整体用牛二定律列方程。
隔离法：指在需要求连接体内各部分间的相互作用(如求相互间的压力或相互间的摩擦力等)时，把某物体从连接体中隔离出来进行分析的方法。
连接体的圆周运动：两球有相同的角速度；两球构成的系统机械能守恒(单个球机械能不守恒)与运动方向和有无摩擦(μ相同)无关，及与两物体放置的方式都无关。
平面、斜面、竖直都一样。
只要两物体保持相对静止记住：N=(N 为两物体间相互作用力),一起加速运动的物体的分子m 1F 2和m 2F 1两项的规律并能应用讨论：①F 1≠0；F 2=0N=② F 1≠0；F 2≠0 N=(是上面的情况) F=F=F=F 1>F 2 m 1>m 2 N 1<N 2例如：N 5对6=(m 为第6个以后的质量) 第12对13的作用力N 12对13=211212m F m F m m ++⇒F 212m m m N+=122F=(m +m )a N=m a212m F m m +211212m F m m m F ++20F =211221m m g)(m m g)(m m ++122112m (m )m (m gsin )m mg θ++A B B 12m (m )m Fm m g ++F Mm Fnm 12)m -(n m 2 m 1 Fm 1 m 2╰ α模型四：轻绳、轻杆绳只能受拉力，杆能沿杆方向的拉、压、横向及任意方向的力。
(完整版)高考常用24个物理模型
高考常用 24 个物理模型物理复习和做题时需要注意思考、善于归纳整理，对于例题做到触类旁通，举一反三， 把老师的知识和解题能力变成自己的知识和解题能力，下面是物理解题中常见的 24 个解题 模型，从力学、运动、电磁学、振动和波、光学到原子物理，基本涵盖高中物理知识的各个 方面。
主要模型归纳整理如下：模型一：超重和失重系统的重心在竖直方向上有向上或向下的加速度 向上超重 (加速向上或减速向下 )F=m(g+a)； 向下失重(加速向下或减速上升 )F=m(g-a) 难点：一个物体的运动导致系统重心的运动(或此方向的分量 a y )斜面对地面的压力 ? 地面对斜面摩擦力 ? 导致系统重心如何运动？模型二：斜面搞清物体对斜面压力为零的临界条件斜面固定：物体在斜面上情况由倾角和摩擦因素决定=tg 物体沿斜面匀速下滑或静止 > tg 物体静止于斜面 < tg 物体沿斜面加速下滑 a=g(sin 一 cos ) 绳剪断后台称示数 系统重心向下加速 铁木球的运动 用同体积的水去补充模型三：连接体是指运动中几个物体或叠放在一起、 或并排挤放在一起、或用细绳、细杆联 系在一起的物体组。
解决这类问题的基本方法是整体法和隔离法。
整体法 ：指连接体内的物体间无相对运动时 ,可以把物体组作为整体， 对整体用 牛二定律列方程。
隔离法 ：指在需要求连接体内各部分间的相互作用 （如求相互间的压力或相互间 的摩擦力等 ）时，把某物体从连接体中隔离出来进行分析的方法。
连接体的圆周运动： 两球有相同的角速度； 两球构成的系统机械能守恒 （单个球 机械能不守恒 ） 与运动方向和有无摩擦 （μ 相同）无关，及与两物体放置的方式都无关。
平面、斜面、竖直都一样。
只要两物体保持相对静止m 1m2F 1>F 2 m 1>m 2 N 1<N 2例如： N 5对6=mF（m 为第 6 个以后的质量 ） 第 12对 13的作用力 MN 12对 13=（n -12）mFnm记住： N= m 2F 1m 1F2 （N 为两物体间相互作用力 ）,起加速运动的物体的分子 m 1F 2 和 m 2F 1两项的规律并能应用讨论： ①F 1≠0 F 2=0F=(m 1+m 2)aN=m 2aN= m2Fm 1 m 2② F 1≠0； F 2≠ 0 m 2F1 m 1F2 m1 m2 0是上面的情 N=( F2况)Fm 1 m 2m 1 m 2F= m 1 (m 2 g) m 2(m 1gsin ) m 1 m 2m2 m 1m 2FF= m 1 (m 2g) m 2 (m 1g)m 1 m 2F=m A (m B g) m B F模型四：轻绳、轻杆绳只能受拉力，杆能沿杆方向的拉、压、横向及任意方向的力。
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第三讲连接体模型超重和失重
一、连接体模型与整体隔离法
若干个物体通过一定的方式连接在一起，就构成了连接体，其连接方式，一般是通过细绳、杆等物体来实现的。
从连接体的特征来看，可以建立这样的广义连接体模型：通过某种相互作用来实现连接的物体，如物体的叠合，就是通过摩擦力的作用形成连接。
连接体常会处于某种相同的运动状态，如处于平衡态或以相同的加速度运动。
求解连接体的加速度或内部物体间的相互作用力，是力学中能力考查的重要内容，在高考中也经常出现。
解决上述问题的有效方法，是综合运用整体法与隔离法。
1．隔离法
2．整体法
３．应用举例
（1）用隔离法计算内力
【例题1】如图所示，物体A和B靠在一起放在光滑
水平面上，物体A受到水平向右的推力，大小为10N，已知
物体A的质量为2kg，物体B的质量为3kg，求物体A运动
的加速度及物体A、B间的相互作用力．
（2）整体法研究系统
【例题2】(1994年高考全国卷)如图所示，C是水平地面，A、B
是两个长方形物体，F是作用在物块B上沿水平方向的力，物体A和B
以相同的速度作匀速直线运动．由图可知，A、B之间的动摩擦因数μ1B、
C间的动摩擦因数μ2有可能是( B、D )
A．μ1＝0，μ2＝0 B．μ1＝0，μ2≠0
C．μ1≠0，μ2＝0 D．μ1≠0，μ2≠0
（３）整体法和隔离法的综合运用
当若干个物体具有共同加速度时，可以先用整体法研究，求出系统的加速度，再用隔离法隔离单个物体或几个物体来研究。
【例题3】如图所示的三个物体A ，B ，C ，其质量分别为
m 1,m 2,m 3，带有滑轮的物体B 放在光滑平面上，滑轮和所有接触
面间的摩擦及绳子的质量均不计。
为使三物体间无相对运动，则
水平推力的大小应为F ＝____。
〖巩固练习1〗
1． 如图所示, 有A 、B 两物体, m A =2m B , 用细绳连接后放在光滑的斜
面上, 在它们下滑的过程中 （ ）
A. 它们的加速度a=gsin θ
B. 它们的加速度a<gsin θ
C. 细绳的张力T=0
D. 细绳的张力θsin 31g m T B = 2．如图所示，A 物重200 N ，B 物重100 N ，用轻绳经过定滑轮后系在一起，B 物体在摆到最高点时，绳与竖直方向夹角为60°，则A 物体此时对地面
的压力大小为_______N ．
3．如图所示，质量为m 的物体A 放置在质量为M 的物体B 上，B 与弹簧相连，它们一起在光滑水平面上作简谐运动，运动过程中A 、B 之间无相对运动。
设弹簧的劲度系数为k 。
当物体离开平衡位置的位移为x 时，A 、B 间摩擦力的大小等于 （ ）
A ．0
B ．kx
C ．
kx M
m D ．kx m M m +
二、超重和失重
1、超重：物体对支持物的的压力（或悬挂物的拉力） 物体所受的重力情况，当物体具有 的加速度时（包括 上升或 下降）呈现超重现象。
2、失重：物体对支持物的的压力（或悬挂物的拉力） 物体所受的重力情况，当物体具有 的加速度时（包括 上升或 下降）呈现失重现象，当物体向下的加速度大小为g 时，物体呈现 现象。
3、物体处于超重或失重（包括完全失重）时，地球作用于物体的重力 变化（填“发生”、“不发生”）
【例题4】电梯地板上有一个质量为200kg 的物体，它对地面的压力随时间变化的图象如图所示，则电梯从静止开始向上运动，在7s 内上升的高度为多少？
【例题5】如图所示，一个箱子放在水平地面上，箱内有一固定竖直杆，在杆上套一个环，箱的杆的质量为M ，环的质量为m ，已
知环沿杆以加速度a 下滑，则此时箱对地面的压力是： A ．（m+M ）g B ．（m-M ）g C ．（m+M ）g-ma D ．（m+M ）g+ma
o 1 2 3 4 5 6 7
〖巩固练习2〗
1．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，如图所示，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
2．一个质量为40千克的人站在升降机地板上的台秤上，当升降机运动时，发现台秤的读数为500N，g取10 m/s2,由此可判断升降机的运动可能为：（）
A．以2 m/s2的加速度加速上升
B．以2 m/s2的加速度加速下降
C．以2.5 m/s2加速度减速下降
D．以2.5 m/s2加速度减速下降
3．一电梯从静止开始上升，挂在电梯顶板下的弹簧秤上悬吊着一个质量为3kg的物体，前5s内弹簧秤示数为36N，第2个5s内，弹簧秤示数为30N，最后5s内弹簧秤示数为24N,且第15s末电梯停止。
你能从观察到的这些数据求出电梯上升的高度吗?(取g=10m/s2)。