22粤教版新教材物理必修第一册课件--第六节 失重和超重

第六节失重和超重课标解读课标要求素养要求1.通过实验或体验认识超重和失重现象2能用牛顿运动定律解释生产、生活中的有关现象，解决有关问题1.物理现念：通过学习超重、失重，了解运动和力之间关系2科学思维：建立超重、失重模型，推出弹力与重力之间的关系3.科学探究：了解重力测量方法，探究超重、失重现象4.科学态度与责任：通过坐电梯等各种活动，结合生活体验理解超重和失重，形成探索自然的驱动力自主学习·必备知识教材研习教材原句要点一失重和超重现象我们把物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）小于物体所受的重力的现象称为失重①。

要点二超、失重现象产生的条件当物体加速上升或减速下降时，即有向上的加速度②时，物体出现超重现象。

自主思考①处于失重状态下的物体重力真的减少了吗？答案：提示物体的实际重力并没有发生变化。

②（1）向上的加速度指的是什么？（2）物体的运动方向决定物体是超重还是失重吗？答案：提示（1）加速度的方向向上；（2）不决定。

名师点睛1.重力的测量（1）先测量物体做自由落体运动的加速度g，再用天平测量物体的质量，利用牛顿第二定律可得G=mg。

（2）利用力的平衡条件对重力进行测量。

2.失重和超重（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情况称为超重现象。

（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情况称为失重现象。

3.失重和超重的解释（1）电梯静止不动或做匀速直线运动时，人的加速度为零，此时人对电梯的压力等于人的重力。

（2）当电梯加速下降时，人的加速度方向向下，根据牛顿第二定律可以得出：G −F N =ma ，即F N =G −ma ，此时人对电梯的压力小于人的重力，人处于失重状态。

（3）当电梯加速上升时，人的加速度方向向上，根据牛顿第二定律可以得出：F N −G =ma ，即F N =G +ma ，此时人对电梯的压力大于人的重力，人处于超重状态。

4.完全失重现象如果一个物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）为零，这种情况是失重现象中的极限，称为完全失重现象。

例如：自由落体运动。

互动探究·关键能力探究点一 超重和失重知识深化1.当物体处于超重或失重状态时，物体的重力并未变化。

2.超重、失重的比较特征状态加速度拉力（或支持力）T 与重力的关系 运动情况 受力图平衡 a =0 T =mg 静止或匀速直线运动超重 竖直向上或有竖直向上的分量 由T −mg =ma 得T =m(g +a)＞mg向上加速或向下减速失重 竖直向下或有竖直向下的分量 由mg −T =ma 得T =m(g −a)＜mg向下加速或向上减速完全失重 a =gT =0 自由落体运动、竖直上抛运动题组过关 1.（2021浙江宁波高一期末）如图所示为运动员跳高时的精彩瞬间，则运动员( )A.在最高点时处于平衡状态B.在下降过程中处于超重状态C.起跳离地后在上升过程中处于失重状态D.起跳时地面对他的支持力大于他对地面的压力答案：C解析：运动员在最高点时，只受重力作用，合外力不为零，不是处于平衡状态，选项A错误；在下降过程中，加速度为向下的g，处于失重状态，选项B错误；起跳离地后在上升过程中，加速度为向下的g，处于失重状态，选项C正确；起跳时地面对他的支持力与他对地面的压力是一对作用力与反作用力，等大反向，选项D错误。

2.（2021江苏徐州高一期末）某同学用如图所示实验来认识超重和失重现象，先保持手指和钩码静止，感受橡皮筋对手指的压力。

然后设法使钩码上下振动的同时手指保持静止，感受压力的变化，不计空气阻力下列说法正确的是( )A.超重时钩码所受重力增加B.钩码下降到最低点时处于超重状态C.橡皮筋对手指的压力逐渐增大时，钩码一定处于超重状态D.橡皮筋对手指的压力逐渐减小时，钩码一定处于失重状态答案：B解析：超重时钩码所受向上的拉力大于重力，但重力不变，故A错误；钩码下降到最低点时，钩码的速度为零，加速度向上，拉力大于重力，处于超重状态，故B正确；如果橡皮筋对手指的压力逐渐增大，则橡皮筋处于不断被拉伸的状态，所以钩码一定处于下降阶段，当向下加速时，拉力小于重力，钩码处于失重状态，当向下减速时，拉力大于重力，钩码处于超重状态，故C错误；如果橡皮筋对手指的压力逐渐减小，则橡皮筋处于回缩的状态，所以钩码一定处于上升阶段，向上加速时，拉力大于重力，钩码处于超重状态，当向上减速时，拉力小于重力，钩码处于失重状态，故D错误。

3.（2021重庆一中高一期末）一质量为M的乘客乘坐竖直电梯上楼，其位移x与时间t的关系如图所示，其中t1∼t2间为直线，其余两道是曲线。

以下判断正确的是( )A.0∼t1时间内，乘客做加速运动，处于超重状态B.t1∼t2时间内，乘客做加速运动，处于超重状态C.t1∼t2时间内，乘客做匀速运动，处于失重状态D.t2∼t3时间内，乘客做减速运动，处于完全失重状态答案：A解析：因x−t图像的斜率表示速度，可知0∼t1时间内，乘客向上做加速运动，处于超重状态，选项A正确；t1~t2时间内，乘客匀速上升，既不超重，也不失重，选项B、C错误；t2~t3时间内，乘客向上做减速运动，处于失重状态，但不是完全失重，选项D错误。

探究点二用牛顿第二定律分析超重、失重现象情境探究1. 人用体重计来测量自身的体重。

当人站在体重计上静止时，体重计的示数固定不变。

人从站立状态到完全蹲下，体重计的示数呈现什么特点？为什么会这样？答案：提示人在下蹲的过程中，向下做先加速后减速的运动，加速度的方向先向下后向上，所以人先处于失重状态再处于超重状态，体重计的示数先减小后增大，最后保持不变。

探究归纳处理超重与失重问题的基本思路超重和失重问题实质上就是牛顿第二定律应用的延续，解题时仍应抓住加速度这个关键量。

具体方法是：（1）分析物体运动的加速度方向；（2）判断物体处于超重或失重状态；（3）分析其受力，利用牛顿第二定律分析和求解。

探究应用例某人在以a=0.5 m/s2的加速度匀加速下降的升降机中最多可举起m1=90 kg的物体，则此人在地面上最多可举起多少千克的物体？若此人在匀加速上升的升降机中最多能举起m2=40 kg的物体，则此升降机上升的加速度为多大？(g=10 m/s2)答案：85.5 kg11.375 m/s2解析：以物体为研究对象，对物体进行受力分析及运动状态分析，如图甲所示，设人的最大“举力”为F由牛顿第二定律得：m1g−F=m1a1，所以F=m1(g−a1)=855 N当他在地面上举物体时，设最多可举起质量为m0的物体，则有m0g−F=0，所以m0= 85.5 kg此人在匀加速上升的升降机中最多举起m2=40 kg的物体，由于m0=85.5 kg＞40 kg，显然此时物体一定处于超重状态，对物体受力分析和运动情况分析，如图乙所示。

=11.375 m/s2由牛顿第二定律得F−m2g=m2a2，解得a2=F−m2gm2即升降机加速上升的加速度为11.375 m/s2解题感悟在不同环境中这个最大“举力”是恒定不变的，即他在以不同的加速度运动的升降机中最大的“举力”恒定。

若以物体为研究对象对其进行受力分析，根据人举起的不同质量的物体，可推知物体所处的运动状态，在最大“举力”相同时也可以推知举起物体的质量。

迁移应用1.（2021湖北孝感高一期末）物理兴趣小组成员王芳和李明同学在研究电梯的运动时，先将弹簧测力计的拉环竖直吊在电梯天花板上，在测力计的自由端悬挂一个质量为0.5 kg的物体，如图所示。

在电梯运行的某一过程中，发现弹簧测力计示数为4 N，取重力加速度为10 m/s2，则电梯的运动情况可能为( )A.以2 m/s2的加速度向下匀加速运动B.以2 m/s2的加速度向上匀加速运动C.以1 m/s2的加速度向下匀减速运动D.以1 m/s2的加速度向上匀减速运动答案：A解析：由于测力计的示数小于物体的重力，因此物体处于失重状态，有向下的加速度，由牛顿第二定律：mg−F=ma，解得：a=2 m/s2，可能向下匀加速运动，也可能向上匀减速运动。

评价检测·素养提升课堂检测1.（2021广东深圳高一期末）如图，用手平托着几本高中物理新教材，下列哪种情况下教材对手的压力比教材的重力小( )A.使教材匀速向上运动B.使教材匀速向下运动C.使教材匀加速向上运动D.使教材匀减速向上运动答案：D解析：使教材匀速向上、向下运动，教材均处于平衡状态，支持力等于重力，由牛顿第三定律可知压力大小等于支持力大小，说明教材对手的压力等于教材的重力，故A、B错误；使教材匀加速向上运动，合力向上，支持力大于重力，则压力大于重力，故C错误；使教材匀减速向上运动，合力向下，支持力小于重力，则压力小于重力，故D正确。

2.（多选）（2021山东聊城高一期末）下列关于超重、失重现象的描述中，正确的是( )A.电梯正在减速上升，在电梯中的乘客处于失重状态B.在空中做自由落体运动的物体，处于完全失重状态C.磁悬浮列车在水平轨道上加速行驶时，车上乘客处于超重状态D.人站在地面上，当其由站立状态开始下蹲的瞬间，处于超重状态答案：A; B解析：电梯正在减速上升，加速度向下，则在电梯中的乘客处于失重状态，选项A正确；在空中做自由落体运动的物体，加速度为向下的g，处于完全失重状态，选项B正确；磁悬浮列车在水平轨道上加速行驶时，车上乘客竖直方向加速度为零，不是处于超重状态，选项C错误；人站在地面上，当其由站立状态开始下蹲的瞬间，加速度向下，处于失重状态，选项D错误。

3.（多选）（2021陕西宝鸡高一期末）如图所示，电梯的顶部竖直悬挂一个弹簧测力计，弹簧测力计下端挂了一个物体，电梯匀速直线运动时，弹簧测力计的示数为8 N，在某时刻电梯中的人观察到弹簧测力计的示数变为4 N，关于电梯的运动，以下说法正确的是(g=10 m/s2)( )A.电梯可能向上加速运动，加速度大小为5 m/s2B.电梯可能向下加速运动，加速度大小为5 m/s2C.电梯可能向上减速运动，加速度大小为5 m/s2D.电梯可能向下减速运动，加速度大小为5 m/s2答案：B; C解析：电梯匀速运动时，物体既不超重也不失重，物体重力大小为8 N，当弹簧测力计示数变为4 N时，说明物体处于失重状态，则加速度向下，根据牛顿第二定律有：mg−F=ma，解得：a=5 m/s2。

加速度向下，运动情况可能为向下加速运动，也可能为向上减速运动，A、D错误，B、C正确。

素养视角教材拓展失重中有一种特殊现象—完全失重，所谓完全失重是物体的视重为零，也就是说，在物体自由落体的时候，如果你去称它的重量，视重为0，其原因是物体具有向下的加速度，而且其全部重力都提供了物体向下的加速度。