2017_2018学年高中物理第6章力与运动第4节超重与失重教学案鲁科

1 第4节 超重与失重 1.超重和失重时物体的重力都没有改变，只是对水平面的压力或对竖直悬线的拉力(视重)大于(超重)或小于(失重)物体所受的重力。 2．超重的动力学特征是有向上的加速度，从物体的运动形式上看表现为向上的加速运动和向下的减速运动。 3．失重的动力学特征是有向下的加速度，从物体的运动形式上看表现为向下的加速运动和向上的减速运动，向下的加速度为g时是完全失重状态。

一、超重现象 1．超重现象 物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)大于物体所受重力的现象。 2．超重现象的产生条件 物体具有竖直向上的加速度，与物体的速度的大小和方向无关。 3．运动类型 超重物体做向上的加速运动或向下的减速运动。 二、失重现象 1．定义 物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)小于物体所受重力的现象。 2．产生条件 物体具有竖直向下的加速度。 3．运动类型 失重物体做向上的减速运动或向下的加速运动。 4．完全失重 (1)定义：物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)等于零的状态。 (2)产生条件：物体竖直向下的加速度等于重力加速度。 (3)所有的抛体运动，在不计阻力的情况下，都处于完全失重状态。

1．自主思考——判一判 2

(1)物体处于超重时，物体的重力增加，处于失重时物体的重力减小。(×) (2)在加速上升的电梯中用弹簧测力计测一物体的重力，“视重”大于物体的重力。(√) (3)竖直向上抛的物体上升时一定超重。(×) (4)完全失重就是物体重力完全消失，不再受重力作用。(×) (5)在水平面上做加速运动，也会引起失重现象。(×) (6)只要物体有向下的加速度，就会引起失重现象。(√) 2．合作探究——议一议 (1)“超重”是不是物体所受的重力增加了？ 提示：“超重”不是物体所受的重力增加了，“超重”现象是物体由于具有向上的加速度，对支持物的压力或对悬挂物的拉力大于物体所受重力，物体所受重力没有变化。 (2)有人认为“向上运动就是超重状态”，你认为这种说法对吗？ 提示：不对，超重时加速度方向向上，但物体可能减速向下运动。 (3)刘洋在“天宫一号”中工作时，有一个镜头令人难忘：由于没有抓好舱壁上的固定扣，她突然一个踉跄飘了起来。说明在运行的轨道舱中，人们完全失重，请思考刘洋真的失去了重力吗？ 提示：在“天宫一号”工作的航天员处于完全失重状态，但航天员仍然受重力的作用，只是刘洋对舱壁没有压力。

超重、失重现象的判断 平衡状态、超重现象与失重现象的比较 加速度 视重(F)与重力的关系 运动情况 平衡 a＝0 F＝mg 静止，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) ＜mg 向下加速，向上减速 完全失重 a＝g F＝0 自由落体运动，抛体运动

[典例] (多选)游乐园中，游客乘坐能加速或减速运动的升降机，可以体会超重与失重3

的感觉。下列描述正确的是( ) A．当升降机加速上升时，游客是处在失重状态 B．当升降机减速下降时，游客是处在超重状态 C．当升降机减速上升时，游客是处在失重状态 D．当升降机加速下降时，游客是处在超重状态 [思路点拨] 解答本题时，可按以下思路进行分析：

[解析] 当升降机加速上升或减速下降时，加速度方向向上，由牛顿第二定律可得N－mg＝ma，N＝mg＋ma＞mg，乘客处于超重状态，选项A错误，B正确；当升降机加速下降或

减速上升时，加速度方向向下，由牛顿第二定律可得mg－N＝ma，N＝mg－ma＜mg，乘客处于失重状态，选项C正确，D错误。 [答案] BC

物体处于超重或失重状态，只取决于物体竖直方向的加速度，与物体的运动方向和水平方向的加速度无关。

1．下列说法正确的是( ) A．游泳运动员仰卧在水面静止时处于失重状态 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．体操运动员双手握住单杠吊在空中不动时处于失重状态 解析：选B 由超重、失重和完全失重的概念可知，加速度向下时处于失重状态，加速度向上时处于超重状态。故选项B正确。 2．应用物理知识分析生活中的常见现象，可以使物理学习更加有趣和深入。例如平伸手掌托起物体，由静止开始竖直向上运动，直至将物体抛出。对此现象分析正确的是( ) A．手托物体向上运动的过程中，物体始终处于超重状态 B．手托物体向上运动的过程中，物体始终处于失重状态 C．在物体离开手的瞬间，物体的加速度大于重力加速度 D．在物体离开手的瞬间，手的加速度大于重力加速度 解析：选D 手托物体由静止开始向上运动，一定先做加速运动，物体处于超重状态；而后可能匀速上升，也可能减速上升，选项A、B错误。在物体离开手的瞬间，二者分离，4

不计空气阻力，物体只受重力，物体的加速度一定等于重力加速度；要使手和物体分离，手向下的加速度一定大于物体向下的加速度，即手的加速度大于重力加速度，选项C错误，D正确。 3．在箱式电梯里的台秤秤盘上放着一物体，在电梯运动过程中，某人在不同时刻拍摄了甲、乙、丙三张照片，如图6­4­1所示，其中乙为电梯匀速运动时的照片。从这三张照片可判定( )

图6­4­1 A．拍摄甲照片时，电梯一定处于加速下降状态 B．拍摄丙照片时，电梯一定处于减速上升状态 C．拍摄丙照片时，电梯可能处于加速上升状态 D．拍摄甲照片时，电梯可能处于减速下降状态 解析：选D 电梯匀速运动时台秤的示数可看做物体的实际重量，题图甲所示的示数大于题图乙所示的示数，说明拍摄甲照片时物体处于超重状态，此时电梯可能处于加速上升状态或减速下降状态，选项A错误，D正确；题图丙所示的示数小于题图乙所示的示数，说明拍摄丙照片时物体处于失重状态，此时电梯可能处于加速下降状态或减速上升状态，选项B、C错误。

超重、失重的计算 [典例] 质量为60 kg的人站在升降机中的体重计上，如图6­4­2所示，当升降机做下列各种运动时，体重计的读数分别为多少？(g取10 m/s2) (1)升降机匀速上升； (2)升降机以4 m/s2的加速度匀加速上升； (3)升降机以3 m/s2的加速度匀加速下降。 5

图6­4­2 [思路点拨] 以人为研究对象进行受力分析，根据牛顿第二定律列方程求解。由牛顿第三定律知，人受到的支持力与人对体重计的压力大小相等，所以体重计的读数等于人受到的支持力的大小。 [解析] 以人为研究对象进行受力分析，人受重力和支持力作用。 (1)升降机匀速上升时，加速度a1＝0，所以有N1－mg＝0 即N1＝mg＝600N 由牛顿第三定律知，体重计的读数为600 N。 (2)升降机匀加速上升时，加速度向上，人处于超重状态，取向上为正方向，则有 N2－mg＝ma2

所以N2＝m(g＋a2)＝60×(10＋4)N＝840 N

由牛顿第三定律知，体重计的读数为840 N。 (3)升降机匀加速下降时，加速度向下，人处于失重状态，取向下为正方向，则有 mg－N3＝ma3

所以N3＝m(g－a3)＝60×(10－3)N＝420 N

由牛顿第三定律知，体重计的读数为420 N。 [答案] (1)600 N (2)840 N (3)420N

超重、失重问题的处理方法 超重、失重现象的产生条件是具有竖直方向上的加速度，应用牛顿第二定律可以分析其本质。因此，对超重与失重问题的处理有以下两种方法： (1)用牛顿第二定律列方程分析。以加速度的方向为正方向列牛顿第二定律方程，求出结果后，注意运用牛顿第三定律变换成所求的结论，也要注意区分加速度的方向和速度方向。 (2)处理连接体问题时，如测力计、台秤示数的变化问题，对于其中一个物体(或物体中的一部分)所处的运动状态的变化，而导致系统是否保持原来的平衡状态的判断问题，可以根据系统的重心发生的超重、失重现象进行分析判断。

1．(多选)一人乘电梯上楼，在竖直上升过程中加速度a随时间t变化的图线如图6­4­3所示，以竖直向上为a的正方向，则人对地板的压力( ) 6

图6­4­3 A．t＝2 s时最大 B．t＝2 s时最小 C．t＝8.5 s时最大 D．t＝8.5 s时最小 解析：选AD 人受重力mg和支持力N的作用，由牛顿第二定律得N－mg＝ma。由牛顿第三定律得人对地板的压力N′＝N＝mg＋ma。当t＝2 s时a有最大值，N′最大；当t＝8.5 s时，a有最小值，N′最小，选项A、D正确。 2．电梯的顶部挂一个弹簧测力计，测力计下端挂了一个物体，电梯匀速运动时，弹簧测力计的示数为10 N，在某时刻，电梯中的人观察到弹簧测力计的示数变为8 N，关于电梯的运动(如图6­4­4所示)，以下说法正确的是(g取10 m/s2)( )

图6­4­4 A．电梯可能向上加速运动，加速度大小为4 m/s2 B．电梯可能向下加速运动，加速度大小为4 m/s2 C．电梯可能向上减速运动，加速度大小为2 m/s2 D．电梯可能向下减速运动，加速度大小为2 m/s2 解析：选C 电梯匀速运动时，弹簧测力计的示数等于物体的重力。当弹簧测力计的示数小于物体的重力时，物体处于失重状态，加速度方向向下，根据牛顿第二定律mg－F＝ma，解得a＝2 m/s2。电梯可能向下加速运动，也可能向上减速运动。故选项C正确。 3．某人在地面上最多能举起60 kg的重物，当此人站在以5 m/s2的加速度加速上升的升降机中，最多能举起多重的物体。(g取10 m/s2) 解析：当人在地面上举起重物时，对重物分析，由牛顿第二定律得F－mg＝0 在升降机内举起重物时，由于升降机具有竖直向上的加速度，故重物也具有相同的竖直向上的加速度，而人对外提供的最大力是不变的，对重物由牛顿第二定律得 F－m′g＝m′a 所以，在加速上升的升降机内，人能举起的重物的最大质量为40 kg。 答案：40 kg 4．如图6­4­5所示，电梯与水平面夹角为30°，当电梯加速向上运动时，人对梯面的