新教材物理粤教版必修一 第六节 失重和超重

第六节失重和超重一、失重和超重现象1.失重现象(1)定义：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。

(2)产生条件：物体具有竖直向下的加速度。

(3)运动情况：加速下降或减速上升。

2.超重现象(1)定义：物体对支持物的压力(或对悬挂物的压力)大于物体所受的重力的现象称为超重。

(2)产生条件：物体具有竖直向上的加速度。

(3)运动情况：加速上升或减速下降。

[想一想]提示不等失重二、完全失重现象1.定义：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。

2.产生条件：a＝g，方向竖直向下。

[判一判](1)超重就是物体受到的重力增加了。

(×)(2)完全失重就是物体不受重力了。

(×)(3)超重和失重可根据物体速度方向判定。

(×)(4)超重和失重可根据物体的加速度方向判定。

(√)探究对超重和失重现象的理解■情境导入人站在体重计上静止时，体重计的示数就显示了人的体重。

人从站立状态到完全蹲下，体重计的示数如何变化？为什么会发生这样的变化？答案人在下蹲的过程中，重心下移，即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，最后处于平衡状态，体重计的示数先减小后增大，最后等于重力G。

■归纳拓展1.超重现象(1)产生条件：物体具有向上的加速度。

(2)运动形式：向上加速运动或向下减速运动。

2.失重现象(1)产生条件：物体具有向下的加速度。

(2)运动形式：向上减速运动或向下加速运动。

3.完全失重状态(1)产生条件：物体具有竖直向下的加速度。

(2)运动形式：向上减速或向下加速，且a＝g。

在不计空气阻力的条件下，做自由落体运动和竖直上抛运动的物体，处于完全失重状态。

4.对超重、失重的“三点”理解(1)物体处于超重还是失重状态，只取决于加速度的方向，与物体的运动方向无关。

(2)发生超重和失重时，物体所受的重力并没有变化。

(3)在完全失重状态下，由重力引起的现象将消失。

例如：液体的压强、浮力将为零，水银压强计、天平将无法使用；摆钟停摆；弹簧测力计不能测重力等。

[例1] (多选)下列有关超重与失重的说法正确的是()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.不论是超重、失重或是完全失重，物体所受的重力都没有发生改变解析体操运动员双手握住单杠吊在空中不动时单杠对他的拉力等于运动员的重力，运动员既不处于超重状态也不处于失重状态，A错误；蹦床运动员在空中上升和下落过程中只受重力，加速度大小等于当地的重力加速度，方向竖直向下，即处于失重状态，B正确；举重运动员在举起杠铃后不动的那段时间内地面对他和杠铃的支持力等于他和杠铃的重力，运动员和杠铃既不处于超重状态也不处于失重状态，C错误；不论是超重、失重或是完全失重，物体所受的重力都没有发生改变，D正确。

答案BD[例2]在升降电梯内的地面上放一体重计，电梯静止时，晓敏同学站在体重计上，体重计示数为50 kg。

电梯运动过程中，某一段时间内晓敏同学发现体重计示数如图所示，则在这段时间内()A.晓敏同学所受的重力变小了B.晓敏同学对体重计的压力小于体重计对晓敏的支持力C.电梯一定在竖直向下运动D.电梯的加速度大小为g5，方向一定竖直向下解析在这段时间内晓敏处于失重状态，体重计示数变小，是由于晓敏对体重计的压力变小了，而她的重力没有改变，A错误；晓敏对体重计的压力与体重计对晓敏的支持力是一对作用力与反作用力，大小一定相等，B错误；以竖直向下为正方向，有mg－F＝ma，即50g－40g＝50a，解得a＝g5，加速度方向竖直向下，但运动方向可能是竖直向上，也可能是竖直向下，C错误，D正确。

答案D[针对训练1]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物体由静止开始向上运动时，物体和手掌先一起向上加速，物体处于超重状态，之后在物体和手掌分离前，向上减速，物体处于失重状态，故A、B均错误；当物体和手分离时，二者速度相同，又因均做减速运动，故分离条件为a手＞a物，分离瞬间物体的加速度等于重力加速度，而手的加速度大于重力加速度，选项D正确，C错误。

答案D探究根据超重、失重现象判断物体的运动情况或受力情况超重、失重的比较中，体重计的示数最大的是()A.电梯匀减速上升，加速度的大小为1.0 m/s2B.电梯匀加速上升，加速度的大小为1.0 m/s2C.电梯匀减速下降，加速度的大小为0.5 m/s2D.电梯匀加速下降，加速度的大小为0.5 m/s2解析选项A，电梯匀减速上升，加速度向下，由牛顿第二定律有mg－F1＝ma1，解得F1＝m(g－a1)；选项B，电梯匀加速上升，加速度向上，由牛顿第二定律有F2－mg＝ma2，解得F2＝m(g＋a2)；选项C，电梯匀减速下降，加速度向上，由牛顿第二定律有F3－mg＝ma3，解得F3＝m(g＋a3)；选项D，电梯匀加速下降，加速度向下，由牛顿第二定律有mg－F4＝ma4，解得F4＝m(g－a4)。

由题意知，a1＝a2＝1.0 m/s2，a3＝a4＝0.5 m/s2，故F2最大，选项B正确。

答案B[例4]放在电梯地板上的一个木箱，被一根处于伸长状态的水平弹簧拉着，处于静止状态(如图所示)，某时刻发现木箱突然被弹簧拉动，据此可判断出电梯的运动情况可能是()A.匀速上升B.加速上升C.减速上升D.减速下降解析木箱突然被拉动，表明木箱所受摩擦力变小了，即木箱与地板之间的弹力变小了，重力大于弹力，木箱所受合力向下，处于失重状态，选项C正确。

答案C[针对训练2]在电梯中，把一重物置于台秤上，台秤与力传感器相连，当电梯从静止起加速上升，然后又匀速运动一段时间，最后停止运动时，传感器的荧屏上显示出其受的压力与时间的关系图像如图所示。

试由此图回答问题：(g取10 m/s2)(1)该物体的重力是多少？电梯在超重和失重时物体的重力是否变化？(2)求出电梯在超重和失重时的最大加速度分别是多大？解析(1)根据题意知，在4～18 s时间内，物体随电梯一起匀速运动，由平衡条件及牛顿第三定律知：台秤受的压力和物体的重力相等，即G＝30 N；根据超重和失重的本质知物体的重力不变(2)超重时：台秤对物体的支持力最大为50 N ，由牛顿第二定律得a 1＝F 合m ＝50－303 m/s 2≈6.67 m/s 2，方向竖直向上。

失重时：台秤对物体的支持力最小为10 N ，由牛顿第二定律得a 2＝F 合′m ＝30－103 m/s 2≈6.67 m/s 2，方向竖直向下。

答案 (1)30 N 不变 (2)6.67 m/s 2 方向竖直向上6.67 m/s 2 方向竖直向下1.(对超重、失重的理解)关于超重和失重，下列说法中正确的是( )A.超重就是物体受的重力增加了B.失重就是物体受的重力减小了C.完全失重就是物体一点重力都没有了D.不论超重或失重，物体所受重力是不变的解析 超重(失重)是指物体对接触面的压力或对悬挂物的拉力大于(小于)物体的重力，而物体的重力并没有变化，完全失重是压力或拉力变为零，故A 、B 、C 错误，D 正确。

答案 D2.(超重和失重问题的分析)如图所示为一物体随升降机由一楼运动到某高层的过程中的v －t 图像，则( )A.物体在0～2 s 处于失重状态B.物体在2～8 s 处于超重状态C.物体在8～10 s 处于失重状态D.由于物体的质量未知，所以无法判断超重、失重状态解析 从加速度的角度判断，由题意知0～2 s 物体的加速度方向竖直向上，则物体处于超重状态；2～8 s 物体的加速度为零，物体处于平衡状态；8～10 s 物体的加速度方向竖直向下，则物体处于失重状态，故选项C 正确。

答案C3.(超、失重的判断)关于超重和失重，下列说法正确的是()A.物体处于超重状态时，物体一定在上升B.物体处于失重状态时，物体可能在上升C.物体处于完全失重状态时，地球对它的引力就消失了D.物体处于完全失重状态时，它所受到的合外力为零解析物体处于超重状态时，具有向上的加速度，但其运动方向不确定，可能向上加速，也可能向下减速，故A项错误；物体处于失重或者是完全失重状态时，具有向下的加速度，可能向下加速，也可能向上减速，故B项正确；完全失重时，物体仍受到地球对它的吸引力，即受到重力的作用，合外力不为零，故C、D项错误。

答案B4. (超重、失重和完全失重的有关计算)质量是60 kg的人站在升降机中的体重计上，如图所示。

重力加速度g取10 m/s2，当升降机做下列各种运动时，求体重计的示数。

(1)匀速上升；(2)以4 m/s2的加速度加速上升；(3)以5 m/s2的加速度加速下降。

解析(1)匀速上升时：由平衡条件得：F N1＝mg＝600 N，由牛顿第三定律得：人对体重计的压力为600 N，即体重计示数为600 N。

(2)加速上升时，由牛顿第二定律得F N2－mg＝ma1F N2＝mg＋ma1＝840 N由牛顿第三定律得：人对体重计的压力为840 N，即体重计示数为840 N。

(3)加速下降时，由牛顿第二定律得mg－F N3＝ma2F N3＝mg－ma2＝300 N由牛顿第三定律得：人对体重计的压力为300 N，即体重计示数为300 N。

答案(1)600 N(2)840 N(3)300 N课时定时训练(限时30分钟)◆对点题组练题组一对超重、失重的理解1.(多选)在太空站的完全失重环境中，下列仪器能继续使用的是()A.水银温度计B.天平C.打点计时器D.弹簧测力计解析凡是依靠重力作用来实现测量的仪器在完全失重环境中均不能使用。

水银温度计是依据水银的热胀冷缩来测温度的，打点计时器打点与重力无关，弹簧测力计用于测拉力时仍能在太空站中使用，只是不能用来测物体的重力，天平是依靠重力作用来测质量的。

综上所述，选项A、C、D正确，B错误。

答案ACD2.某人用绳子将一桶水从井内加速向上提的过程中，下列说法正确的是()A.这桶水处于超重状态，所以绳子对桶的拉力大于桶对绳子的拉力B.这桶水处于超重状态，绳子对桶的拉力大于桶和水的重力C.人对绳子的拉力与绳子对桶的拉力是一对作用力与反作用力D.这桶水能加速上升，是因为人对绳子的拉力大于桶对绳子的拉力解析这桶水加速上升，说明加速度的方向是向上的，桶处于超重状态，所以桶受到的合外力的方向向上，即桶受到向上的力大于桶和水的重力，所以选项B正确；绳子对桶的拉力与桶对绳子的拉力，是一对作用力与反作用力，大小相等，选项A错误；人对绳子的拉力与绳子对桶的拉力不是一对作用力与反作用力，选项C错误；这桶水能加速上升，不是因为人对绳子的拉力大于桶对绳子的拉力，而是桶受到的拉力大于重力，选项D错误。