2019版第3章6超重与失重语文

6. 超重与失重
1．定义：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．产生条件：物体有向上的加速度．
3．运动状态：超重物体包括向上加速运动和向下减速运动两种运动情况．[再判断]
1．物体处于超重状态时，一定向上运动．(×)
2．物体处于超重状态时，可能向下运动．(√)
3．物体处于超重状态时，是指物体的重力增大了．(×)
[后思考]
“超重”是不是物体所受的重力增加了？
【提示】不是“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．[合作探讨]
如图3-6-1所示，在电梯的地板上放置一个质量为m的物体．
图3-6-1
探讨1：当电梯静止时，物体对电梯的压力为多少？
【提示】 压力为mg .
探讨2：当电梯加速上升时，压力会发生什么变化？
【提示】 压力变大
探讨3：超重状态物体一定向上运动吗？
【提示】 不一定，可能向下减速运动．
[核心点击]
1．实重与视重
(1)实重：物体实际所受重力．物体所受重力不会因为物体运动状态的改变而变化．
(2)视重：用弹簧测力计或台秤来测量物体重力时，弹簧测力计或台秤的示数叫做物体的视重．当物体与弹簧测力计保持静止或者匀速运动时，视重等于实重；当存在竖直方向的加速度时，视重不再等于实重．
2．产生超重的原因
当物体具有竖直向上的加速度a 时，支持物对物体的支持力(或悬绳的拉力)为F .由牛顿第二定律可得：F －mg ＝ma .所以F ＝m (g ＋a )>mg .由牛顿第三定律知，物体对支持物的压力(或对悬绳的拉力)F ′>mg .
3．超重的动力学特点
超重⎩⎨⎧⎭
⎬⎫向上加速运动向下减速运动加速度方向向上(或有向上的分量)．
如图3-6-2所示，轻质弹簧的上端固定在电梯的天花板上，弹簧下
端悬挂一个小铁球，在电梯运行时，乘客发现弹簧的伸长量比电梯静止时的伸长量大，这一现象表明( )
图3-6-2
A ．电梯一定是在上升
B ．电梯一定是在下降
C ．电梯的加速度方向一定是向下
D ．乘客一定处在超重状态
【解析】 电梯静止时，弹簧的拉力和小铁球的重力相等．现在，弹簧的伸
长量变大，则弹簧的拉力增大，小铁球受到的合力方向向上，加速度方向向上，小铁球处于超重状态．但是电梯的运动方向可能向上也可能向下，故选D.
【答案】 D
[迁移1]下列说法中正确的是()
A．只有正在向上运动的物体，才有可能处于超重状态
B．超重就是物体所受的重力增大
C．物体处于超重状态时，地球对它的引力变大
D．超重时物体所受的重力不变
【解析】只要物体加速度方向向上，物体就处于超重状态，物体也可能向下做减速运动，故A错误．超重时物体的重力不变，地球对物体的吸引力也不变，故B、C错误，D正确．
【答案】 D
[迁移2]质量是60 kg的人站在升降机中的体重计上，如图3-6-3所示，当升降机做下列各种运动时，体重计的读数是多少？(g取10 m/s2)
图3-6-3
(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；
【解析】以人为研究对象受力分析如图所示：
(1)匀速上升时a＝0，所以N－mg＝0
N＝mg＝600 N.
据牛顿第三定律知
N′＝N＝600 N.
(2)匀加速上升时，a向上，取向上为正方向，则
N－mg＝ma
N＝m(g＋a)＝60×(10＋4) N＝840 N
据牛顿第三定律知：
N′＝N＝840 N.
【答案】(1)600 N(2)840 N
对超重现象理解的两点技巧
1．物体处于超重状态时，实重(即所受重力)并不变，只是视重变了，视重比实重增加了ma；
2．决定物体超重的因素是物体具有向上的加速度，与速度无关，即物体可以向上加速运动，也可以向下减速运动．
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：物体有向下的加速度．
3．运动状态：失重物体包括向上减速运动和向下加速运动两种运动情况．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)产生完全失重现象的条件：当物体竖直向下的加速度等于重力加速度时，就产生完全失重现象．
[再判断]
1．只要物体向下运动，就会引起失重现象．(×)
2．物体在完全失重的条件下，对支持它的支撑面压力为零．(√)
3．物体完全失重时，不受重力作用．(×)
[后思考]
在完全失重的情况下，一切由重力产生的现象会消失，那么天平还能测出物体的质量吗？浸在水中的物体还受浮力吗？
【提示】不能．不会受到浮力．
[合作探讨]
找一个用过的易拉罐(或金属罐头盒、塑料瓶)，在靠近底部的侧面打一个孔，用手指按住孔，在里面装上水，如图3-6-4所示．
图3-6-4
探讨1：移开手指，会出现什么现象？
【提示】水会从小孔流出．
探讨2：如果让罐子自由下落，如图3-6-5，在下落过程中，上述现象有变化吗？这是为什么呢？
图3-6-5
【提示】水不再流出，因为自由下落过程中水处于完全失重状态．
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1．对失重现象的理解
(1)从力的角度看：失重时物体受到竖直悬绳(或测力计)的拉力或水平支撑面(或台秤)的支持力小于重力，好像重力变小了，正是由于这样，把这种现象定义为“失重”．
(2)从加速度的角度看：根据牛顿第二定律，处于失重状态的物体的加速度方向向下(a≤g，如图)，这是物体失重的条件，也是判断物体失重与否的依据．
图3-6-6
(3)从速度的角度看：只要加速度向下物体就处于失重状态，其速度可以向上也可以向下．常见的失重状态有两种：加速向下或减速向上运动．2．对完全失重的理解：物体处于完全失重状态(a＝g)时，重力全部产生加速度，不再产生压力(如图)，平常一切由重力产生的物理现象都会完全消失，如天平失效、浸在水中的物体不再受浮力、液柱不再产生压强等．
图3-6-7
(多选)在升降机内，一人站在磅秤上，发现自己的体重减轻了20%，则下列判断可能正确的是(g取10 m/s2) ()
【导学号：96332045】A．升降机以8 m/s2的加速度加速上升
B．升降机以2 m/s2的加速度加速下降
C．升降机以2 m/s2的加速度减速上升
D．升降机以8 m/s2的加速度减速下降
【解析】人发现体重减轻，说明人处于失重状态，加速度向下，由mg－N＝ma，N＝80%mg，故a＝0.2 g＝2 m/s2，方向向下．升降机可能加速下降，也可能减速上升，故B、C正确．
【答案】BC
[迁移3]如图3-6-8所示，A、B两物体叠放在一起，以相同的初速度上抛(不计空气阻力)．下列说法正确的是()
【导学号：96332046】
图3-6-8
A．在上升和下降过程中A对B的压力一定为零
B．上升过程中A对B的压力大于A物体受到的重力
C．下降过程中A对B的压力大于A物体受到的重力
D．在上升和下降过程中A对B的压力等于A物体受到的重力
【解析】以A、B作为整体，上升过程只受重力作用，所以系统的加速度为g，方向竖直向下，故系统处于完全失重状态，A、B之间无弹力作用，A正确，B错误．下降过程，A、B仍是处于完全失重状态，A、B之间也无弹力作用，C、D错误．
【答案】 A
[迁移4]一个质量50 kg的人站在升降机的地板上，升降机的顶部悬挂了一只弹簧测力计，弹簧测力计下面挂着一个质量m A＝5 kg的物体A，当升降机向上运动时，人看到弹簧测力计的示数为40 N，如图3-6-9所示，g取10 m/s2，求此时人对地板的压力．
图3-6-9
【解析】依题意可知，弹簧测力计读数为40 N，而物体A的重力G＝m A g
＝50 N，显然弹簧测力计的读数小于物体的重力，即视重小于实重，物体A处于失重状态．由于人和A以及升降机三者具有相同的加速度，因此人也处于失重状态．
以A为研究对象，受力分析如图甲所示．
由牛顿第二定律得
m A g－T＝m A a
甲乙
所以a＝m A g－T
m A＝
5×10－40
5m/s
2＝2 m/s2，方向向下，人的受力如图乙所
示．
由牛顿第二定律得
Mg－N＝Ma，
所以N＝Mg－Ma＝400 N
由牛顿第三定律可得，人对地板的压力为400 N，方向向下．
【答案】400 N，方向向下
对失重现象理解的两点注意：
1．处于完全失重状态的物体，并不是所受重力消失了，重力并不变，只是物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)等于零．
2．若物体不在竖直方向上运动，但只要其加速度在竖直方向上有分量，即a y≠0，即当a y的方向竖直向上时，物体处于超重状态；当a y的方向竖直向下时，物体处于失重状态．。