高中物理 5.5 超重与失重 课件(沪科版必修1)

说明：(1)超重与失重现象仅仅是一种表象，只 是拉力(或压力)的增大或减小，物体的重力大小是不 变的． (2)物体处于超重状态时，不一定是向上加速运 动，也可能是向下减速运动；同理，物体处于失重 状态时，不一定向下加速运动，也可能是向上减速 运动．
(3)实重与视重 ①实重：物体实际所受的重力．物体所受重力 不会因物体运动状态的改变而变化． ②视重：当物体在竖直方向有加速度时(即ay≠0)， 物体对弹簧秤的拉力或对台秤的压力将不等于物体 的重力．此时弹簧秤或台秤的示数叫物体的视重．
2．下列现象中，哪些物体属于超重状态 ( ) A．物体处于加速上升的状态 B．物体处于加速下降的状态 C．物体处于减速上升的状态 D．物体处于减速下降的状态 解析：物体处于加速上升或减速下降的状态， 加速度的方向都是向上的，所以属于超重状态；物 体处于减速上升或加速下降的状态；加速度的方向 都是向下的，所以属于失重状态． 答案：AD
5．质量为m的物体放置在升降机内的台秤上， 升降机以加速度a在竖直方向上做匀变速直线运动， 若物体处于失重状态，则 ( ) A．升降机加速度方向竖直向下 B．台秤示数减少ma C．升降机一定向上运动 D．升降机一定做加速运动
解析：当物体的加速度向下时，物体处于失重 状态，反之当物体在竖直方向上运动且处于失重状 态时，加速度方向一定竖直向下，故A正确；对物 体进行受力分析，设物体受到台秤的支持力为N， 则mg－N＝ma，即N＝mg－ma，即台秤示数比静止 时减小ma，故B对；加速度方向与速度方向无必然 联系，故C、D均错． 答案：AB
3．某电梯中用细绳静止悬挂一重物，当电梯在 竖直方向运动时，突然发现绳子断了，由此判断此 时电梯的情况是 ( ) A．电梯一定是加速上升 B．电梯可能是减速上升 C．电梯可能匀速向上运动 D．电梯的加速度方向一定向上 解析：绳子拉力变大，加速度方向一定向上， 但速度方向可能向上，也可能向下． 答案：D
【例1】 下面关于超重与失重的判断正确的是 ( ) A．物体做变速运动时，必处于超重或失重状 态 B．物体向下运动时，必处于失重状态 C．做竖直上抛运动的物体，处于失重状态 D．物体向上做匀加速直线运动，处于失重状 态
解析：判断一个物体处于超重状态还是失重状 态，观察的不是物体的运动方向或运动状态，而是 物体运动的加速度方向，物体有竖直向上的加速度 时，处于超重状态，有竖直向下的加速度时，处于 失重状态． 答案：C 题后反思：超重和失重现象仅与加速度方向有 关，与速度大小和方向均无关．减速上升与加速下 降的加速度方向均竖直向下，均处于失重状态．
知识梳理
一、超重、失重 1．物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力) ____物体所受重力的现象，称为超重现象． 大于 2．物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力) ____物体所受重力的现象，称为失重现象． 小于 3．条件：当物体具有____ 向上的加速度时，物体 处于超重状态；具有____ 向下的加速度时，物体处于失 重力加速度时物体好 重状态，当物体的加速度等于__________ 完全失重状 像完全不受了重力作用，即物体处于________ 态．
6．体重为70 kg的人站在竖直起降的升降机内 的台秤上，当升降机开始运动时，台秤读数为91 N， 这架升降机的加速度的方向为________；加速度的 大小是________(g取9.8 m/s2)． 解析：由题中数据可知，人处于失重状态，加 速度方向竖直向下，可列牛顿第二定律的方程 mg－N＝ma，代入数据解得a＝8.5 m/s2. 答案：竖直向下 8.5 m/s2
解析：无论超重还是失重，只是测出的“重力” 即视重发生了变化，即物体间的相互作用发生了变 化，而物体受到的重力不变，A、D错误． 答3】 物体B放在真空容器A内， 且B略小于A.现将它们以初速度v0竖 直向上抛出，如图5－5－4所示．试 分析： (1)若不计空气阻力，系统在上 升、下落过程中，B对A的压力如何？ 图5－5－4
对超重、失重的问题分析
特征
状态 加速度
视重(F)与
重力关系
运动情况
受力图
平衡
a＝ 0
F＝mg
静止或匀速 直线运动
超重
向上
F＝m(g＋a) ＞mg
向上加速 向下减速
特征 状态
加速度
视重(F)与 重力关系
运动情况
受力图
失重
向下
F＝m(g－a) 向下加速
＜mg
向上减速 抛体，正
完全
失重
a＝ g
F＝0
常运行的 卫星
mA＋mBg＋f a1＝ ＞g mA＋mB
对B球的受力分析如图所示，则对B球有： N＝mBg－mBa2＜0，即A对B的压力方向向下， 由牛顿第三定律知，B对A的压力方向向上； 若考虑空气阻力，则整体在下降时的加速度为：
mA＋mBg－f a3＝ ＜g mA＋mB
同理对B球进行受力分析如图所示，N′＝mBg－ mBa3＞0，即A对B球的压力方向向上，由牛顿第三 定律知，B对A的压力方向向下． 答案：见解析
游乐园中，游客乘坐能加速或减速的升降机， 可以体会超重与失重的感觉．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
解析：当升降机加速上升时，加速度向上，游 客处在超重状态，A错误；当升降机减速下降时， 加速度向上，游客是处在超重状态，B正确；当升降 机减速上升时，加速度向下，游客是处在失重状态， C正确；当升降机加速下降时，加速度向下，游客 是处在失重状态，D错误． 答案：BC
第5课时 超重与失重
图5－5－1
如图5－5－1所示，小星家 住十八楼，每天上学，放学均要 乘垂直升降电梯上下楼，下楼时， 在电梯里，开始他觉得有种“飘 飘然”的感觉，背的书包也感觉 变“轻”了．快到底楼时，他觉得 自己有种“脚踏实地”的感觉，背 的书包也感觉变“重”了． 每次感觉跟这相似，这是什 么原因呢？
【例2】 某人在地面上最多能举起m1＝60 kg的 物体，在一个加速下降的电梯里最多能举起m2＝80 kg的物体，取g＝10 m/s2，求： (1)此电梯的加速度． (2)若电梯以(1)中加速度大小加速上升，则此人 在电梯中最多能举起多大质量的物体？
解析：人举物体时，其最大举力是 不变的，这是一个隐含条件，设最大举 力是F，则F＝m1g＝60×10 N＝600 N. (1)选在电梯中被举起的物体m2为研究对象，对 其受力分析如右图所示，应用牛顿第二定律得 m2g－F＝m2a，
m2g－F 80×10－600 则 a＝ ＝ m/s2 m2 80 ＝2.5 m/s2.
(2)设电梯以加速度a＝2.5 m/s2加速 上升时，人在电梯中能够举起物体的最 大质量为m3，以m3为研究对象，受力 分析如图所示，应用牛顿第二定律得 F－m3g＝m3a. F 600 则 m3 ＝ ＝ kg＝48 kg. g＋a 10＋2.5
4.如图5－5－3所示，质量 均为m的甲、乙两同学，分别静 止于水平地面的台秤P、Q上，他 们用手分别竖直牵拉一只弹簧秤 的两端，稳定后弹簧秤的示数为 F，若弹簧秤的质量不计，下列 说法正确的是 ( )
图5－5－3
A．甲同学处于超重状态，乙同学处于失重状 态 B．台秤P的读数等于mg－F C．台秤Q的读数为mg－2F D．两台秤的读数之和为2mg 解析：甲乙两同学都处于平衡状态，没有向上 或向下的加速度，不是超重状态，也不是失重状态， A不正确．由平衡条件知，台秤P的读数是mg＋F， 台秤Q的读数是mg－F，两个台秤的读数之和是2mg， D正确． 答案：D
二、完全失重 物体对悬挂物的拉力(对支持物的压力)_____ 等于0的 g ，方向向下． 状态，叫做完全失重状态．此时a＝__ 三、等效重力加速度 当你站在以加速度a加速上升的电梯中，等效重 g＋a 当电梯以加速度a加速下降时，等 力加速度为_____. g－a 效重力加速度为_____.
思考：物体处于超重和失重状态时，其重力是 否发生了变化？ 答案：其重力不变，因为地球对物体的吸引力 不变．
基础自测
1.姚明成为了NBA的一流中 锋，(如图5－5－2)给中国人争得 了更多的荣誉和更多的尊敬，让 更多的中国人爱上篮球这项运 动．姚明某次跳起过程可分为下 蹲，蹬地，离地上升，下落四个 过程，下列关于蹬地和离地上升 两过程的说法中正确的是(设蹬地 的力为恒力) ( )
图5－5－2
A．两个过程中姚明都处在超重状态 B．两过程中姚明都处在失重状态 C．前过程为超重，后过程不超重也不失重 D．前过程为超重，后过程为完全失重 解析：用力蹬地获得一个向上的大于重力的支 持力，故蹬地过程是一个向上加速的过程，是超重 现象；空中上升过程中受重力作用，有向下的加速 度g，是完全失重现象，所以D项正确． 答案：D
对超重、失重的理解
1．产生超重的原因 当物体具有向上的加速度a(向上加速或向下减速 运动)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.
2．产生失重的原因 当物体具有向下的加速度a(向下加速或向上减 速运动)时，支持物对物体的支持力(或悬绳对物体的 拉力)为F.由牛顿第二定律可知mg－F＝ma 所以F＝m(g－a)＜mg 由牛顿第三定律可知，物体对支持物的压力(或 对悬绳的拉力)F′＜mg. 当物体具有向下的加速度a＝g时，则F′＝0，物 体处于完全失重状态．
答案：(1)2.5 m/s2
(2)48 kg
题后反思：解决在升降机中举物体这类问题时， 一定要注意在列牛顿第二定律方程时，确定哪一个 物体对研究对象，我们一般选取在升降机中被举起 的物体为研究对象，对其进行受力分析画出受力图， 然后根据牛顿第二定律列方程求解．
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，是指物体的重力 增大了 B．物体处于失重状态时，是指物体的“视重” 减小了 C．物体在完全失重的条件下，对支持它的 支承面压力为零 D．物体处于完全失重时，地球对它的引力 消失了