高中物理《超重与失重》导学案+课后练习题

第4节超重与失重

1．认识超重现象，理解产生超重现象的条件和实质。

2．认识失重现象，理解产生失重现象的条件和实质。

3．能用超重、失重的观点分析支持力或拉力的大小。

4．了解常见的超重、失重现象。

1.超重

(1)定义：物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)□01大于物体所受重力的现象。

(2)产生条件：物体具有□02向上的加速度。

2．失重

(1)定义：物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)□03小于物体所受重力的现象。

(2)产生条件：物体具有□04向下的加速度。

(3)完全失重

①定义：物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)□05等于0的现象。

②产生条件：a＝□06g，方向□07竖直向下。

想一想

向上运动就是超重状态，向下运动就是失重状态，这种说法正确吗？

提示：这种说法不正确。超重、失重现象的产生条件不是速度的方向向上或向下，而是加速度的方向向上或向下。加速度向上时，物体可能向上加速运动，也可能向下减速运动；加速度向下时，物体可能向下加速运动，也可能向上减速

运动。所以判断超重、失重现象要看加速度的方向，加速度向上时超重，加速度向下时失重。

判一判

(1)在地球表面附近，无论物体处于什么状态，物体对悬绳的拉力都与重力大小相等。()

(2)在水平面上做匀速直线运动的火车中，可以用弹簧秤测量物体的重力大小。()

(3)物体处于超重状态时重力增大了。()

(4)物体处于失重状态时重力减小了。()

(5)物体处于超重或失重状态时，物体的重力始终存在，大小也没有变化。()

(6)做自由落体运动的物体处于完全失重状态。()

提示：(1)×(2)√(3)×(4)×(5)√(6)√

课堂任务超重现象

对超重的分析

超重状态下，物体在竖直方向上的合力不为零。当物体在竖直方向上有向上的加速度a，悬挂物对物体的拉力(或支持物对物体的支持力)为F时，在竖直方向上，由牛顿第二定律有F－mg＝ma，F＝mg＋ma>mg，根据牛顿第三定律可得，物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)F′＝F>mg。

对应的运动状态有向上加速和向下减速。

例1一质量为m的人站在电梯中，电梯加速上升，加速度大小为1

3g，g为

重力加速度。人对电梯底部的压力为________，人处于________状态。

(1)如何求人对电梯的压力？

提示：根据牛顿第二定律求解电梯对人的支持力，再根据牛顿第三定律可知人对电梯的压力。

(2)怎样判断人的状态？

提示：根据加速度的方向。

[规范解答]人受到竖直向下的重力mg和电梯对人竖直向上的支持力N，以竖直向上为正方向，由牛顿第二定律得

N－mg＝ma，

其中加速度a＝1

3g，

故N＝4

3mg。

根据作用力与反作用力大小相等，人对电梯底部的压力N′＝N＝4

3mg。

因为人的加速度竖直向上，所以人处于超重状态。

[完美答案]4

3mg超重

根据牛顿运动定律、受力分析、运动学规律综合分析，是解决超重、失重问题的基本方法。

[变式训练1]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。

答案(1)600 N(2)840 N

解析(1)人匀速上升时，受力平衡，加速度为零，人受到体重计的支持力N1和自身的重力mg，故N1＝mg＝600 N，

体重计的示数即人对体重计的压力N1′，

由作用力与反作用力相等知N1′＝N1＝600 N。

(2)人匀加速上升时，加速度竖直向上，处于超重状态，受到重力mg和体重计的支持力N2，由牛顿第二定律得N2－mg＝ma，

代入数据，解得N2＝840 N，

由作用力与反作用力相等知，体重计的示数即人对体重计的压力N2′＝N2＝840 N。

课堂任务失重现象

1．对失重的分析

失重状态下，物体在竖直方向上的合力不为零。当物体在竖直方向上有向下的加速度a，悬挂物对物体的拉力(或支持物对物体的支持力)为F时，在竖直方向上，由牛顿第二定律有mg－F＝ma，F＝mg－ma

对应的运动状态有向下加速和向上减速。

当竖直向下的加速度为g或竖直向下的加速度分量为g时，对应的有自由落体运动、竖直上抛运动等。

在完全失重状态下，平常由重力产生的一切物理现象都会消失，比如单摆停止摆动、液体对器壁没有压强、浸在水中的物体不受浮力等；工作原理与重力有关的仪器也不能再使用，如天平、液体气压计等。

2．超重、失重现象的分析

3．对超重和失重的理解

(1)超重与失重现象仅仅是一种表象，无论是超重还是失重，物体所受的重力都没有变化。

(2)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。

(3)加速度的大小决定了超重或失重的程度。

(4)完全失重是失重现象的极限。完全失重时，与重力有关的一切现象都将消失。

(5)若物体不在竖直方向运动，而加速度在竖直方向有分量，即a y≠0，则当

a y竖直向上时物体处于超重状态，当a y竖直向下时物体处于失重状态。

例2有一根钢丝的最大拉力为100 N，在一个运动的电梯中，这根钢丝下悬挂了12 kg的物体恰好没有断，问电梯可能做怎样的运动？(取g＝10 m/s2)

(1)重力大于钢丝绳的最大拉力，物体处于超重还是失重状态？

提示：失重状态。

(2)这种状态下具有哪个方向的加速度？

提示：具有向下的加速度。

[规范解答]钢丝的拉力恰为100 N，物体一定处于失重状态，所以电梯具有向下的加速度。

对物体由牛顿第二定律得：F合＝mg－F＝ma，

解得：a≈1.67 m/s2。

电梯的运动情况有两种可能，一是以1.67 m/s2的加速度向下匀加速运动，二是以1.67 m/s2的加速度向上匀减速运动。

[完美答案]见规范解答

1．判断超重、失重状态的方法

物体究竟处于超重状态还是失重状态，可用三个方法判断：

(1)从受力的角度判断：当物体所受向上的拉力(或支持力)大于重力时处于超重状态，小于重力时处于失重状态，等于零时处于完全失重状态。

(2)从加速度的角度判断：当物体具有向上的加速度时处于超重状态，具有向下的加速度时处于失重状态，向下的加速度为g时处于完全失重状态。

(3)从运动的角度判断：当物体加速上升或减速下降时处于超重状态，当物体加速下降或减速上升时处于失重状态，当物体做自由落体运动时完全失重。

2．超重、失重问题的一般解决方法

与用牛顿运动定律分析“从运动到力”和“从力到运动”两大动力学问题的