超重与失重-课件ppt

【典例示范】 质量m=60kg的小张同学站在直升梯内的体重计上，当 直升梯从1楼升到20楼的过程中，体重计的示数分别为 下列示数时，直升梯做什么运动？（g=10m/s2） （1）示数为F=600N时。 （2）示数为F=720N时。 （3）示数为F=480N时。
【解析】 体重计的示数是人对体重计的压力，根据牛顿第三定律 可知，体重计对人的支持力等于体重计的示数，人站在 直升梯内的体重计上，受到重力和支持力，规定向上为 正： （1）当体重计的示数F=600N时，体重计对人的支持力 F=600N，人所受合力F合=F-mg=0，根据牛顿第二定律可 知，人的加速度为零，故直升梯向上做匀速直线运动；
【母题追问】 1.若【典例示范】直升梯中用细绳悬挂一重物，当直 升梯在竖直方向运动时，突然发现绳子断了，由此判 断此时直升梯的情况是（ ） A.直升梯一定是加速上升 B.直升梯可能是减速上升 C.直升梯可能匀速向上运动 D.直升梯的加速度方向一定向上
【解析】选D。由于绳子突然断了，说明绳子拉力一定 变大了，由此可知，直升梯一定有方向向上的加速度， 但直升梯并不一定向上运动，故A错误，D正确；直升梯 减速上升时加速度向下，B错误；直升梯匀速上升，绳 子不可能断，C错误。
2.如果该同学要在与【典例示范】同样的直升梯内， 当直升梯做以下运动时，体重计的读数是多少？处于 什么状态？（取g=10m/s2）（科学思维） （1）直升梯以3m/s2的加速度匀加速上升时。 （2）直升梯以4m/s2的加速度匀加速下降。
【解析】（1）当直升梯以3m/s2的加速度匀加速上升时， 根据牛顿第二定律可得FN-mg=ma，FN=mg+ma=780N，由牛 顿第三定律可知，此时体重计示数为780N，大于实重， 故处于超重状态。 （2）当直升梯以4m/s2的加速度匀加速下降时，由牛顿第 二定律可得mg-FN=ma，FN=mg-ma=360N，此时体重计的示 数小于实重，故处于失重状态。 答案：（1）780N，超重状态 （2）360N，失重状态
【典例示范】 在升降的电梯内的水平地面上放一体重计，电梯静止时， 小吴同学站在体重计上，体重计的示数为60kg，电梯运动 时，某一段时间小吴同学发现体重计的示数为72kg，在这 段时间内，下列说法正确的是（ ） A.小吴同学所受的重力变大了 B.小吴同学对体重计的压力大于体重计对他的支持力 C.电梯的加速度的方向一定竖直向上 D.电梯的运动方向一定竖直向上
【思考·讨论】 情境：处于直升梯内台秤上的物体，台秤称量的重力大于物体实 际的重力，直升梯一定向上运动吗？ 讨论：（1）台秤称量“重力”大于物体实际重力，说明物体处于 什么状态？加速度方向向哪？（科学探究） 提示：物体处于超重状态，加速度的方向向上。 （2）能确定直升梯的运动方向吗？（科学探究） 提示：不能，只知道加速度方向向上，直升梯可能向 上加速也可能向下减速。
二、超重和失重现象的比较和应用 1.超重、失重的比较：
项目 状态
加速度
视重（F） 与
重力的关系
运动情况
受力图
平衡 a=0
F=mg
静止或匀速 直线运动
项目 状态
加速度
视重（F） 与
重力的关系
运动情况
受力图
超重
向上
F=m（g+a） 向上加速或
>mg
向下减速
失重
向下
F=m（g-a） 向下加速
<mg
或向上减速
超重与失重
一、超重现象 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：物体具有_竖__直__向__上__的加速度。 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__。
2.在【典例示范】的情境下，小吴举起了质量为m的物体，如果
在地面上，小吴最多可以举起物体的质量为M，则m和M的关系是
（）
A.m=M
B.m>M
C.m<M
D.无法确定
【解析】选C。由题意可知，扶梯的加速度方向向上，分析扶梯
上物体，小吴施加给物体的力F>mg，在地面上，物体处于平衡
状态，小吴施加给物体的力等于物体的重力，即F=Mg，对于同
年轻人的最大举力F是不变的。当升降机加速上升时，
重物处于超重状态，F=m（g+a），当升降机减速上升
时，重物处于失重状态，F=m′（g-a），联立以上两式
得m′=
m（g g
a
a），
其中a=2m/s2，代入数据解得m′=
75kg。故C正确，A、B、D错误。
【拓展例题】考查内容：超重、失重状态下的浮力问题 【典例】如图所示，两台秤上各放装有水的容器甲和乙，水中各 有一小球通过细线分别牵拉在容器的底部和悬挂在容器的盖板上 静止不动，此时两台秤的示数分别为N甲和N乙。当细线断开后， 甲容器内小球上浮，乙容器内小球下沉，设两小球分别上浮和下 沉的过程中，两台秤的示数分别为N′甲和N′乙，则（ ） A.N′甲>N甲，N′乙>N乙 B.N′甲<N甲，N′乙<N乙 C.N′甲<N甲，N′乙>N乙 D.N′甲>N甲，N′乙<N乙
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。
一、认识超重和失重 1.超、失重的本质： 超、失重是一种现象，并非物体的实际重力发生变化， 而是物体对弹簧测力计的拉力或对台秤的压力大于或小 于真实重力的一种现象。
【补偿训练】 一个年轻人在以加速度为a=2m/s2加速上升的升降机里 最多能举起质量为m=50kg的重物，问当升降机以同样 的加速度减速上升时，该年轻人最多能举起的重物的 质量m′为（g取10m/s2）（ ） A.50kg B.100kg C.75kg D.125kg
【解析】选C。不论升降机加速上升还是减速上升，该
【正确解答】选B。由于甲中小球上升，把与小球同体积的水设
为一个“水球”，“水球”必然下降，小球处于超重状态，“水
球”处于失重状态，小球和“水球”的加速度大小相等，小球超 重部分为m球a，“水球”失重部分为m水a。由于m水>m球，故整体处 于失重状态，台秤示数减小量为ΔF=m水a-m球a=（m水-m球）a，故 N′甲<N甲。同理，乙中小球下降，“水球”上升，二者加速度大 小相等，小球失重部分为m球a，“水球”超重部分为m水a。由于m 球>m水，故整体失重，乙台秤示数减少量为ΔF=m球a-m水a=（m球-m 水）a，故N′乙<N乙。选项B正确。
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【解析】选A、B、D。以小吴为研究对象，加速时，小 吴处于超重状态，竖直方向上，支持力大于重力，两者 合力竖直向上，A正确；无论扶梯加速还是匀速运动， 支持力均垂直于接触面指向小吴，B正确；当扶梯缓慢 加速时，扶梯对小吴摩擦力水平向右，对小吴支持力竖 直向上，此二力的合力指向右上方，匀速时，对小吴没 有摩擦力，对小吴仅有竖直向上的支持力，故C错误，D 正确。
【母题追问】 1.（多选）如果小吴同学将【典例示范】中的情境换到了如图所 示的倾斜的电动扶梯，他站在扶梯上，经历了扶梯由静止经缓慢 加速再到匀速运动的过程，则在这两个过程中，下列说法中正确 的是（ ） A.加速时小吴所受重力与支持力的合力方向 是竖直向上 B.扶梯对小吴的支持力方向始终是竖直向上 C.扶梯对小吴的摩擦力方向始终指向右上方 D.扶梯对小吴的作用力的方向先指向右上方，再竖直向上
2.超、失重的特点： （1）无论超重、失重或完全失重，物体的重力都不变。 （2）在完全失重状态下，一切由重力产生的现象都会完 全消失。
3.超、失重与运动的关系：物体是否处于超重或失重状 态，不在于物体向上运动还是向下运动，而在于物体的 加速度方向，只要其加速度在竖直方向上有分量，物体 就会处于超重或失重状态。
【规律方法】判断超、失重的方法 （1）从受力角度： 超重：物体所受向上的拉力（或支持力）大于重力； 失重：物体所受向上的拉力（或支持力）小于重力； 完全失重：物体所受向上的拉力（或支持力）为零。
（2）从加速度的角度： 超重时，物体具有竖直向上的加速度； 失重时，物体具有竖直向下的加速度； 完全失重时，物体具有竖直向下的加速度，且加速度 的大小等于重力加速度。
【课堂回眸】
谢谢
一个人，能够输出的力是确定的，即m<M，故选C。
【补偿训练】 （多选）站在电梯上的人，当电梯竖直减速下降时， 下面说法中正确的是（ ） A.电梯对人的支持力小于人对电梯的压力 B.电梯对人的支持力大于人对电梯的压力 C.电梯对人的支持力等于人对电梯的压力 D.电梯对人的支持力大于人的重力
【解析】选C、D。减速下降时，加速度向上，人处于超 重状态，所以电梯对人的支持力大于人受到的重力，而 人对电梯的压力和电梯对人的支持力是相互作用力，大 小必定相等，故A、B错误，C、D正确。
项目 状态
加速度
视重（F） 与
重力的关系
运动情况
抛体运动、
完全 向下， 失重 a=g
F=0
自由落体运 动、卫星的
运动等
受力图
2.超重和失重的应用： （1）由运动情况可以判断物体运动的加速度方向，再 由加速度方向可以判断物体处于超重或失重状态，进 而可判断物体的视重与实重的大小关系。 （2）由物体视重和实重的大小关系可以判断物体处于 超重或失重状态，由超重和失重判断物体的加速度大 小和方向，由加速度可以判断物体的运动情况。
【解析】选C。在地球表面同一纬度重力与人的运动情 况和是否受到其他力的作用无关，选项A错误；根据牛 顿第三定律，压力和支持力是一对作用力和反作用力， 选项B错误；体重计的示数72kg大于60kg，说明合力方 向向上，根据牛顿第二定律可得加速度方向向上，选项 C正确；加速度向上，电梯可能加速上升，也可能减速 下降，选项D错误。
（2）当体重计的示数F=720N时，体重计对人的支持力 F=720N，人所受合力F合=F-mg=120N，根据牛顿第二定律 可知a=2m/s2，故直升梯向上做加速度大小为2m/s2的匀 加速直线运动；
（3）当体重计的示数F=480N时，体重计对人的支持力 F=480N，人所受合力F合=F-mg=-120N，根据牛顿第二定 律可知a=-2m/s2，故直升梯向上做加速度大小为2m/s2 的匀减速直线运动。 答案：（1）匀速直线运动 （2）向上做加速度大小为 2m/s2的匀加速直线运动 （3）向上做加速度大小为2m/s2的匀减速直线运动