2018高中物理第四章牛顿运动定律4.8剖析超重和失重现象学案新人教版必修1.doc

剖析超重和失重现象

一、考点突破
知识点
考纲要求
题型
分值
牛顿运动定律的应用
应用牛顿第二定律解决问题
会解决超重和失重问题
选择题
解答题
6分

二、重难点提示
能够分辨超重和失重现象，会求接触面间的作用力的大小

一、产生原因：竖直方向上存在加速度（包括加速度的竖直分量）。
二、实质：不是重力变化了，而是重物对悬点的拉力或对支持物的压力发生了变化。
三、变化量：拉力或压力的变化大小为：ma，a为竖直方向加速度。
四、完全失重现象：重力只产生使物体具有a＝g的加速度效果，不再产生其他效果，如单摆停摆，天平失效，液体不再产生浮力等。
【核心突破】
超重、失重和完全失重比较

超重现象
失重现象
完全失重
概念
物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）大于物体所受重力的现象
物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）小于物体所受重力的现象
物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）等于零的现象
产生条件
物体的加速度方向竖直向上
物体的加速度方向竖直向下
物体的加速度方向竖直向下，大小a＝g
原理式
F－mg＝ma
mg－F＝ma
mg－F＝ma
F＝m（g＋a）
F＝m（g－a）
F＝0
视重
F>G
F<G
F=0
运动状态
加速上升或减速下降
加速下降或减速上升
以a＝g加速下降或减速上升
当物体挂在弹簧测力计下或放在水平台秤上时，弹簧测力计或台秤的示数称为视重。

例题1 在探究超重和失重规律时，某体重为G的同学站在一压力传感器上完成一次下蹲动作，传感器和计算机相连，经计算机处理后得到压力F随时间t变化的图象，则下列图象中可能正确的是 （　　）

思路分析：该同学下蹲过程中，速度从0开始增大，再到稳定后速度为0，经历了一个先加速后减速的过程，且速度方向一直向下。故其加速度方向先向下后向上，即为先失重后超重，反映在F-t图象上为F先小于G，后又大于G，故选项D正确。
答案：D
技巧点拨：通过本例题，希望同学们对下蹲过程的物理分析有一个详细的理解。

例题2 在升降电梯内的地板上放一体重计，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。在这段时间内下列说法中正确的是 （　　）

A. 晓敏同学所受的重力变小了
B. 晓敏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，方向一定竖直向下
思路分析：由题图知晓敏在这段时间内处于失重状态，是由于晓敏对体重计的压力变小了，而晓敏的重力没有改变，A选项错；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选项错；以竖直向下为正方向，有：mg－F＝ma，解得a＝，方向竖直向下，但其速度方向可能是竖直向上，也可能是竖直向下，也就是说电梯有可能加速下降，也可能减速上升。C选项错，D选项正确。
答案：D

例题3 举重运动员在地面上能举起120 kg的重物，而在运动着的升降机中却只能举起100 kg的重物，求：
（1）升降机运动的加速度；
（2）若在以2. 5 m/s2的加速度加速下降的升降机中，此运动员能举起质量多大的重物？（g取10 m/s2）
思路分析：（1）运动员的最大举力等于其在地面上能举起的物重。
（2）在超失重环境中，人的最大举力不变，但举起的重物可能小于或大于120 kg物体。
解：运动员在地面上能举起m0＝120 kg的重物，则运动员能发挥的向上的最大支撑力F＝m0g＝1 200 N。
（1）在运动着的升降机中只能举起m1＝100 kg的重物，可见该重物超重了，升降机应具有向上的加速度，设此加速度为a1，对物体由牛顿第二定律得：F－m1g＝m1a1，解得a1＝2 m/s2；
（2）当升降机以a2＝2.5 m/s2的加速度加速下降时，重物失重，设此时运动员能举起的重物质量为m2
对物体由牛顿第二定律得：m2g－F＝m2a2
解得：m2＝160 kg。
答案：（1）2 m/s2　（2）160 kg

【技巧点拨】超重和失重现象的判断“三”技巧
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，物体处于超重状态，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，向下的加速度为重力加速度时处于完全失重状态。
3. 从速度变化角度判断
（1）物体向上加速或向下减速时，超重；
（2）物体向下加速或向上减速时，失重。
【易错警示】
（1）物体的加速度有时不是竖直方向，但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。
（2）超重并不是重力增加了，失重并不是重力减小了，完全失重也不是重力完全消失了。在发生这些现象时，物体的重力依然存在，且不发生变化，只是物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）发生变化。
（3）在完全失重的状态下，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、液体柱不再产生压强等。
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