高中物理必修第一册(人教版)学生用书-第四章-6-超重和失重.doc

6.超重和失重
新课程标准
通过实验，认识超重和失重

核心素养目标
物理观念
通过学习超重、失重，了解运动和力之间的关系．
科学思维
建立超重、失重模型，推出弹力与重力之间的关系．
科学探究
了解重力测量方法，探究超重、失重现象．
科学态度
与责任
通过坐电梯等各种活动，结合生活体验理解超重和失重，形成探索自然的驱动力．
必备知识·自主学习——突出基础性　素养夯基
一、重力的测量
　方法一：利用牛顿第二定律，先测量物体做自由落体运动的加速度g，再用天平测量物体的________，利用牛顿第二定律可得：G＝________．
　方法二：利用力的平衡条件对重力进行测量．将待测物体悬挂或放置在________上，使它处于静止状态．这时物体所受的重力和测力计对物体的拉力或支持力的大小________，测力计的示数反映了物体所受的重力大小．
【提升】　实重是物体实际所受的重力，物体所受的重力不会因物体运动状态的变化而变化．
二、超重和失重
1．视重：体重计的________称为视重，反映了人对体重计的________．
2．失重
(1)定义：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，叫作失重现象．
(2)产生条件：物体具有________的加速度．
3．超重
(1)定义：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，叫作超重现象．
(2)产生条件：物体具有________的加速度．
4．完全失重
(1)定义：物体对支持物(或悬挂物)完全没有作用力，这种现象被叫作完全失重状态．
(2)产生条件：加速度a＝____，方向________．
【情境思考】 如图所示为运动员跳高时的精彩瞬间．

思考：运动员在下降过程中处于超重还是失重？
答：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

关键能力·合作探究——突出综合性　素养形成
探究点一　超重和失重的理解
归纳总结
1.物体处于超重和失重状态时，物体的重力并未变化，只是视重发生了变化．
2．超重或失重只取决于加速度的方向，与物体的速度大小、方向均无关．
3．物体可能不沿竖直方向运动，但只要其加速度在竖直方向上有分量ay(ay≠0)，则当ay方向竖直向上时，物体就处于超重状态；当ay方向竖直向下时，物体就处于失重状态．
4．在完全失重状态下，一切由重力引起的现象都会消失．
典例示范
例1 关于超重和失重，下列说法中正确的是 (　　)
A．在加速上升的升降机中，一物体悬挂在弹簧测力计的下面，则弹簧测力计的示数大于物体的重力
B.处于超重状态的物体受到的重力变大
C．在减速上升的升降机中，物体受到的重力变小
D．对地静止的悬浮在空中的气球处于完全失重状态

超重和失重现象判断的两个方法
(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0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．

针对训练1　下列关于超重和失重的说法中，正确的是 (　　)
A．物体处于超重状态时，其重力增加了
B．物体处于完全失重状态时，其重力为零
C．物体处于超重或失重状态时，其惯性比物体处于静止状态时增加或减小了
D．物体处于超重或失重状态时，其质量及受到的重力都没有变化
针对训练2　

“蹦极”是一项非常刺激的体育运动，某人身系弹性绳自高空P点自由下落，图中a点是弹性绳的原长度位置，c是人所到达的最低点，b是人静止地悬吊着时的平衡位置．人在从P点下落到最低点c点的过程中(　　)
A.人在a点时速度最大
B．人在ab段做加速度增大的加速运动，处于失重状态
C.在bc段绳的拉力大于人的重力，人处于超重状态
D.在c点，人的速度为零，处于平衡状态
探究点二　用牛顿运动定律分析超重和失重现象
归纳总结
应用牛顿第二定律解决超重和失重的方法
(1)物体超重与运动状态的关系

(2)物体失重与运动状态的关系

典例示范

例2 (多选)如图所示，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球，电梯中有质量为50 kg的乘客．在电梯运行时乘客发现轻质弹簧的伸长量始终是电梯静止时伸长量的五分之六．已知重力加速度g＝10m/s2，由此可判断(　　)
A．乘客处于失重状态
B．电梯可能减速下降，加速度大小为2 m/s2
C．电梯可能加速上升，加速度大小为2 m/s2
D．乘客对电梯地板的压力为625 N

求解超重与失重问题的基本思路
超重和失重问题实质上就是牛顿第二定律应用的延续，解题时仍应抓住加速度这个关键量．具体方法是：
(1)分析物体运动的加速度方向；
(2)判断物体处于超重(或失重)状态；
(3)分析其受力，利用牛顿第二定律分析和求解．
针对训练3　某人在地面上最多可举起50 kg的物体，某时刻他在竖直向上运动的电梯中最多举起了60 kg的物体，据此判断此电梯加速度的大小和方向为(g取10 m/s2)(　　)
A．2 m/s2，方向竖直向上
B．53 m/s2，方向竖直向上
C．2 m/s2，方向竖直向下
D．53 m/s2，方向竖直向下

针对训练4　一质量为60 kg的人站在观光电梯底板上，如图所示的v ­ t图像是计算机显示的观光电梯在某一段时间内速度变化的情况(竖直向上为正方向)．根据图像提供的信息，可以判断下列说法中正确的是(g取10 m/s2)(　　)
A．在5～10 s内，该人对电梯底板的压力等于500 N
B.在0～5 s内，观光电梯在加速上升，该人所受的支持力为624 N，处于超重状态
C．在10～20 s内，该人所受的支持力为490 N，处于失重状态
D．在20～25 s内，该人所受的支持力为490 N，处于超重状态
评价检测·素养达标——突出创新性　素养达标
1.[2022·福建福安月考]无人机广泛应用于军事、科技、生产生活等领域．某架无人机从地面起飞，执行任务后返回地面，无人机在空中处于失重状态的是(　　)
A．匀速上升过程 B．匀速下降过程
C．加速上升过程 D．加速下降过程
2.

[2022·甘肃天水高一联考]运动员原地纵跳可分为快速下蹲和蹬伸向上两个过程，若运动员的重力为G，对地面的压力为F，下列叙述正确的是 (　　)
A．下蹲过程的减速阶段，F
4．如图所示，在升降电梯的地板上放一体重计，电梯静止时，某同学站在体重计上，体重计示数为50.0 kg.若电梯运行中的某一段时间内，该同学发现体重计示数变为40.0 kg，则在这段时间内(重力加速度为g)(　　)

A.该同学所受的重力变小了
B．电梯一定在竖直向下运动
C．该同学对体重计的压力小于体重计对她的支持力
D．电梯的加速度大小为0.2 g，方向一定竖直向下
5．如图所示，甲图是某人站在力传感器上做下蹲—起跳动作的示意图，甲图中的“●”表示人的重心，乙图是根据力传感器画出的压力F随时间t变化的图线．乙图中a、d、f、g各点数据分别与甲图中人的a、d、f、g状态相对应，其余点对应状态没有在甲图中画出．乙图中a、c、e、i点对应的纵坐标均为600 N.根据这两个图所给出的信息，下列说法中正确的是(　　)

A．人的重力为600 N
B．乙图中b时刻，人处于超重状态
C．乙图中d时刻，人处于失重状态
D．乙图中i点时刻，人的重心的速度为零

6．超重和失重
必备知识·自主学习
一、
质量　mg　测力计　相等
二、
1．示数　压力
2．(2)竖直向下
3．(2)竖直向上
4．(2)g　竖直向下
情境思考：提示：失重
关键能力·合作探究
探究点一
【例1】　【解析】　A对：加速上升的升降机，加速度方向向上，其中的物体处于超重状态弹簧测力计的示数大于物体的重力．B错：物体的重力不会随着物体的运动状态的变化而变化，处于超重状态的物体所受的重力不变．C错：在减速上升的升降机中，物体处于失重状态，但物体所受的重力不变．D错：悬浮在空中的气球，处于平衡状态，加速度为零，并非处于完全失重状态．
【答案】　A
针对训练1　解析：不管物体处于超重还是失重状态，物体所受的重力都不变．故选项D正确．
答案：D
针对训练2　解析：A错：人下落至b处，拉力等于重力，加速度为零，获得最大速度．B错：在ab段绳的拉力小于人的重力，加速度向下，并且下降过程中弹性绳的拉力逐渐变大，加速度减小，人处于失重状态．C对：在bc段绳的拉力大于人的重力，加速度向上，人处于超重状态．D错：在c点，人的速度为零，但是弹力大于重力，不是处于平衡状态．
答案：C
探究点二
【例2】　【解析】　电梯静止不动时，小球受力平衡，有mg＝kx，电梯运行时弹簧的伸长量比电梯静止时大，说明弹力变大了，根据牛顿第二定律，有65kx－mg＝ma，解得a＝2m/s2，方向竖直向上，电梯可能加速上升或减速下降，乘客处于超重状态，故B、C符合题意，A不符合题意；以乘客为研究对象，根据牛顿第二定律可得FN－Mg＝Ma，解得FN＝600 N，由牛顿第三定律可知乘客对电梯地板的压力大小为600 N，故D不符合题意．
【答案】　BC
针对训练3　解析：由题意知某时刻某人在竖直向上运动的电梯中最多举起了60 kg的物体，可知物体处于失重状态，此人最大的举力为F＝mg＝50×10 N＝500 N．则由牛顿第二定律，得m′g－F＝m′a，解得a＝m'g-Fm'＝60×10-50060 m/s2＝53 m/s2，方向竖直向下．
答案：D
针对训练4　解析：A错：在5～10 s内，由图像知电梯匀速运动，该人对电梯底板的压力等于他所受的重力，为600 N．B对：在0～5 s内，由图像知，此时加速度为
a＝ΔvΔt＝25 m/s2＝0.4 m/s2，
据牛顿第二定律得F－mg＝ma，
解得F＝624 N.
电梯的加速度方向竖直向上，人处于超重状态．
C错：在10～20 s内，该人匀减速上升，加速度方向竖直向下，该人处于失重状态，由图像知，此时加速度大小为0.2 m/s2，据牛顿第二定律得mg－F＝ma2，
解得F＝588 N.
D错：在20～25 s内，观光电梯在加速下降，电梯的加速度方向竖直向下，此时人处于失重状态．
答案：B
评价检测·素养达标
1．解析：当无人机有向下的加速度时处于失重状态，可能加速下降或减速上升．
答案：D
2．解析：下蹲过程的减速阶段，加速度向上是超重，加速阶段，加速度向下是失重。蹬伸过程的加速阶段，加速度向上是超重；减速阶段，加速度向下是失重．
答案：B
3．解析：木块突然被推动，表明木块所受摩擦力变小了，也表明木块与电梯地板之间的弹力变小了，重力大于弹力，其合力方向竖直向下，木块处于失重状态，电梯可能加速下降或者减速上升．
答案：AC
4．解析：FN＜mg，该同学处于失重状态，但不能判定她的运动方向，在发生超重、失重时，重力不变，作用力与反作用力大小始终相等．故选项D正确．
答案：D
5．解析：由图及题意可知a时刻时，人受到的重力与支持力相等，为600 N，A正确；由图可知b时刻时人对传感器的压力小于重力，处于失重状态，故B错误；由图可知d时刻时人对传感器的压力大于重力，处于超重状态，故C错误；根据图像可知，i时刻人的重心处于下落过程中，此时重力与支持力相等，由于重心在下落过程中先做加速度减小的加速运动，再做减速运动，重力等于支持力时速度最大，故此时人的重心的速度最大，故D错误．
答案：A