第5课时超重与失重 课前自主学习 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 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 3 条件 当物体具有 的加速度时 物体处于超重状态 具有 的加速度时 物体处于失重状态 当物体的加速度等于 时物体好像完全不受了重力作用 即物体处于 状态 知识梳理 大于 小于 向上 向下 重力加速度 完全失重 二 完全失重物体对悬挂物的拉力 对支持物的压力 的状态 叫做完全失重状态 此时a 方向向下 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 等效重力加速度为 当电梯以加速度a加速下降时 等效重力加速度为 等于0 g g a g a 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 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 基础自测 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 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 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 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 FC 台秤Q的读数为mg 2FD 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 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maC 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 6 体重为70kg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91N 这架升降机的加速度的方向为 加速度的大小是 g取9 8m 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 5m s2 答案 竖直向下8 5m s2 课堂互动探究 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 对超重 失重的理解 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 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 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 对超重 失重的问题分析 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 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 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 例2 某人在地面上最多能举起m1 60kg的物体 在一个加速下降的电梯里最多能举起m2 80kg的物体 取g 10m 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 10N 600N 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 2 设电梯以加速度a 2 5m 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 答案 1 2 5m s2 2 48kg 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 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 答案 BC 例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 综合 拓展 提高 图5 5 4 2 若考虑空气阻力 系统在上升 下落过程中 B对A的压力又会怎样 解析 在运动过程中 A与B具有相同的加速度 用整体法分析可知 1 当不计空气阻力时 不管运动方向如何 物体只受重力 其加速度a1 g 方向竖直向下 故B球处于完全失重状态 B对A无压力 2 若考虑空气阻力 上升时整体加速度为 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 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 知能综合训练