5 5.5 5超重与失重超重与失重自主阅读自我检测一、超重现象1.定义物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)大于物体重力的现象。2.产生条件物体具有向上的加速度。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)小于物体重力的现象。2.产生条件物体具有向下的加速度。3.完全失重(1)定义:当物体以大小等于g的加速度竖直下落时,它对悬挂物或支持物完全为零的状态。(2)产生条件:a=g,方向竖直向下。自主阅读自我检测4.有人说:“物体超重时重力变大了,失重时重力变小了,完全失重时重力消失了。”对吗?为什么?提示:不对。超重是物体对悬挂物的拉力(或支持物的压力)大于物体所受重力的现象,物体本身的重力并没有变化。同理,失重和完全失重时重力也没有变化。自主阅读自我检测1.正误辨析(1)失重时物体的重力小于mg。()(2)加速度大小等于g的物体处于完全失重状态。()(3)加速上升的物体处于超重状态。()(4)减速上升的升降机内的物体,物体对地板的压力大于重力。()(5)根据物体处于超重或失重状态,可以判断物体运动的速度方向。()答案:(1)(2)(3)(4)(5)自主阅读自我检测2.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自主阅读自我检测3.太空是一个微重力、高真空、强辐射的环境,人类可以利用这样的天然实验室制造出没有内部缺陷的晶体,生产出能承受强大拉力的细如蚕丝的金属丝。假如未来的某天你乘坐飞船进行“微重力的体验”行动,飞船由6000m的高空静止下落,可以获得持续25s之久的失重状态,你在这段时间里可以进行关于微重力影响的实验。已知下落的过程中飞船受到的空气阻力为重力的0.04倍,重力加速度g取10m/s2,试求:(1)飞船在失重状态下的加速度大小。(2)飞船在微重力状态中下落的距离。自主阅读自我检测解析:(1)设飞船在失重状态下的加速度为a,由牛顿第二定律得mg-f=ma又f=0.04mg即mg-0.04mg=ma解得a=9.6m/s2。答案:(1)9.6m/s2(2)3000m知识点一知识点二对超重与失重的理解对超重与失重的理解问题导引在空饮料瓶四周钻几个小孔,盛满水后,让盛满水的饮料瓶自由下落,那么饮料瓶在下落过程中可能出现的是哪一种情景(如图所示)?为什么?要点提示:A种情景。装满水的饮料瓶在下落过程中,只受重力作用,故向下落的加速度等于g,发生完全失重现象,在完全失重的状态下,水不产生压力,因此水不会漏出。知识点一知识点二知识归纳一、实重与视重1.实重:物体实际所受重力。物体所受重力不会因为物体运动状态的改变而变化。2.视重:用弹簧测力计或台秤来测量物体重力时,弹簧测力计或台秤的示数叫做物体的视重。当物体与弹簧测力计保持静止或者匀速运动时,视重等于实重;当存在竖直方向的加速度时,视重不再等于实重。知识点一知识点二二、对超重与失重的分析 知识点一知识点二典例剖析【例1】下列说法正确的是()A.体操运动员双手握住单杠吊在空中不动时处于失重状态B.蹦床运动员在空中上升和下落过程中都处于失重状态C.举重运动员在举起杠铃后不动的那段时间内处于超重状态D.游泳运动员仰卧在水面静止不动时处于失重状态解析:当加速度方向竖直向下时,物体处于失重状态;当加速度方向竖直向上时,物体处于超重状态,蹦床运动员在空中上升和下降的过程中加速度方向均竖直向下,且a=g,为完全失重状态,所以B正确。而A、C、D中运动员均为平衡状态,F=mg,既不超重也不失重。答案:B知识点一知识点二规律方法判断超重和失重现象的方法物体处于超重状态,还是失重状态,取决于加速度的方向,而不是速度的方向。只要加速度有竖直向上的分量,物体就处于超重状态;只要加速度有竖直向下的分量,物体就处于失重状态。知识点一知识点二变式训练变式训练1下列关于超重与失重的说法正确的是()A.人造卫星向上发射时处于失重状态B.在超重现象中,物体的重力是增大的C.处于完全失重状态的物体,其重力一定为零D.如果物体处于失重状态,它必然有竖直向下的加速度解析:失重是指弹力小于重力,合力竖直向下的情形,即加速度方向向下,故D正确;A项人造卫星向上发射时加速度方向向上,属于超重状态。答案:D知识点一知识点二超重与失重的计算超重与失重的计算问题导引如图所示,小星家住18楼,每天上学、放学均要乘垂直升降电梯上下楼。下楼时,在电梯里,开始他觉得有种“飘飘然”的感觉,背的书包也感觉变“轻”了。快到底楼时,他觉得自己有种“脚踏实地”的感觉,背的书包也感觉变“重”了。每次感觉都跟这相似,这是什么原因呢?提示:下楼开始时,人和书包处于失重状态;电梯快停止时,加速度向上,人和书包处于超重状态。知识点一知识点二知识归纳超重和失重问题实质上就是牛顿第二定律应用的延续,解题时应抓住联系力和运动的桥梁加速度。其基本思路如下:(1)确定研究对象;(2)把研究对象从物体系中隔离出来,分析受力并画出受力图;(3)选取正方向,分析物体的运动情况,确定加速度方向;(4)根据牛顿第二定律和运动学公式列方程;(5)解方程,找出所需求的结果。知识点一知识点二典例剖析【例2】一质量为m=40kg的小孩在电梯内的体重计上,电梯从t=0时刻由静止开始上升,在0到6s内体重计示数F的变化如图所示。试问:在这段时间内电梯上升的高度是多少?(重力加速度g取10m/s2)知识点一知识点二解析:由题图可知,在t=0到t1=2s的时间内,体重计的示数440N大于mg,故电梯应做向上的加速运动。设这段时间内体重计作用于小孩的力为F1,电梯及小孩的加速度为a1,根据牛顿第二定律,得:F1-mg=ma1在t1=2s到t2=5s的时间内,体重计的示数等于mg,故电梯应匀速上升运动,速度为t1时刻电梯的速度,即v1=a1t1=12m/s=2m/s。在这段时间内电梯上升的高度s2=v1(t2-t1)=2(5-2)m=6m知识点一知识点二在t2=5s到t3=6s的时间内,体重计的示数为320N小于mg,故电梯应做减速上升运动。设这段时间内体重计作用于小孩的力为F2,电梯及小孩的加速度为a2,由牛顿第二定律得:F2-mg=ma2电梯上升的总高度s=s1+s2+s3=(2+6+1)m=9m。答案:9m知识点一知识点二规律方法此题是牛顿第二定律与运动学规律在超重、失重现象中的应用,充分利用图像中提供的信息,把握加速度的桥梁作用是解题的关键。知识点一知识点二变式训练变式训练2(多选)在升降机中,一个人站在磅秤上,发现自己的体重减轻了20%,于是他作出下列判断,其中正确的是()A.升降机以0.8g的加速度加速上升B.升降机以0.2g的加速度加速下降C.升降机以0.2g的加速度减速上升D.升降机以0.8g的加速度减速下降解析:A、D项的加速度a=0.8g,方向竖直向上,由牛顿第二定律有F-mg=ma得F=1.8mg,其中F为人的视重,即人此时处于超重状态,A、D错误。B、C项的加速度a=0.2g,方向竖直向下,根据牛顿第二定律有mg-F=ma,得F=0.8mg,人的视重比实际重力小 100%=20%,B、C正确。答案:BC12341.下面关于失重和超重的说法,正确的是()A.物体处于失重状态时,所受重力减小;处于超重状态时,所受重力增大B.在电梯上出现失重现象时,电梯必定处于下降过程C.在电梯上出现超重现象时,电梯有可能处于下降过程D.只要物体运动的加速度方向向上,物体必定处于失重状态解析:加速度方向向下,物体处于失重状态,加速度方向向上,物体处于超重状态,超重和失重并非物体的重力增大或减小,而是使悬绳(或支持面)的弹力增大或减小,故A、D均错。电梯加速向上运动时,物体处于超重状态,电梯减速下降时,物体也处于超重状态,电梯减速上升时,物体处于失重状态,故B错误,C正确。答案:C12342.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:由于绳子突然断了,说明绳子拉力一定变大了,由此可知,电梯一定有方向向上的加速度,但电梯并不一定向上运动,故A错误,D正确;电梯减速上升加速度向下,B错误;电梯匀速上升,绳子不可能断,C错误。答案:D12343.(多选)以加速度a匀加速上升的电梯中,有一个质量为m的木箱,则下列说法正确的是()A.此箱对地球的引力为m(g+a)B.此箱对电梯的压力为m(g+a)C.此箱受到的重力为m(g+a)D.此箱的视重为m(g+a)解析:木箱与电梯具有相同的加速度a,木箱所受合力为电梯的支持力与重力的合力,即N-mg=ma,故电梯对木箱的支持力为N=m(g+a)。木箱处于超重状态,木箱的视重为m(g+a),但木箱受到的重力不变,仍为mg,木箱对地球的引力大小也为mg。故本题选B、D。答案:BD12344.一个质量为50kg的人站在升降机的地板上,升降机的顶部悬挂了一只弹簧测力计,弹簧测力计下面挂着一个质量为mA=5kg的物体A,当升降机向上运动时,人看到弹簧测力计的示数为40N,如图所示,g取10m/s2,求此时人对地板的压力。1234解析:以A为研究对象,受力分析如图甲所示:由牛顿第二定律得mAg-F=mAa人的受力如图乙所示。由牛顿第二定律得Mg-N=Ma,所以N=Mg-Ma=400N由牛顿第三定律可得,人对地板的压力为400N,方向竖直向下。答案:400N竖直向下