【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1．通過(guò)體驗(yàn)或?qū)嶒?yàn)，認(rèn)識(shí)超重和失重現(xiàn)象，理解產(chǎn)生超重和失重現(xiàn)象的原因。2．能用牛頓定律解決有關(guān)超重和失重現(xiàn)象。
1．方法一：先測(cè)量物體做自由落體運(yùn)動(dòng)的____________，再用天平測(cè)量物體的________，利用牛頓第二定律可得：G＝________。2．方法二：利用力的平衡條件對(duì)重力進(jìn)行測(cè)量，將待測(cè)物體懸掛或放置在測(cè)力計(jì)上，使它處于____________。這時(shí)物體所受的重力和測(cè)力計(jì)對(duì)物體的拉力或支持力的大小________，測(cè)力計(jì)的示數(shù)反映了物體所受的重力________。
1．失重(1)定義：物體對(duì)支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?________物體所受重力的現(xiàn)象，叫作失重(weightlessness)現(xiàn)象。(2)產(chǎn)生條件：物體具有________的加速度。2．超重(1)定義：物體對(duì)支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?________物體所受重力的現(xiàn)象，叫作超重(verweight)現(xiàn)象。(2)產(chǎn)生條件：物體具有____________的加速度。
3．完全失重(1)定義：物體對(duì)支持物(或懸掛物)完全沒(méi)有__________，這種現(xiàn)象被叫作完全失重狀態(tài)。(2)產(chǎn)生條件：加速度a＝______，方向________。
『判一判』(1)物體向上運(yùn)動(dòng)時(shí)一定處于超重狀態(tài)。(　　)(2)物體減速向下運(yùn)動(dòng)時(shí)處于失重狀態(tài)。(　　)(3)物體處于失重狀態(tài)時(shí)重力減小了。(　　)(4)超重就是物體的重力變大的現(xiàn)象。(　　)(5)減速上升的升降機(jī)內(nèi)的物體對(duì)地板的壓力小于重力。(　　)(6)做自由落體運(yùn)動(dòng)的物體處于完全失重狀態(tài)。(　　)
×　×　×　×　√　√　
『選一選』(2021·浙江衢州市高一月考)2020年11月10日由我國(guó)自主研發(fā)的載人潛水器“奮斗號(hào)”在馬里亞納海溝成功探底，探底深度為10 909 m。下列關(guān)于潛水器說(shuō)法正確的是(　　)A．加速下潛時(shí)處于失重狀態(tài)B．勻速下潛時(shí)處于完全失重狀態(tài)C．減速下潛時(shí)處于失重狀態(tài)D．上升過(guò)程始終處于超重狀態(tài)
解析：加速下潛時(shí)具有向下的加速度，則處于失重狀態(tài)，故A正確；勻速下潛時(shí)合外力為0，則處于平衡狀態(tài)，故B錯(cuò)誤；減速下潛時(shí)速度方向向下，加速度方向向上，則處于超重狀態(tài)，故C錯(cuò)誤；上升過(guò)程應(yīng)先加速向上后減速向上，則加速度方向先向上后向下，則先處于超重后處于失重狀態(tài)，故D錯(cuò)誤。
『想一想』人站在體重計(jì)上靜止時(shí)，體重計(jì)的示數(shù)就顯示了人的體重。人從站立狀態(tài)到完全蹲下，體重計(jì)的示數(shù)如何變化？為什么會(huì)發(fā)生這樣的變化？提示：先減小，后增加，再還原解析：人蹲下的過(guò)程經(jīng)歷了加速向下(失重)、減速向下(超重)和靜止這三個(gè)過(guò)程。
如圖所示，某人乘坐電梯正在向上運(yùn)動(dòng)。(1)電梯啟動(dòng)瞬間加速度沿什么方向？人受到的支持力比其重力大還是??？電梯勻速向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，人受到的支持力比其重力大還是小？(2)電梯將要到達(dá)目的地減速運(yùn)動(dòng)時(shí)加速度沿什么方向？人受到的支持力比其重力大還是??？
對(duì)超重與失重現(xiàn)象的理解
提示：(1)電梯啟動(dòng)瞬間加速度方向向上，人受到的合力方向向上，所以支持力大于重力；電梯勻速向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，人受到的合力為零，所以支持力等于重力。(2)減速運(yùn)動(dòng)時(shí)，因速度方向向上，故加速度方向向下，即人受到的合力方向向下，所以支持力小于重力。
1．實(shí)重與視重(1)實(shí)重：物體實(shí)際所受的重力。(2)視重：當(dāng)物體掛在彈簧測(cè)力計(jì)下或放在水平臺(tái)秤上時(shí)，彈簧測(cè)力計(jì)或臺(tái)秤的示數(shù)稱為“視重”，大小等于彈簧測(cè)力計(jì)所受的拉力或臺(tái)秤所受的壓力。2．超重與失重(1)超重：“視重”大于“實(shí)重”的現(xiàn)象(2)失重：“視重”小于“實(shí)重”的現(xiàn)象
3．對(duì)超重和失重現(xiàn)象的理解(1)物體處于超重或失重狀態(tài)時(shí)，物體所受的重力始終不變，只是物體對(duì)支持物的壓力或?qū)覓煳锏睦Πl(fā)生了變化，看起來(lái)物重好像有所增大或減小。(2)發(fā)生超重或失重現(xiàn)象與物體的速度方向無(wú)關(guān)，只取決于物體加速度的方向。加速度向上則“超重”，加速度向下則“失重”。(3)在完全失重狀態(tài)下，平常由重力產(chǎn)生的一切物理現(xiàn)象都完全消失，比如物體對(duì)桌面無(wú)壓力，單擺停止擺動(dòng)，浸在水中的物體不受浮力等。靠重力才能使用的儀器，也不能再使用，如天平、液體氣壓計(jì)等。
　　　　　(原創(chuàng)題)如圖所示，蘋(píng)果自空中豎直落入深水中，到達(dá)某一深度后又返回到水面，下列說(shuō)法正確的是(　　)A．蘋(píng)果在空中下落時(shí)處于“超重”狀態(tài)B．蘋(píng)果落入水中后“重力”變小了
C．蘋(píng)果全部進(jìn)入水中向下運(yùn)動(dòng)時(shí)處于“超重”狀態(tài)D．蘋(píng)果在水中向上運(yùn)動(dòng)時(shí)處于“失重”狀態(tài)
思路引導(dǎo)：(1)加速度的方向決定“超重”或“失重”。(2)重力不隨物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)而變化。解析：蘋(píng)果在空中下落時(shí)加速度向下，處于“失重”狀態(tài)，A錯(cuò)；蘋(píng)果全部進(jìn)入水中下落時(shí)加速度向上，處于“超重”狀態(tài)，C對(duì)；蘋(píng)果在水中加速上升時(shí)加速度向上，處于“超重”狀態(tài)，D錯(cuò)；蘋(píng)果在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中“重力”沒(méi)變，B錯(cuò)。
思維升華：(1)無(wú)論超重、失重、完全失重，變化的只是視重，實(shí)際重力不變。(2)決定超重還是失重的是加速度的方向，與速度方向無(wú)關(guān)。
1．(2021·河南平頂山市高一期末)2020年9月18日，在世界田聯(lián)鉆石聯(lián)賽羅馬站比賽中，瑞典選手杜普蘭蒂斯以6米15創(chuàng)造男子撐竿跳室外世界紀(jì)錄。關(guān)于運(yùn)動(dòng)員在撐桿跳高的過(guò)程中，下列說(shuō)法正確的是(　　)A．運(yùn)動(dòng)員起跳上升過(guò)程中一直處于失重狀態(tài)B．運(yùn)動(dòng)員起跳瞬間地面對(duì)他的作用力大小等于他對(duì)地面的作用力的大小C．運(yùn)動(dòng)員在最高點(diǎn)處于平衡狀態(tài)D．運(yùn)動(dòng)員在下降過(guò)程中處于超重狀態(tài)
解析：運(yùn)動(dòng)員上升過(guò)程中是先向上加速運(yùn)動(dòng)，后減速上升的，所以是先處于超重狀態(tài)，后處于失重狀態(tài)，A錯(cuò)誤； 地面對(duì)運(yùn)動(dòng)員的作用力和運(yùn)動(dòng)員對(duì)地面的作用力是一對(duì)作用力與反作用力，大小相等方向相反，B正確；其運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí)僅受重力作用，其加速度等于重力加速度，C錯(cuò)誤；運(yùn)動(dòng)員在下降過(guò)程中是加速運(yùn)動(dòng)，加速度向下，處于失重狀態(tài)，D錯(cuò)誤。
(1)用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)物體重力時(shí)，突然向上加速，觀察彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)如何變化？(2)用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)物體重力時(shí)，突然向下加速，觀察彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)如何變化？
超重與失重現(xiàn)象的分析處理
(3)若將彈簧測(cè)力計(jì)和物體一起釋放，觀察彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)如何變化？
?提示：(1)彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)變大了。(2)彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)變小了。(3)彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)變?yōu)榱恪?br/>1．產(chǎn)生超重、失重現(xiàn)象的原因(1)產(chǎn)生超重的原因：當(dāng)物體具有向上的加速度a時(shí)，支持物對(duì)物體的支持力(或懸繩的拉力)為F。由牛頓第二定律可得：F－mg＝ma所以F＝m(g＋a)＞mg由牛頓第三定律知，物體對(duì)支持物的壓力(或?qū)依K的拉力)F′＞mg。
(2)產(chǎn)生失重現(xiàn)象的原因：當(dāng)物體具有向下的加速度a時(shí)，支持物對(duì)物體的支持力(或懸繩對(duì)物體的拉力)為F。由牛頓第二定律可知：mg－F＝ma所以F＝m(g－a)＜mg由牛頓第三定律可知，物體對(duì)支持物的壓力(或?qū)依K的拉力)F′＜mg。特例：當(dāng)物體具有向下的加速度a＝g時(shí)，則F′＝0，物體處于完全失重狀態(tài)。
　　　　　如圖所示，一質(zhì)量為m＝40 kg的小孩站在電梯內(nèi)的體重計(jì)上。電梯從t＝0時(shí)刻由靜止開(kāi)始上升，在0～6 s內(nèi)體重計(jì)示數(shù)F的變化情況如圖所示。試問(wèn)：在這段時(shí)間內(nèi)電梯上升的高度是多少？(取重力加速度g＝10 m/s2)
思路引導(dǎo)：由圖像信息分析電梯在不同階段的受力情況并確定電梯的加速度，再根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式列方程求解。
思維升華：結(jié)合圖像分析求解超重與失重問(wèn)題特別要善于從圖像中獲取有用信息，能將圖像與物體實(shí)際運(yùn)動(dòng)的情境結(jié)合起來(lái)，并應(yīng)用相關(guān)物理規(guī)律求解。
解析：由于人隨電梯以大小為a的加速度加速上升，所以人處于超重狀態(tài)，對(duì)人進(jìn)行受力分析，人受到的支持力為FN，由牛頓第二定律得FN－mg＝ma解得FN＝mg＋ma，根據(jù)牛頓第三定律得，人對(duì)體重計(jì)的壓力大小為FN′＝FN＝m(g＋a)，故ABC錯(cuò)誤，D正確。
對(duì)超重和失重判斷不清而致錯(cuò)　　　　如圖所示，臺(tái)秤上放一裝有水的杯子，杯底用細(xì)線系一光滑小球。若細(xì)線斷裂，在小球加速上升的過(guò)程中，不計(jì)水的阻力，臺(tái)秤的讀數(shù)將(　　)A．變小　　　　　　B．變大C．不變 D．無(wú)法確定
解析：以容器和小球組成的整體為研究對(duì)象，細(xì)線斷裂后，在小球加速上升的過(guò)程中，小球的加速度方向向上，小球處于超重狀態(tài)，而小球上升后留下的空位由水來(lái)填充，相當(dāng)于一個(gè)與小球同樣大小的“水球”向下做加速運(yùn)動(dòng)，其處于失重狀態(tài)。由于同樣體積的小球質(zhì)量小于“水球”的質(zhì)量，所以整體處于失重狀態(tài)，臺(tái)秤的示數(shù)小于系統(tǒng)的總重力，臺(tái)秤的示數(shù)變小，A正確。
易錯(cuò)警示：本題由于小球加速上升，容易誤判系統(tǒng)處于超重狀態(tài)，解決本題的關(guān)鍵在于小球被放置在水中，小球上升的同時(shí)有一個(gè)與小球同樣大小的“水球”下落，而同樣體積的“水球”質(zhì)量大于小球質(zhì)量，故整體處于失重狀態(tài)。
1．(2021·山西晉中市高一期末)如圖所示，小然同學(xué)站在電梯中的電子秤上，電梯靜止時(shí)電子秤的示數(shù)為50 kg，某一時(shí)刻該同學(xué)發(fā)現(xiàn)電子秤的示數(shù)為45 kg，則在該時(shí)刻電梯的運(yùn)動(dòng)可能是　 　 　 　 (　　)A．勻速上升　　　　　　B．加速上升C．加速下降 D．勻速下降
解析：電梯運(yùn)動(dòng)時(shí)電子秤的示數(shù)小于電梯靜止時(shí)的讀數(shù)，可知人失重，加速度向下，則電梯可能加速下降或者減速上升。故選C。
2．(2021·內(nèi)蒙古包頭市高一期末)如圖為某電梯銘牌，該電梯額定載重人數(shù)為14人，額定載重量為1 050 kg，當(dāng)拉力超過(guò)額定載重物體的重力時(shí)電梯會(huì)鳴笛警示。
A．當(dāng)?shù)?5位乘客進(jìn)入電梯時(shí)，該電梯會(huì)鳴笛警示B．當(dāng)電梯從八層開(kāi)始向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，電梯會(huì)鳴笛警示C．當(dāng)電梯從八層下降到一層，快要停止時(shí)，電梯可能會(huì)鳴笛警示D．電梯從八層下降到一層停止全過(guò)程中都不會(huì)鳴笛警示
該電梯在八層停靠時(shí)進(jìn)入15位乘客，15位乘客總質(zhì)量1 040 kg。則下列說(shuō)法正確的是(　　)
解析：由于15位乘客總質(zhì)量1 040 kg，而電梯額定載重量為1 050 kg，則當(dāng)?shù)?5位乘客進(jìn)入電梯時(shí)，還沒(méi)有達(dá)到電梯的額定載重量，從而電梯不會(huì)鳴笛警示，A錯(cuò)誤；當(dāng)電梯從八層開(kāi)始向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，加速度向下，由牛頓第二定律、第三定律知ma＝mg－FN，F(xiàn)N＝ FN′，則此時(shí)乘客給電梯的壓力FN′小于乘客的重力，由A選項(xiàng)可得出電梯不會(huì)鳴笛警示，B錯(cuò)誤；當(dāng)電梯從八層下降到一層，快要停止時(shí)，加速度向上，由牛頓第二定律、第三定律知ma＝FN－mg，F(xiàn)N＝FN′，則此時(shí)乘客給電梯的壓力FN′大于乘客的重力，則電梯可能會(huì)鳴笛警示，C正確、D錯(cuò)誤。
解析：拍攝甲照片時(shí)物體處于超重狀態(tài)，只是物體對(duì)支持物的壓力或?qū)覓煳锏睦υ黾?，物體的重力不變，故A錯(cuò)誤；減速下降時(shí)加速度方向向上，物體超重，臺(tái)秤示數(shù)變大，故B正確；加速下降和減速上升時(shí)加速度方向向下，物體失重，臺(tái)秤示數(shù)變小，故CD正確。
4．(2021·寧夏銀川市銀川一中高一檢測(cè))設(shè)某人的質(zhì)量為60 kg，站在電梯內(nèi)的水平地板上，當(dāng)電梯以0.25 m/s2的加速度勻加速上升時(shí)，求人對(duì)電梯的壓力。g取9.8m/s2。答案：603 N，方向豎直向下

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