一、超重和失重的性質(zhì)1.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。(2)產(chǎn)生條件:物體具有_____的加速度。2.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。(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?qū)覓煳?_______________的現(xiàn)象。(2)產(chǎn)生條件:物體豎直_____的加速度等于g。二、超重和失重的應(yīng)用設(shè)物體質(zhì)量為m,在向上的拉力F作用下在豎直方向上運(yùn)動(dòng),豎直方向加速度為a,重力加速度為g。1.超重:由_____=ma可得F=______,即拉力_____重力。超重“ma”,加速度a越大,超重越多。
2.失重:由_____=ma可得F=______,即拉力_____重力。失重“ma”,加速度a越大,失重越多。3.完全失重:由mg-F=ma和a=g聯(lián)立解得F=__,即拉力為_(kāi)_,失重“mg”。
主題一 超重和失重的性質(zhì)【生活情境】
情境1:在實(shí)驗(yàn)中的天平和測(cè)力計(jì)。情境2:生活中的觀光電梯。
【問(wèn)題探究】(1)怎樣利用天平求出物體受到的重力?提示:先用天平測(cè)出物體的質(zhì)量,利用G=mg求得。(2)怎樣利用測(cè)力計(jì)得到物體受到的重力?提示:用測(cè)力計(jì)將物體豎直懸掛并處于靜止?fàn)顟B(tài),測(cè)力計(jì)的示數(shù)即為物體重力的大小。
(3)情境2中,某人乘坐電梯正在向上運(yùn)動(dòng)。①電梯啟動(dòng)瞬間加速度方向向哪?人受到的支持力比其重力大還是小?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?提示: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電梯將要到達(dá)目的地減速運(yùn)動(dòng)時(shí)加速度方向向哪?人受到的支持力比其重力大還是小?提示: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,支持力小于重力。
【結(jié)論生成】1.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(chēng)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。當(dāng)物體處于超重或失重時(shí),物體的重力并未變化,只是視重變了。
2.超重、失重和完全失重的比較:
【典例示范】下列關(guān)于超重和失重的說(shuō)法正確的是(　　)A.體操運(yùn)動(dòng)員雙手握住單杠吊在空中不動(dòng)時(shí)處于失重狀態(tài)B.蹦床運(yùn)動(dòng)員在空中上升和下落過(guò)程中都處于失重狀態(tài)C.舉重運(yùn)動(dòng)員在舉起杠鈴后不動(dòng)的那段時(shí)間內(nèi)處于超重狀態(tài)D.游泳運(yùn)動(dòng)員仰臥在水面靜止不動(dòng)時(shí)處于失重狀態(tài)
【解析】選B。從受力上看,失重物體所受合外力向下,超重物體所受合外力向上;從加速度上看,失重物體的加速度向下,而超重物體的加速度向上。A、C、D中的各運(yùn)動(dòng)員所受合外力為零,加速度為零,只有B中的運(yùn)動(dòng)員處于失重狀態(tài)。
【規(guī)律方法】超、失重問(wèn)題的三點(diǎn)提醒(1)物體處于超重或失重狀態(tài)時(shí),物體的重力并未變化,只是視重變了。(2)發(fā)生超重或失重現(xiàn)象只取決于加速度的方向,與物體的速度變化、大小均無(wú)關(guān)。(3)完全失重狀態(tài)的說(shuō)明:在完全失重的狀態(tài)下,平時(shí)一切由重力產(chǎn)生的物理現(xiàn)象都將完全消失,比如物體對(duì)支持物無(wú)壓力、擺鐘停止擺動(dòng)、液體柱不再產(chǎn)生向下的壓強(qiáng)等?？恐亓Σ拍苁褂玫膬x器將失效,不能再使用(如天平、液體氣壓計(jì)等)。
【素養(yǎng)訓(xùn)練】1.如圖,跳高運(yùn)動(dòng)員起跳后向上運(yùn)動(dòng),越過(guò)橫桿后開(kāi)始向下運(yùn)動(dòng),則運(yùn)動(dòng)員越過(guò)橫桿前、后在空中所處的狀態(tài)分別為(　　)A.失重、失重　B.超重、超重C.失重、超重D.超重、失重
【解析】選A。運(yùn)動(dòng)員在空中的過(guò)程中,加速度總是豎直向下的重力加速度g,則運(yùn)動(dòng)員越過(guò)橫桿前、后在空中所處的狀態(tài)都是失重狀態(tài),A項(xiàng)正確。
2.(多選)某實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)在電梯的天花板上固定一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì),使其測(cè)量掛鉤向下,并在鉤上懸掛一個(gè)重為10 N的鉤碼。彈簧測(cè)力計(jì)彈力隨時(shí)間變化的規(guī)律可通過(guò)一傳感器直接得出,如圖所示。則下列分析正確的是(　　)A.從t1到t2,鉤碼處于失重狀態(tài)B.從t3到t4,鉤碼處于超重狀態(tài)C.電梯可能開(kāi)始在1樓,先加速向上,接著勻速向上,再減速向上,最后停在3樓D.電梯可能開(kāi)始在3樓,先加速向下,接著勻速向下,再減速向下,最后停在1樓
【解析】選A、B、D。從t1到t2,由題圖可知鉤碼對(duì)傳感器的拉力小于鉤碼的重力,鉤碼處于失重狀態(tài),加速度向下,電梯向下加速運(yùn)動(dòng)或向上減速運(yùn)動(dòng),選項(xiàng)A正確;從t3到t4,由題圖可知鉤碼對(duì)傳感器的拉力大于鉤碼的重力,鉤碼處于超重狀態(tài),加速度向上,電梯向下減速運(yùn)動(dòng)或向上加速運(yùn)動(dòng),選項(xiàng)B正確;綜合得出,選項(xiàng)C錯(cuò)誤,選項(xiàng)D正確。
3.(多選)在升降電梯內(nèi)的地面上放一體重計(jì),電梯靜止時(shí),曉敏同學(xué)站在體重計(jì)上,體重計(jì)示數(shù)為50 kg,電梯運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,某一段時(shí)間內(nèi)曉敏同學(xué)發(fā)現(xiàn)體重計(jì)示數(shù)如圖所示,在這段時(shí)間內(nèi)下列說(shuō)法正確的是(　　)A.曉敏同學(xué)所受的重力變小了B.曉敏對(duì)體重計(jì)的壓力小于曉敏的重力C.電梯一定在豎直向下運(yùn)動(dòng)D.電梯的加速度大小為 方向一定豎直向下
【解析】選B、D。曉敏在這段時(shí)間內(nèi)處于失重狀態(tài),曉敏對(duì)體重計(jì)的壓力變小了,而曉敏的重力沒(méi)有改變,A錯(cuò)誤,B正確;人處于失重狀態(tài),加速度向下,可能向上減速運(yùn)動(dòng),也可能向下加速運(yùn)動(dòng),故C錯(cuò)誤;以豎直向下為正方向,有:mg-F=ma,即50g-40g=50a,解得a= 方向豎直向下,故D正確。
【補(bǔ)償訓(xùn)練】如圖所示,A、B兩人用安全帶連接在一起,從飛機(jī)上跳下進(jìn)行雙人跳傘運(yùn)動(dòng),降落傘未打開(kāi)時(shí)不計(jì)空氣阻力。下列說(shuō)法正確的是(　　)A.在降落傘未打開(kāi)的下降過(guò)程中,安全帶的作用力一定為零B.在降落傘未打開(kāi)的下降過(guò)程中,安全帶的作用力大于B的重力C.在降落傘未打開(kāi)的下降過(guò)程中,安全帶的作用力等于B的重力D.在降落傘打開(kāi)后減速下降過(guò)程中,安全帶的作用力小于B的重力
【解析】選A。據(jù)題意,降落傘未打開(kāi)時(shí),A、B兩人一起做自由落體運(yùn)動(dòng),處于完全失重狀態(tài),則A、B之間安全帶的作用力為0,A正確,B、C錯(cuò)誤;降落傘打開(kāi)后,A、B減速下降,加速度向上,則A、B處于超重狀態(tài),對(duì)B有:T-mg=ma,即T=mg+ma>mg,故D錯(cuò)誤。
主題二 超重和失重的應(yīng)用【生活情境】大型游樂(lè)設(shè)備探空梭可以讓乘客體會(huì)失重、超重。
【問(wèn)題探究】“探空梭”是20世紀(jì)末,新近開(kāi)發(fā)的將機(jī)械、液壓、計(jì)算機(jī)控制融為一體的高科技游樂(lè)設(shè)備,有人稱(chēng)它為直立式的“過(guò)山車(chē)”。國(guó)際游樂(lè)界稱(chēng)之為21世紀(jì)挑戰(zhàn)人類(lèi)極限的登峰造極的游樂(lè)設(shè)備。乘客乘上設(shè)備后,座艙以壓縮空氣為動(dòng)力氣壓,沿著垂直的軌道,以每秒20余米的速度彈射到四十余米的高空,隨即又以自由落體向下跌落,然后再次向上彈射,如此循環(huán)兩次后,靠壓縮空氣的有序釋放,座艙緩緩下降,直至站臺(tái)。這是一種極為刺激,而又非常安全的游樂(lè)設(shè)備。試從加速度的角度、運(yùn)動(dòng)的角度、受力的角度分析乘客何時(shí)超重、何時(shí)失重?
提示:超重時(shí):支持力大于重力,加速度向上,向上加速或向下減速;失重時(shí):支持力小于重力,加速度向下,向上減速或向下加速。
【結(jié)論生成】1.超重、失重的比較及有關(guān)計(jì)算:
2.判斷物體超重與失重的方法:(1)從受力的角度判斷:超重:物體所受向上的拉力(或支持力)大于重力,即視重大于實(shí)重。失重:物體所受向上的拉力(或支持力)小于重力,即視重小于實(shí)重。完全失重:物體對(duì)懸掛物的拉力(或?qū)χС治锏膲毫?為零,即視重為零。(2)從加速度的角度判斷:①當(dāng)物體的加速度方向向上(或豎直分量向上)時(shí),處于超重狀態(tài)。根據(jù)牛頓第二定律:N-mg=ma,此時(shí)N>mg,即處于超重狀態(tài)。
②當(dāng)物體的加速度方向向下(或豎直分量向下)時(shí),處于失重狀態(tài)。根據(jù)牛頓第二定律:mg-N=ma,此時(shí)Nm2=40 kg,顯然此時(shí)升降機(jī)一定處于超重狀態(tài),對(duì)物體進(jìn)行受力分析和運(yùn)動(dòng)情況分析,如圖乙所示。
由牛頓第二定律得F-m2g=m2a2所以a2= =11.375 m/s2即升降機(jī)加速上升的加速度為11.375 m/s2答案:85.5 kg　11.375 m/s2

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