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1、超重和失重【基础知识导引】1知道什么是超重和失重2知道产生超重和失重的条件【教材内容全解】自从人造卫星、宇宙飞船、航天飞机等航天器成功发射进入运动轨道后，我们从电视或电影上经常看到宇航员“漂浮”在航天器内的画面，即处于“失重”状态当我们乘坐高速电梯，在电梯加速向上起动或减速下降时双脚会感到压力突然变大，也就是此时我们处于“超重”状态那么究竟什么是超重?什么是失重?超重是不是就是物体所受的重力增大?失重是不是就是物体所受的重力减小?本节教材以升降机情况为例，从牛顿运动定律入手，引导我们一起解决以上问题1超重与失重(1)实验：A人站在减速下降的升降机内的一台秤上，可看到台秤示数小于人的重力；人站在
2、加速上升的升降机内的一台秤上，可看到台秤示数大于人的重力B如图381所示，装置中绳足够长，将M无初速度释放，现象：可看到弹簧秤A的读数大于C物体的重力mg可看到弹簧称B的读数小于D物体的重力mg(2)现象分析：对实验B分析：若以物体C为研究对象，设A弹簧拉力为，则，即弹簧对C的拉力大于C的重力，我们称物体处于超重状态超重：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情况称为超重现象实验B分析：若以物体D为研究对象，B弹簧拉力为，则，即弹簧对D的拉力小于D的重力，我们称D物体处于失重状态失重：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情况叫做失重现象完全失重：物体以加速
3、度g加速下降时，对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)等于零的情况叫做完全失重现象2超重、失重的理解(1)“重力”、“超重”、“失重”的联系“重力”是由于地球对物体的吸引而产生的，大小表示为G=mg只要物体所在位置的重力加速度一定，物体所受的重力就一定因而，“超重”并不意味着“重力增加”，“失重”也不代表“重力减小”，“完全失重”也不是说“物体的重力完全消失了”在发生超重、失重现象时，物体的重力依然存在，并不发生变化，变化的只是物体对支持物的压力(或对悬绳的拉力)(2)加速方向决定发生“超重”还是“失重”用牛顿运动定律对上述实验分析时，我们并没有重点考虑物体的速度方向，而是把握了物体的加速度方向当
4、物体具有向上的加速度时超重，具有向下的加速度时失重，超重、失重与物体的运动方向无必然的关系(3)当质量为m的物体有向上的加速度时，它超重大小为ma；当它具有向下的加速度时，它失重大小为ma(4)在完全失重状态下，a=g，平时一切由重力产生或与重力有关的物理现象均消失如物体在液体中不受浮力，天平无法测量物体的质量等【难题巧解点拨】例1 举重运动员在地面上能举起120 kg的重物，在运动着的升降机中只能举起100kg的重物，求升降机运动的加速度?若在以的加速度加速下的升降机内，此人能举起质量多大的重物(g取)解析：运动员在地面上能举起120 kg的重物，则运动员发挥的向上的最大支撑力在升降机中只能
5、举起100kg的重物，可见该物超重了，升降机应具有向上的加速度，则由 得 当升降机以加速度下降时，重物失重则 ，得：答案：，160kg点拨：同一质量的物体，在竖直方向不同的加速系统中，对支持物的压力(或悬挂物的拉力)发生变化，但其重力始终不变题中无论加速系统如何运动，运动员能发挥的最大支撑力不变，这是解题的关键例2 如图382所示：A为电磁铁，C为胶木秤盘，A和C(包括支架)的总质量为M，B为铁片，质量为m，整个装置用轻绳悬挂于O点当电磁铁通电，铁片被吸引上升的过程中，轻绳上拉力F的大小为()AF=MgBMgF(M+m)g解析一：当铁片被吸引上升时，对0点进行受力分析如图383，有对铁片进行受
6、力分析得，即F=mg+mamg则由知：，所以选项D正确解析二：当电磁铁通电，铁板被吸引上升的过程中，铁片具有向上的加速度，导致整个装置的重心具有向上的加速度，处于超重状态，从而F(M+m)g答案：D点拨：灵活运用超重、失重知识、对一些动力学问题的解答更为简捷、准确【拓展延伸探究】1本节教材“思考与讨论”解答：物体对水平面的压力(或对竖直悬绳的拉力)不一定总等于物体所受重力当物体(或系统)在竖直方向只受重力和支持力作用且该方向上加速度为零时，支持力(或拉力)等于物体所受重力2课题：感受超、失重目的：根据从教材上所学习到的超、失重知识，去寻找机会亲身体验超、失重的感觉点拨：找一台家用或医用体重计，
7、观察在体重计上快速下蹲和站起时体重计的读数变化可选择乘电梯、玩一定高度的跳台跳水、蹦极等方式【课本习题解答】1图中的第二幅正确2货物能到达的最大加速度为：05 s内发生的速度改变为；v=at=07m/s即：05 s内速度改变不能超过07m/s3a400Nb384Nc384 Nd400 N4解：座舱从距地面76m高处自由下落，到离地高度为50m左右的位置时，制动系统还没启动，座舱以及其中的人和物一起以重力加速度g自由下落，铅球处于完全失重状态，因而人手感觉不到铅球的压力当座舱下落到距地高度15 m左右位置时，制动系统已经启动，座舱做减速运动设座舱开始减速时的速度为v，做匀减速运动的加速度大小为a
8、，由题知座舱自由下落距离，座舱匀减速运动通过距离 ，由运动学公式可知：，得：座舱减速下落时，铅球处于超重状态已知铅球的质量m=G/g=5kg，则手托铅球的力：F=m(g+a)=5(10+17)N=135 N【同步达纲练习】1站在升降机中的人出现超重现象，则升降机可能()A加速上升B减速下降C加速下降D减速上升2如图384，一台升降机的底板上放着一个质量为m的物体，它跟地面间的动摩擦力因数为，可以认为物体受到最大静摩擦力等于滑动摩擦力一根弹性系数为k的弹簧水平放置，左端跟物体相连，右端固定在竖直墙上开始时弹簧伸长为x，弹簧对物体有水平向右的拉力，现实然发现物体被弹簧拉动，则升降机运动情况为()A
9、匀加速向下运动a=g-kx/mB匀加速向下运动，ag-kx/mC匀减速向上运动，ag-kx/mD匀减速向下运动，a=g-kx/m3下列四个实验，哪些不能在绕地球飞行的宇宙飞船中完成?()A用天平测量物体的质量B用弹簧测物体的重力C用密度计测物体密度D用水银气压计测舱内大气压强4如图385，台秤上放着一个装有水的杯子，通过固定在台秤上的支架用细绳悬挂一个小球，球全部浸没在水中，平衡时台秤的示数为某一数值今剪断悬绳，在球下落但还没到达杯底的过程中，若不计水的阻力，则台秤的示数将()A变大B变小C不变D无法判断5质量分别为5kg、10kg的重物用一根最多只能承受120N拉力的细绳相连，现以拉力F使A
10、、B一起竖直向上运动(如图386所示)，为使细绳不被拉断，求拉力F的范围6如图387所示，静止在水平地面上的框架B质量为M，圆球A的质量为m在下述情况下求物体B对地面的压力：(1)圆环A以速度匀速下滑时(2)圆环A以加速度a(ag-kx/m时，物体可以在地面滑动）3A、B、C、D（点拨；宇宙飞船进入轨道绕地球飞行时，处于完全失重状态由物体重力而产生的一些现象不复存在，故以上四个实验都不能完成）4B正确（点拨：（1）等效法剪断线后小球加速向下运动，而被小球排开的那部分“水球”则向上加速运动，二者加速度大小相同小球失重，等效水球超重，因为，失重大于超重整体来看，系统处于失重状态，故台秤读数将变小，
11、B正确（2）质心法当剪断线后，小球加速下降时，水球加速上升，但系统的质心在下降，系统处于失重状态，故台秤的读数减少，B正确（3）提示：分别对小球和水球进行受力分析，利用牛顿运动定律亦可求得B选项正确）5150NF180N（点拨：当时，A、B一起匀加速上升根据题意，设拉力为时，细绳达到的张力，对AB整体分析得：（1）隔离B物体分析得：（2）代入的值，联解（1）（2）得故拉力F的范围是：150NF180N）6（1）Mg+mg（2）Mg+mg-ma（3）Mg（点拨一：（1）当A匀速下滑时，对A、B分别做受力图，如图388甲所示，由题意知：f=mg故 F=Mg+f=Mg+mg（2）当A以加速度ag加速下滑时，A、B受力如图388所示，列方程有mg-f=ma，故 F=Mg+f=Mg+mg-ma（3）当A自由下落时，A、B受力如图388丙：F=Mg）（点拨二：用失重、超重的推论解：当质量为m的物体以向上或向下的加速度a时，它超重（或失重）ma（1）系统内没有物体做加速运动，则既不超重，也不失重，B对地面的压力F=Mg+mg（2）当A以a加速下滑时，A失重ma；B静止，既不失重不超重，故整体失重ma，B对地面压力为F=(M+m)g-ma（3）当A以g自由下滑时，A完全失重mg，B静止，既不失重也不超重，故整体失重mg，B对地面压力为F=(M+m)g-mg=Mg）7用心 爱心 专心
