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1、超重和失重【学习目的】1.理解超重和失重现象的含义。2.能通过牛顿定律对超重和失重进行定量地分析。【要点梳理】要点一、超重与失重 ()提出问题 你乘过垂直升降式电梯吗?当电梯开始启动上升时，你会心慌同步也会充足体验到“脚踏实地”的感觉,电梯即将停止上升时，则会头晕同步有种“飘飘然”的感觉,这就是失重和超重导致的. （）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变化而变化视重：当物体在竖直方向上有加速度时(即a0)，物体对弹簧测力计的拉力或对台秤的压力将不等于物体的重力,此时弹簧测力计或台秤的示数叫物体的视重. 【阐明】正由于当物体在竖直方向有加速度时视重不再等于实重，
2、因此我们在用弹簧测力计测物体重力时，强调应在静止或匀速运动状态下进行. (3)超重和失重现象 超重现象:当人在电梯中开始上升时,感觉对底板的压力增大,即当物体具有竖直向上的加速度时,这个物体对支持面的压力（或对悬挂绳的拉力)不小于它所受的重力，称为超重现象如用弹簧竖直悬挂一重物静止，当用力提弹簧使重物加速上升时，弹簧伸长，弹力就会变大,这就是一种超重现象 失重现象:当人在电梯中开始下降时，感觉对底板的压力减小,即当物体具有向下的加速度时，这个物体对支持而的压力(或悬挂绳的拉力）不不小于它所受的重力，称为失重现象.如果物体对支持面的压力(或对悬挂绳的拉力）等于零,叫完全失重现象.如用弹簧竖直悬挂
3、着一重物保持静止，人拿着悬挂点加速下移时，弹簧会缩短，阐明弹力变小,这就是一种失重现象若人松手,让弹簧和重物一起自由下落，则弹簧的示数为零,此为完全失重现象.【注意】a.超重与失重现象,仅仅是一种表象,仿佛物体的重力时大时小处在平衡状态时，物体所受的重力大小等于支持力或拉力，但当物体在竖直方向上做加速运动时，重力和支持力(或托力)的大小就不相等了.所谓超重与失重,只是拉力（或支持力)的增大或减小，是视重的变化. b物体处在超重状态时，物体不一定是竖直向上做加速运动，也可以是竖直向下做减速运动.即只要物体的加速度方向是竖直向上的,物体都处在超重状态物体的运动方向也许向上，也也许向下.同理,物体处
4、在失重状态时，物体的加速度竖直向下,物体既可以做竖直向下的加速运动，也可以做竖直向上的减速运动 c.物体不在竖直方向上运动，只要其加速度在竖直方向上有分量,即0时,则当方向竖直向上时,物体处在超重状态；当方向竖直向下时，物体处在失重状念. .当物体正好以向下的大小为g的加速度运动时，这时物体对支持面、悬挂物完全没有作用力，即视重为零，称为完全失重. 完全失重状态下发生的现象,我们可以这样设想,假若地球上重力消失，则重力作用下产生的所有现象都将消失,如天平失效、体重计不能使用、小球不会下落等等 超重和失重的判断措施： 若物体加速度已知，看加速度的方向,方向向上超重，方向向下失重 若物体的视重已知
5、，看视重与重力的大小关系，视重不小于重力，超重；视重不不小于重力,失重要点二、超重、失重问题的解决措施 超重、失重现象的产生条件是具有竖直方向的加速度，我们用牛顿第二定律可以分析到其本质,故对超重、失重问题的解决措施有: (1)用牛顿第二定律去定量地列方程分析,以加速度方向为正方向，列方程,注意使用牛顿第三定律，由于压力和支持力并不是一回事,同步注意物体具有向上(或向下）的加速度与物体向上运动还是向下运动无关 （2)对连接体问题的求解，如测力计、台秤示数变化的问题,对于其中一物体（或物体中的一部分)所处运动状态的变化，而导致系统与否保持本来的平衡状态的判断,若用“隔离法”分别进行受力分析,再通
6、过对系统整体的运动状态的分析推理而得出结论固然可以，但繁琐费力如果从整体观点出发，用系统的重心发生的超重、失重现象进行分析判断,则会更加简捷以便.【典型例题】类型一、对超重和失重的理解例1、下列说法中对的的是（ )A.体操运动员双手握住单杠吊在空中不动时处在失重状态蹦床运动员在空中上升和下落过程中都处在失重状态C举重运动员在举起杠铃后不动的那段时间内处在超重状态D游泳运动员仰卧在水面静止不动时处在失重状态【思路点拨】超重的本质是具有向上的加速度，失重的本质是具有向下的加速度。【答案】B【解析】当加速度方向竖直向下时，物体处在失重状态；当加速度方向竖直向上时，物体处在超重状态.蹦床运动员在空中上
7、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,因此B对的而A、C、中运动员均为平衡状态，=mg,既不超重也不失重【总结升华】C选项是学生易选的,错误地觉得举重运动员对地面的压力F等于运动员和杠铃的重力，不小于运动员的重力，因此超重其实这是没有理解超重和失重是指在加速运动的系统中对支持物的压力或对悬绳的拉力不小于或不不小于重力的现象举一反三【变式】如图所示，轻质弹簧的上端固定在电梯的天花板上，弹簧下端悬挂一种小铁球,在电梯运营时，乘客发现弹簧的伸长量比电梯静止时的伸长量小,这一现象表白( )A.电梯一定是在下降B电梯也许是在上升C电梯的加速度方向一定是向上乘客一定处在失重状态【
8、答案】BD【解析】电梯静止时，弹簧的拉力和重力相等目前,弹簧的伸长量变小，则弹簧的拉力减小，小铁球的合力方向向下,加速度向下,小铁球处在失重状态但是电梯的运动方向也许向上也也许向下，故选B、D.类型二、超重和失重现象的分析例2、如图所示,一人站在电梯中的体重计上，随电梯一起运动下列多种状况中，体重计的示数最大的是（ ）A电梯匀减速上升，加速度的大小为.msB.电梯匀加速上升，加速度的大小为 .0m/s2C电梯匀减速下降,加速度的大小为1.5mD电梯匀加速下降,加速度的大小为1.5m/s2【答案】C【解析】、电梯减速上升，加速度向下,由牛顿第二定律：解得B、电梯匀加速上升，加速度向上，由牛顿第二
9、定律:解得、电梯匀减速下降，加速度向上,由牛顿第二定律：解得D、电梯匀加速下降，加速度向下，由牛顿第二定律:解得故示数最大的状况为；【点评】只要加速度向上，就是超重,加速度向下，就是失重，与物体的运动速度方向无关，同步,超重与失重现象只是物体对支撑物的压力变大,而重力保持不变!举一反三【变式1】在升降电梯内的地面上放一体重计，电梯静止时,晓敏同窗站在体重计上,体重计示数为50 g，电梯运动过程中,某一段时间内晓敏同窗发现体重计示数如图所示.在这段时间内下列说法中对的的是()A.晓敏同窗所受的重力变小了B晓敏对体重计的压力不不小于体重计对晓敏的支持力 C电梯一定在竖直向下运动 电梯的加速度大小为
10、/5,方向一定竖直向下 【答案】D【解析】体重计示数变小了,阐明该同窗处在失重状态,但所受重力并不变小，A错；压力与支持力是一对互相作用力，大小相等，B错；电梯的加速度一定向下，但不一定向下运动,错；由牛顿第二定律可知D对.【变式2】一质量为m kg的小孩子站在电梯内的体重计上.电梯从t0时刻由静止开始上升,在到6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?(重力加速度取10s）【答案】9m【解析】由图可知，在t到t2s的时间内，体重计的示数不小于m,故电梯应做向上的加速运动.设在这段时间内体重计作用于小孩的力为，电梯及小孩的加速度为a1，由牛顿第二定律,得 在这段时
11、间内电梯上升的高度 在t1到t2=5s的时间内，体重计的示数等于m，故电梯应做匀速上升运动，速度为t1时刻电梯的速度,即 在这段时间内电梯上升的高度 在t2到t3=6的时间内,体重计的示数不不小于mg,故电梯应做向上的减速运动设在这段时间内体重计作用于小孩的力为，电梯及小孩的加速度为2，由牛顿第二定律，得mgF2=a2 在这段时间内电梯上升的高度 电梯上升的总高度 由以上各式，解得h9m类型三、超重、失重问题的解决措施例3、如图所示,把盛水容器放在台秤的托盘上,用固定在容器底部的细线使小木块悬浮在水中.当剪断细线，木块加速上升时,台秤的读数将如何变化?（在木块浮出水面之前).下面给出该题目的两
12、种解法，请读者判断、分析解法的正误，如果解法错误请指明错误的因素并做出对的的解答,如果所给解法对的也请阐明理由并论述之. 解法一：细绳剪断时,木块仍在水中，系统仍为一种整体，只是内力变化了,故而台秤的示数不变 解法二：细绳剪断时，木块加速上升，具有竖直向上的加速度,由对发生超重、失重的发生条件、概念含义的理解，木块发生了超重现象，台秤读数变大.【思路点拨】由于木块的密度不不小于水的密度,当剪断细绳时,木块会向上加速运动.与此同步,在木块的上方必然有一等体积的“水块”以同样大小的加速度向下运动,从而弥补木块占据的空间,整个系统将处在失重状态.【解析】对于“解法一”,究其发生因素是错误地觉得剪断细
13、线后，木块虽然上升,但其排开水的体积未变，所受的浮力不变,自身的重力未变,系统的总重力也就不变,故而测力计的读数不变.此处只考虑了木块运动状态的变化而忽视了水的运动状态的变化,犯了片面性的错误 对于“解法二”,只单一的分析了木块由于加速上升而导致的超重现象，而漏掉了对水的运动状态的分析，误觉得只是木块发生了超重，水没有发生超重或失重现象,从而作出了“台秤的读数变大”的错误结论. 其实，对的的解答是：由于木块的密度不不小于水的密度，当剪断细绳时,木块会向上加速运动与此同步，在木块的上方必然有一等体积的“水块”以同样大小的加速度向下运动，从而弥补木块占据的空间又由于密度,则“水块”的质量必不小于木
14、块的质量,因此，木块与“水块”的整体的“重心”必然具有竖直向下的加速度，整个系统将处在失重状态故台秤的示数必将变小.【总结升华】此题重在考察超重、失重的发生条件、概念含义的理解，必须对的的分析木块与水的运动状态的变化特点及其关系.举一反三【变式1】电梯给我们的生活带来了很大以便某实验小组在电梯内运用DS系统观测超重和失重现象，将压力传感器放置在电梯的地板上,在传感器上放一种重为0的物块,如图甲所示,实验中平板电脑显示出传感器所受物块压力大小随时间变化的关系,如图乙所示如下根据图象分析得出的结论中对的的是( )A.从t1时刻到t2,物块处在失重状态B从时刻t3到4，物块处在失重状态C电梯也许开始
15、停在低楼层,先加速向上，接着匀速向上，再减速向上,最后停在高楼层D.电梯也许开始停在高楼层,先加速向下,接着匀速向下，再减速向下，最后停在低楼【答案】BC【解析】A、从时该t1到t2,物体受到的压力不小于重力时,物体处在超重状态,加速度向上，故A错误；B、从时刻t到4,物体受到的压力不不小于重力,物块处在失重状态，加速度向下，故B对的；C、如果电梯开始停在低楼层，先加速向上,接着匀速向上，再减速向上，最后停在高楼层，那么应当从图象可以得到，压力先等于重力、再不小于重力、然后等于重力、不不小于重力、最后等于重力，故C对的；D、如果电梯开始停在高楼层，先加速向下,接着匀速向下，再减速向下,最后停在低楼层,那么应当是压力先等于重
