新教材高中物理必修一 第四章 6 超重和失重Word格式文档下载.docx
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3.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现象.
物体具有竖直向上(选填“竖直向上”或“竖直向下”)的加速度.
4.完全失重
物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)等于零的状态.
a=g,方向竖直向下.
1.判断下列说法的正误.
(1)超重就是物体受到的重力增加了.( ×
)
(2)物体处于完全失重状态时,物体的重力就消失了.( ×
(3)物体处于超重状态时,物体一定在上升.( ×
(4)物体处于失重状态时,物体可能在上升.( √ )
2.质量为50kg的人站在电梯内的水平地板上,当电梯以大小为0.5m/s2的加速度匀减速上升时,人对电梯地板的压力大小为________N(g取10m/s2).
答案 475
一、超重和失重的判断
导学探究 如图1所示,某人乘坐电梯正在向上运动.
图1
(1)电梯启动瞬间加速度沿什么方向?
人受到的支持力比其重力大还是小?
电梯匀速向上运动时,人受到的支持力比其重力大还是小?
(2)电梯将要到达目的地减速运动时加速度沿什么方向?
答案
(1)电梯启动瞬间加速度方向向上,人受到的合力方向向上,所以支持力大于重力;
电梯匀速向上运动时,人受到的合力为零,所以支持力等于重力.
(2)减速运动时,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.
知识深化
1.对视重的理解
当物体挂在弹簧测力计下或放在水平台秤上相对静止时,弹簧测力计或台秤的示数称为“视重”,大小等于弹簧测力计所受的拉力或台秤所受的压力.
当物体处于超重或失重状态时,物体的重力并未变化,只是视重变了.
2.超重、失重的比较
特征
状态
加速度
视重(F)与
重力的关系
运动情况
受力图
平衡
a=0
F=mg
静止或匀速
直线运动
超重
竖直向上
或有竖直
向上分量
由F-mg
=ma得
F=m(g+a)
>
mg
向上加速
或向下减速
失重
竖直向下
向下分量
由mg-F
F=m(g-a)
<
向下加速或
向上减速
完全
a=g
F=0
自由落体
运动、抛
体运动
2016年10月17日,“神舟十一号”载人飞船发射成功,如图2所示.宇航员在火箭发射与飞船回收的过程中均要经受超重与失重的考验,下列说法正确的是( )
图2
A.火箭加速上升时,宇航员处于超重状态
B.飞船落地前减速下落时,宇航员处于失重状态
C.火箭加速上升时,宇航员对座椅的压力小于自身重力
D.在飞船绕地球运行时,宇航员处于完全失重状态,则宇航员的重力消失了
答案 A
解析 火箭加速上升时,加速度方向向上,根据牛顿第二定律可知宇航员受到的支持力大于自身的重力,宇航员处于超重状态,对座椅的压力大于自身重力,选项A正确,C错误;
飞船落地前减速下落时,加速度方向向上,根据牛顿第二定律可知宇航员受到的支持力大于自身的重力,宇航员处于超重状态,选项B错误;
宇航员处于完全失重状态时,仍然受重力,选项D错误.
发生超重或失重现象只取决于加速度的方向,与物体的速度方向、大小均无关.
(2019·
枣庄三中高一上月考)某同学站在电梯底板上,如图3所示的v-t图像是计算机显示的电梯在某一段时间内速度变化的情况(竖直向上为正方向).根据图像提供的信息,可以判断下列说法正确的是( )
图3
A.在0~20s内,电梯向上运动,该同学处于超重状态
B.在0~5s内,电梯在加速上升,该同学处于失重状态
C.在5~10s内,电梯处于静止状态,该同学对电梯底板的压力等于他所受的重力
D.在10~20s内,电梯在减速上升,该同学处于失重状态
答案 D
解析 在v-t图像中,图像的斜率表示加速度,故0~5s内斜率为正,加速度为正,方向竖直向上,处于超重状态,速度为正,即电梯向上加速运动;
在5~10s过程中,电梯匀速运动,该同学加速度为零,该同学对电梯底板的压力等于他所受的重力,处于平衡状态;
10~20s过程中,斜率为负,加速度竖直向下,速度为正,即电梯向上做减速运动,处于失重状态,D正确.
如图4所示,A、B两物体叠放在一起,以相同的初速度上抛(不计空气阻力).下列说法正确的是( )
图4
A.在上升和下降过程中A对B的压力一定为零
B.上升过程中A对B的压力大于A物体受到的重力
C.下降过程中A对B的压力大于A物体受到的重力
D.在上升和下降过程中A对B的压力等于A物体受到的重力
解析 A、B整体只受重力作用,做竖直上抛运动,处于完全失重状态,不论上升还是下降过程,A对B均无压力,只有A选项正确.
1.完全失重状态的说明:
在完全失重状态下,平时一切由重力产生的物理现象都将完全消失,比如物体对支持物无压力、摆钟停止摆动、液柱不再产生向下的压强等,靠重力才能使用的仪器将失效,不能再使用(如天平、液体压强计等).
2.完全失重时重力本身并没有变化.
二、超重、失重的有关计算
(多选)(2019·
石家庄市高一上期末)小明站在电梯内的体重计上,电梯静止时体重计示数为50kg,若电梯在竖直方向运动过程中,他看到体重计的示数为45kg时,取重力加速度g=10m/s2.下列说法中正确的是( )
A.电梯可能在加速上升,加速度大小为9m/s2
B.电梯可能在加速下降,加速度大小为1m/s2
C.电梯可能在减速上升,加速度大小为1m/s2
D.电梯可能在减速下降,加速度大小为9m/s2
答案 BC
解析 小明的质量为50kg,体重计的示数为45kg,说明电梯处于失重状态,有向下的加速度,运动情况可能为:
向下加速或向上减速;
小明受支持力和重力,由牛顿第二定律可知其加速度为a==m/s2=1m/s2,故B、C正确,A、D错误.
针对训练 质量是60kg的人站在升降机中的体重计上,如图5所示,重力加速度g取10m/s2,当升降机做下列各种运动时,求体重计的示数.
图5
(1)匀速上升;
(2)以4m/s2的加速度加速上升;
(3)以5m/s2的加速度加速下降.
答案
(1)600N
(2)840N (3)300N
解析
(1)当升降机匀速上升时,由平衡条件得:
FN1=mg=600N,
由牛顿第三定律得,人对体重计压力为600N,即体重计示数为600N.
(2)当升降机以a1=4m/s2的加速度加速上升时,由牛顿第二定律得:
FN2-mg=ma1,
则FN2=mg+ma1=840N
由牛顿第三定律得,人对体重计的压力为840N,即体重计示数为840N.
(3)当升降机以a2=5m/s2的加速度加速下降时,由牛顿第二定律得:
mg-FN3=ma2,
则FN3=mg-ma2=300N,
由牛顿第三定律得,人对体重计的压力为300N,即体重计示数为300N.
三、超重、失重的综合应用
1.若加速度方向向上(或斜向上),物体处于超重状态;
若加速度方向向下(或斜向下),物体处于失重状态.
2.若系统中某一部分有向上或向下的加速度,则系统整体也处于超重或失重状态.
如图6所示,质量为M的斜面体始终处于静止状态,当质量为m的物体以加速度a沿斜面加速下滑时有( )
图6
A.地面对斜面体的支持力大于(M+m)g
B.地面对斜面体的支持力等于(M+m)g
C.地面对斜面体的支持力小于(M+m)g
D.由于不知a的具体数值,无法计算地面对斜面体的支持力的大小
答案 C
解析 对M和m组成的系统,当m具有向下的加速度而M保持平衡时,可以认为系统的重心向下运动,故系统具有向下的加速度,处于失重状态,所受到的地面的支持力小于系统的重力.
1.(超重、失重的理解和判断)下列对超重现象的认识正确的是( )
A.处在加速上升的电梯中的人感觉脚掌受到的力比静止时大,说明人受到的重力增大了
B.处在匀速上升的电梯中的人处于超重状态
C.物体在水中受浮力,悬浮在水中处于失重状态
D.人在竖直方向上的绳子牵引下向上加速运动时处于超重状态
2.(超重和失重的判断)如图7甲所示是某人站在力传感器上做下蹲—起跳动作的部分示意图.如图乙所示是根据传感器画出的力—时间图像,其中力的单位是N,时间的单位是s.两图中的点均对应,取重力加速度g=10m/s2.请根据这两个图所给出的信息,判断下列选项正确的是( )
图7
A.此人的质量约为60kg
B.此人从站立到蹲下的过程对应乙图中1到6的过程
C.此人在状态2时处于超重状态
D.此人向上的最大加速度大约为1.9g
解析 根据题图乙中图线的1点,由平衡条件得此人的质量约为70kg,故选项A错误;
同理根据图线可判断,此人从站立到蹲下的过程中先失重后超重,对应题图乙中1到4的过程,故选项B错误;
由题图乙知,人在状态2时传感器对人的支持力小于人自身的重力,处于失重状态,选项C错误;
根据图线和牛顿第二定律,可得此人向上的最大加速度为a=≈1.9g,所以选项D正确.
3.(超重和失重的判断)(多选)(2019·
辽宁实验中学等五校高一上学期期末)某地一观光塔总高度达600m,游客乘坐观光电梯大约1min就可以到达观光平台.若电梯简化成只受重力与绳索拉力,已知电梯在t=0时由静止开始上升,a-t图像如图8所示.则下列说法正确的是( )
图8
A.t=4.5s时,电梯处于超重状态
B.5~55s时间内,绳索拉力最小
C.t=59.5s时,电梯处于超重状态
D.t=60s时,电梯速度恰好为0
答案 AD
4.(超重、失重的有关计算)某人在地面上最多能举起60kg的重物,要使此人在升降机中最多能举起100kg的重物,已知重力加速度g取10m/s2,则下列说法可能正确的是( )
A.升降机正加速上升,加速度大小为4m/s2
B.升降机正加速下降,加速度大小为4m/s2
C.升降机正减速下降,加速度大小为4m/s2
D.升降机正减速上升,加速度大小为6m/s2
答案 B
解析 某人在地面上最多能举起60kg的物体,则知此人的最大举力为F=mg=60×
10N=600N.在升降机中,对重物根据牛顿第二定律有m′g-F=m′a,解得a=g-=(10-)m/s2=4m/s2,方向竖直向下,故升降机应减速上升或加速下降,加速度大小为4m/s2.
考点一 超重和失重的分析和判断
1.下列关于超重和失重的说法正确的是( )
A.物体处于超重状态时,其重力增加了
B.物体处于完全失重状态时,其重力为零
C.物体处于超重或失重状态时,其惯性比物体处于静止状态时增大或减小了
D.物体
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