超重和失重要点梳理 人教课标版精美教案.docx
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超重和失重要点梳理人教课标版精美教案
超重和失重要点梳理
知识点一．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，你会心慌同时也会充分体验到“脚踏实地”的感觉，电梯即将停止上升时，则会头晕同时有种“飘飘然”的感觉，这就是失重和超重造成的．
（）实重与视重
①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改变而变化．②视重：
当物体在竖直方向上有加速度时（即≠），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．
【说明】正因为当物体在竖直方向有加速度时视重不再等于实重，所以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．
（）超重和失重现象
①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）大于它所受的重力，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．
②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）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．如用弹簧竖直悬挂着一重物保持静止，人拿着悬挂点加速下移时，弹簧会缩短，说明弹力变小，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】
．超重与失重现象，仅仅是一种表象，好像物体的重力时大时小．处于平衡状态时，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，是视重的改变．
．物体处于超重状态时，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，物体都处于超重状态．物体的运动方向可能向上，也可能向下．
同理，物体处于失重状态时，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．
．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
≠时，则当
方向竖直向上时，物体处于超重状态；当
方向竖直向下时，物体处于失重状念．
．当物体正好以向下的大小为的加速度运动时，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．
③超重和失重的判断方法：
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，看视重与重力的大小关系，视重大于重力，超重；视重小于重力，失重．
知识点二．超重、失重问题的处理方法
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、失重问题的处理方法有：
（）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，因为压力和支持力并不是一回事，同时注意物体具有向上（或向下）的加速度与物体向上运动还是向下运动无关．
（）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，而导致系统是否保持原来的平衡状态的判断，若用“隔离法”分别进行受力分析，再通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，则会更加简捷方便．
典型例题
类型一、对超重和失重的理解
、下列说法中正确的是（ ）
．体操运动员双手握住单杠吊在空中不动时处于失重状态
．蹦床运动员在空中上升和下落过程中都处于失重状态
．举重运动员在举起杠铃后不动的那段时间内处于超重状态
．游泳运动员仰卧在水面静止不动时处于失重状态
【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】
【解析】当加速度方向竖直向下时，物体处于失重状态；当加速度方向竖直向上时，物体处于超重状态．蹦床运动员在空中上升和下降的过程中加速度方向均竖直向下，且＝，为完全失重状态，所以正确．而、、中运动员均为平衡状态，＝，既不超重也不失重．
【总结升华】选项是学生易选的，错误地认为举重运动员对地面的压力等于运动员和杠铃的重力，大于运动员的重力，所以超重．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大于或小于重力的现象．
【变式】如图所示，轻质弹簧的上端固定在电梯的天花板上，弹簧下端悬挂一个小铁球，在电梯运行时，乘客发现弹簧的伸长量比电梯静止时的伸长量小，这一现象表明（ ）
．电梯一定是在下降
．电梯可能是在上升
．电梯的加速度方向一定是向上
．乘客一定处在失重状态
答案与解析答案与解析
【答案】
【解析】电梯静止时，弹簧的拉力和重力相等．现在，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，小铁球处于失重状态．但是电梯的运动方向可能向上也可能向下，故选、.
类型二、超重和失重现象的分析
、某人在地面上用弹簧测力计称得其体重为．他将弹簧测力计移至电梯内称其体重，至时间段内，弹簧测力计的示数如图所示，电梯运行的－图可能是（取电梯向上运动的方向为正）（ ）
【思路点拨】～时间内弹簧测力计的示数小于重力，失重；～时间内弹簧测力计的示数等于重力，平衡；～时间内弹簧测力计的示数大于重力，超重；
【答案】
【解析】由－图象知：
～时间内失重，具有向下的加速度，～时间内匀速或静止，～时间内超重具有向上的加速度，因此其运动情况可能是：
～时间内
，故、正确．
【总结升华】超重和失重过程中物体的重力并没有改变，只是显示的示数变大或变小。
【变式】在升降电梯内的地面上放一体重计，电梯静止时，晓敏同学站在体重计上，体重计示数为，电梯运动过程中，某一段时间内晓敏同学发现体重计示数如图所示．在这段时间内下列说法中正确的是（ ）
．晓敏同学所受的重力变小了
．晓敏对体重计的压力小于体重计对晓敏的支持力
．电梯一定在竖直向下运动
．电梯的加速度大小为，方向一定竖直向下
答案与解析【答案】
【解析】体重计示数变小了，说明该同学处于失重状态，但所受重力并不变小，错；压力与支持力是一对相互作用力，大小相等，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对．
【答案】
【解析】体重计示数变小了，说明该同学处于失重状态，但所受重力并不变小，错；压力与支持力是一对相互作用力，大小相等，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对．
【变式】
一质量为＝的小孩子站在电梯内的体重计上．电梯从＝时刻由静止开始上升，在到内体重计示数的变化如图所示．试问：
在这段时间内电梯上升的高度是多少?
（重力加速度取10m）
【答案】9m
【解析】由图可知，在＝到＝的时间内，体重计的示数大于，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，由牛顿第二定律，得
①
在这段时间内电梯上升的高度
②
在到＝的时间内，体重计的示数等于，故电梯应做匀速上升运动，速度为时刻电梯的速度，即
在这段时间内电梯上升的高度
④
在到＝的时间内，体重计的示数小于，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，由牛顿第二定律，得＝ ⑤
在这段时间内电梯上升的高度
⑥
电梯上升的总高度
⑦
由以上各式，解得＝9m．
类型三、超重、失重问题的处理方法
、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原因并做出正确的解答，如果所给解法正确也请说明理由并叙述之．
解法一：
细绳剪断时，木块仍在水中，系统仍为一个整体，只是内力改变了，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】因为木块的密度小于水的密度，当剪断细绳时，木块会向上加速运动．与此同时，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，从而填补木块占据的空间，整个系统将处于失重状态．
【解析】对于“解法一”，究其发生原因是错误地认为剪断细线后，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略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，而遗漏了对水的运动状态的分析，误认为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，正确的解答是：
因为木块的密度小于水的密度，当剪断细绳时，木块会向上加速运动．与此同时，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，从而填补木块占据的空间．又由于密度
，则“水块”的质量必大于木块的质量，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，整个系统将处于失重状态．故台秤的示数必将变小．
【总结升华】此题重在考查超重、失重的发生条件、概念含义的理解，必须正确的分析木块与水的运动状态的变化特点及其关系．
【变式】在粗糙水平面上放着一个三角形木块，在它的两个粗糙斜面上分别放有质量为和的两个物体，>，如图所示，若三角形木块和两物体都是静止的，则粗糙水平面对三角形木块（ ）
．有摩擦力的作用，摩擦力的方向水平向右
．有摩擦力的作用，摩擦力的方向水平向左
．有摩擦力的作用，但摩擦力的方向不能确定，因、、θ、θ的数值均未给出
．以上结论都不对
答案与解析【答案】
【解析】采用整体法．因为三个物体均处于静止状态，所以＝，因此三角形木块在水平方向上不受力．故选.
【答案】
【解析】采用整体法．因为三个物体均处于静止状态，所以＝，因此三角形木块在水平方向上不受力．故选.
【变式】
如图所示，一个盛水的容器底部有一小孔．静止时用手指堵住小孔不让它漏水，假设容器在下述几种运动过程中始终保持平动，且忽略空气阻力，则（ ）
．容器自由下落时，小孔向下漏水
．将容器竖直向上抛出，容器向上运动时，小孔向下漏水；容器向下运动时，小孔不向下漏水
．将容器水平抛出，容器在运动中小孔向下漏水
．将容器斜向上抛出，容器在运动中小孔不向下漏水
答案与解析【答案】
【解析】题中几种运动，对整体分析，都只受重力作用，运动加速度为，方向向下，容器中的水处于完全失重，对容器底部无压力．故在底部的小孔处水不会漏出．
【答案】
【解析】题中几种运动，对整体分析，都只受重力作用，运动加速度为，方向向下，容器中的水处于完全失重，对容器底部无压力．故在底部的小孔处水不会漏出．
【变式】如图所示，为电磁铁，为胶木称盘，和（包括支架）的总质量为，为铁片，质量为，当电磁铁通电，铁片被吸引上升的过程中，台称读数（ ）
． ．＜＜（） ．（） ．＞（）
答案与解析【答案】
【解析】以整体为研究对象，铁片被吸引上升过程中，具有向上的加速度，因此铁片处于超重状态，因此（），可知：
＞（）
巩固练习
选择题：
．关于超重和失重，下列说法中正确的是（ ）
．超重就是物体受的重力增加了 ．失重就是物体受的重力减小了
．完全失重就是物体一点重力都不受了．不论超重或失重物体所受重力是不变的
．如图所示，质量为50kg的某同学站在升降机中的磅秤上，某一时刻该同学发现磅秤的示数为40kg，则在该时刻升降机可能是以下列哪种方式运动（ ）
．匀速上升 ．加速上升 ．减速上升 ．减速下降
．如图所示，弹簧秤外壳质量为，弹簧及挂钩的质量忽略不计，挂钩上吊一重物．现用一竖直向上的外力拉弹簧秤，当弹簧秤向上做匀速直线运动时，示数为；若让弹簧秤以加速度向上做加速直线运动，则弹簧秤的示数为（重力加速度为）（ ）
． ． ． ．（
）
．把木箱放在电梯的水平地板上，则下列运动中地板受到的压力最小的是（ ）
．电梯以5m的加速度匀减速上升 ．电梯以2m的加速度匀加速上升
．电梯以2.5m的加速度匀加速下降 ．电梯以υ10m的速度匀速上升
．为了研究超重与失重现象，某同学把一体重计放在电梯的地板上，将一物体放在体重计上随电梯运动并观察体重计示数的变化情况．下表记录了几个特定时刻体重计的示数，表内时间不表示先后顺序）
时间
体重计示数（）
若已知时刻电梯静止，则（ ）
．和时刻电梯的加速度方向一定相反
．和时刻物体的质量并没有发生变化，但所受重力发生了变化
．和时刻电梯运动的加速度大小相等，运动方向一定相反
．时刻电梯一定静止
．苹果园中学某实验小组的同学在电梯的天花板上固定一根弹簧秤，使其测量挂钩（跟弹簧相连的挂钩）向下，并在钩上悬挂一个重为的钩码．弹簧秤的弹力随时间变化的规律可通过一传感器直接得出，如图所示的图象．根据图象，下列分析正确的是（ ）
．从时刻到，钩码处于超重状态
．从时刻到，钩码处于失重状态
．电梯可能开始停在楼，先加速向下，接着匀速向下，再减速向下，最后停在楼
．电梯可能开始停在楼，先加速向上，接着匀速向上，再减速向上，最后停在楼
．如图所示，升降机里的物体被轻弹簧悬挂，物体与升降机原来都处于竖直方向的匀速运动状态，某时刻由于升降机的运动状态变化而导致弹簧突然伸长了，则此时升降机的运动状态可能为（ ）
．加速下降 ．减速下降 ．加速上升 ．减速上升
．原来做匀速运动的升降机内，有一被伸长弹簧拉住的，具有一定质量的物体静止在地板上，如图，现发现突然被弹簧拉向右方，由此可知此时升降机的运动可能是（ ）
．加速上升 ．减速上升 ．加速下降 ．减速下降
．如图所示，一个人站在医用体重计上测体重，当她站在体重计的测盘上不动时测得体重为，
（）当此人在体重计上突然下蹲时，则体重计的读数（ ）
（）若此人在体重计上下蹲后又突然站起，则体重计的读数（ ）
．先大于，后小于，最后等于 ．先小于，后大于，最后等于 ．大于 ．小于
．跳高运动员从地面上起跳的瞬间，下列说法中正确的有（ ）
．地面对运动员的支持力大于运动员对地面的压力
．地面对运动员的支持力等于运动员对地面的压力
．运动员对地面的压力大于运动员受到的重力
．运动员对地面的压力等于运动员受到的重力
．某人在地面上用弹簧测力计称得其体重为．他将弹簧测力计移至电梯内称其体重，至时间段内，弹簧测力计的示数如图所示，电梯运行的图象可能是（取电梯向上运动的方向为正）（ ）
２．蹦床是一项体育运动，运动员利用弹性较大的水平钢丝网，上下弹跳，下列关于运动员上下运动过程的分析正确的是（ ）
．运动员在空中上升和下落过程都处于失重状态
．运动员在空中上升过程处于超重状态，下落过程处于失重状态
．运动员与蹦床刚接触的瞬间，是其下落过程中速度最大的时刻
．从与蹦床接触到向下运动至最低点的过程中，运动员做先加速后减速的变速运动
３．在静止的升降机中有一天平，将天平左边放物体，右边放砝码，并调至平衡．如果：
①升降机匀加速上升，则天平右倾 ②升降机匀减速上升，则天平仍保持平衡
③升降机匀加速下降，则天平左倾④升降机匀减速下降，则天平仍保持平衡
那么以上说法正确的是：
（ ）
．①② ．③④ ．②④ ．①③
４．前苏联时期在空间建立了一座实验室，至今仍在地球上空运行.已知这座空间站中所有物体都处于完全失重状态，则在其中可以完成下列哪个实验（ ）
．用天平称量物体的质量 ．用弹簧秤测物体的重力
．用水银气压计测舱内气体的压强 ．用两个弹簧秤验证牛顿第三定律
５．几位同学为了探究电梯起动和制动时的加速度大小，他们将体重计放在电梯中．一位同学站在体重计上，然后乘坐电梯从层直接到层，之后又从层直接回到层．并用照相机进行了相关记录，如图所示．他们根据记录，进行了以下推断分析，其中正确的是（ ）
．根据图和图可估测出电梯向上起动时的加速度
．根据图和图可估测出电梯向上制动时的加速度
．根据图和图可估测出电梯向下制动时的加速度
．根据图和图可估测出电梯向下起动时的加速度
答案与解析
选择题：
解析：
不管是超重还是失重，物体的重力是不变的。
解析：
该同学重力，磅秤给他的支持力为，故他所受合力向下，处于失重状态，他可能的运动状态时减速上升或者加速下降。
解析：
重物静止时，，重物以加速度向上做加速直线运动，根据牛顿第二定律可得，，（
）
解析：
地板受到的压力最小时，对木箱的支持力最小，必须处于失重状态且有较大的加速度。
解析：
时刻电梯静止，视重等于实重。
比较可知，时刻超重，时刻失重，时刻平衡，但不一定静止。
解析：
钩码重，比较图像可知，到时刻，处于静止；到时刻，处于失重；到时刻，平衡；到时刻，处于超重；项正确。
解析：
弹簧突然伸长了，拉力变大，使物体具有向上的加速度，处于超重状态，可能加速上升，可能减速下降。
８．ＢＣ
解析：
突然被弹簧拉向右方，说明物体所受的摩擦力变小，支持力变小，物体处于失重状态，可能减速上升，可能加速下降。
９．人在体重计上突然下蹲时，先失重后超重，体重计的读数先小于，后大于，最后等于，答案为Ｂ；人在体重计上下蹲后又突然站起，先超重后失重，体重计的读数先大于，后小于，最后等于，答案为Ａ。
１０．ＢＣ
解析：
地面对运动员的支持力与运动员对地面的压力是作用力与反作用力，大小相等，故Ｂ正确；从地面上起跳的瞬间，有向上的加速度，运动员对地面的压力大于运动员受到的重力，故Ｃ正确。
１１．
解析：
～内，弹簧测力计的示数小于人的体重，电梯处于失重状态，应向上减速或向下加速，选项、错误；～内，弹簧测力计的示数等于人的体重，电梯应静止或向上匀速或向下匀速；～内，弹簧测力计的示数大于人的体重，电梯处于超重状态，应向上加速或向下减速．
１２．Ａ
解析：
运动员在空中不论上升和下落过程，都受重力和阻力作用，都处于失重状态，Ａ正确，Ｂ错误；在下落过程中，当重力与阻力等大时，速度最大，不一定是运动员与蹦床刚接触的瞬间，Ｃ错误，从与蹦床接触到向下运动至最低点的过程中也可能一直减速，错误。
解析：
天平左右盘对物体和砝码的支持力总是同时增大或减小，所以天平总是保持平衡。
解析：
空间站中所有物体都处于完全失重状态，所有与重力有关的实验都不能进行，只有项正确。
解析：
图是静止状态；图加速上升，支持力大于重力；图减速上升，支持力小于重力；图加速下降，支持力小于重力；图减速下降，支持力大于重力。
故正确。
【答案】
【解析】以整体为研究对象，铁片被吸引上升过程中，具有向上的加速度，因此铁片处于超重状态，因此（），可知：
＞（）
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