（2021新人教版）高中物理必修第一册第4章 6.超重和失重讲义.doc

1、1 6.超重和失重超重和失重 学习目标学习目标核心素养核心素养 1.知道重力测量的两种方法。知道重力测量的两种方法。 2知道什么是视重。知道什么是视重。 3理解超重、失重和完全失重现象。理解超重、失重和完全失重现象。 4能够在具体实例中判断超重、失重能够在具体实例中判断超重、失重 现象现象， 会利用牛顿运动定律分析超重和会利用牛顿运动定律分析超重和 失重现象。失重现象。 1.物理观念：超重、失重和完全失物理观念：超重、失重和完全失 重现象。重现象。 2 科学思维科学思维： 知道产生超重和失重知道产生超重和失重 的条件；会运用牛顿第二定律解释的条件；会运用牛顿第二定律解释 生活中的超重和失重现象

2、。生活中的超重和失重现象。 阅读本节教材，回答第阅读本节教材，回答第 101 页页“问题问题”并梳理必要知识点。教材第并梳理必要知识点。教材第 101 页页 问题提示：问题提示：人下蹲时，先加速下降，再减速下降，最后静止，由牛顿第二定律人下蹲时，先加速下降，再减速下降，最后静止，由牛顿第二定律 可求出人对体重计压力的变化。可求出人对体重计压力的变化。 一、重力的测量一、重力的测量 方法一方法一： 先测量物体做自由落体运动的先测量物体做自由落体运动的加速度加速度 g， 再用再用天平天平测量物体的质量测量物体的质量， 利用牛顿第二定律得：利用牛顿第二定律得：Gmg。 方法二：利用力的方法二：利用力

3、的平衡条件平衡条件对重力进行测量。对重力进行测量。 将待测物体悬挂或放置在测力计上，使它处于将待测物体悬挂或放置在测力计上，使它处于静止静止状态，这时测力计的示状态，这时测力计的示 数反映了物体所受的数反映了物体所受的重力重力大小。大小。 二、超重和失重二、超重和失重 1视重视重：体重计的：体重计的示数示数称为视重，反映了人对体重计的称为视重，反映了人对体重计的压力 压力。 2失重失重 (1)定义：物体对支持物的压力定义：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力或对悬挂物的拉力)小于小于物体所受重力的现物体所受重力的现 象。象。 (2)产生条件产生条件： 物体具有物体具有竖直向下竖直向下(选填选填

4、“竖直向上竖直向上”或或“竖直向下竖直向下”)的加速的加速 度。度。 3超重超重 2 (1)定义：物体对支持物的压力定义：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力或对悬挂物的拉力)大于大于物体所受重力的现物体所受重力的现 象。象。 (2)产生条件产生条件： 物体具有物体具有竖直向上竖直向上(选填选填“竖直向上竖直向上”或或“竖直向下竖直向下”)的加速的加速 度。度。 4完全失重完全失重 (1)定义：物体对支持物定义：物体对支持物(或悬挂物或悬挂物)完全完全没有作用力的状态。没有作用力的状态。 (2)产生条件：产生条件：ag，方向，方向竖直向下竖直向下。 1思考判断思考判断(正确的打正确的打“”“”

5、，错误的打，错误的打“”“”) (1)物体静止时，测力计的示数就是物体的重力。物体静止时，测力计的示数就是物体的重力。() (2)物体向上运动时一定处于超重状态。物体向上运动时一定处于超重状态。() (3)物体减速向下运动时处于失重状态。物体减速向下运动时处于失重状态。() (4)物体处于失重状态时重力减小了。物体处于失重状态时重力减小了。() (5)做竖直上抛运动的物体，只受重力作用，加速度大小和方向都不变。做竖直上抛运动的物体，只受重力作用，加速度大小和方向都不变。 () 2下列说法正确的是下列说法正确的是() A体操运动员双手握住单杠吊在空中不动时处于失重状态体操运动员双手握住单杠吊在空

6、中不动时处于失重状态 B蹦床运动员在空中上升和下落过程中都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 C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 D游泳运动员仰卧在水面静止不动时处于失重状态游泳运动员仰卧在水面静止不动时处于失重状态 B物体具有向上的加速度时物体具有向上的加速度时， 处于超重状态处于超重状态； 具有向下的加速度时具有向下的加速度时， 处于失重状态，即处于失重状态，即“上超下失上超下失”，故只有，故只有 B 正确。正确。 重力的测量重力的测量 处于静止状态的物体，它对支持物的压力或拉力一定等于物体的重力吗

7、？处于静止状态的物体，它对支持物的压力或拉力一定等于物体的重力吗？ 3 提示：提示：不一定，物体只有静止在水平面上，并在竖直方向上除重力和支持不一定，物体只有静止在水平面上，并在竖直方向上除重力和支持 力外无其他作用力时，支持力才与重力大小相等；当物体静止在斜面上时，支力外无其他作用力时，支持力才与重力大小相等；当物体静止在斜面上时，支 持力小于重力。持力小于重力。, ,重力的测量方法一般分为两类：动力法和静力法。重力的测量方法一般分为两类：动力法和静力法。 1 动力法是根据物体受力后运动状态的改变测定重力。例如在重力作用下动力法是根据物体受力后运动状态的改变测定重力。例如在重力作用下 的自由

8、落体运动等来测量地球表面的重力加速度的值，则的自由落体运动等来测量地球表面的重力加速度的值，则 Gmg。 2 静力法是根据物体受力后的平衡状态测定重力，例如，弹簧测力计竖直静力法是根据物体受力后的平衡状态测定重力，例如，弹簧测力计竖直 悬挂物体处于平衡状态，利用二力平衡知测力计的示数大小等于重力大小。悬挂物体处于平衡状态，利用二力平衡知测力计的示数大小等于重力大小。 【例【例 1】关于重力的大小，下列说法正确的是关于重力的大小，下列说法正确的是() A弹簧测力计下端悬挂一重物弹簧测力计下端悬挂一重物，弹簧测力计读数大小一定等于这个物体重弹簧测力计读数大小一定等于这个物体重 力的大小力的大小 B

9、重力是物体固有的属性重力是物体固有的属性 C质量一定的物体，其重力大小也一定质量一定的物体，其重力大小也一定 D同一物体在北京的重力大于在赤道上的重力同一物体在北京的重力大于在赤道上的重力 D不是任何情况下，弹簧测力计的读数都等于物体重力的大小，应强调不是任何情况下，弹簧测力计的读数都等于物体重力的大小，应强调 物体处于静止或匀速直线运动状态，故选项物体处于静止或匀速直线运动状态，故选项 A 错误；不同地理位置，其重力大错误；不同地理位置，其重力大 小不同；同一物体虽然质量不变，但在北京的重力略大于在赤道上的重力，其小不同；同一物体虽然质量不变，但在北京的重力略大于在赤道上的重力，其 原因是原

10、因是 g 发生了变化发生了变化，所以不能说重力是物体固有的属性所以不能说重力是物体固有的属性，选项选项 B、C 错误错误，D 正确。正确。 跟进训练跟进训练 1设想从某一天起设想从某一天起，地球的引力减小了一半地球的引力减小了一半，那么对于漂浮在水面上的船那么对于漂浮在水面上的船 来说，下列说法正确的是来说，下列说法正确的是() A船受到的重力将减小，船的吃水深度仍不变船受到的重力将减小，船的吃水深度仍不变 B船受到的重力将减小，船的吃水深度也减小船受到的重力将减小，船的吃水深度也减小 C船受到的重力将不变，船的吃水深度也不变船受到的重力将不变，船的吃水深度也不变 D船受到的重力将不变，船的吃

11、水深度将减小船受到的重力将不变，船的吃水深度将减小 A根据题意可知：重力加速度根据题意可知：重力加速度 g 大小减小，又大小减小，又 Gmg，则船受到的重力，则船受到的重力 将减小将减小；又根据二力平衡可得又根据二力平衡可得 GmggV，解得解得 Vm ，则船的吃水深度仍不则船的吃水深度仍不 4 变，故变，故 A 正确。正确。 超重和失重现象超重和失重现象 (教师用书独具教师用书独具)教材第教材第 102 页页“思考与讨论思考与讨论”参考答案：参考答案： 人在下蹲过程中，力传感器示数先变小，后变大，再变小的过程，是因人在下蹲过程中，力传感器示数先变小，后变大，再变小的过程，是因 为人下蹲先加速

12、向下，失重，再减速向下，超重，当静止时，为人下蹲先加速向下，失重，再减速向下，超重，当静止时，Fmg； 人在站起过程中，必然经历先加速向上，再减速向上，最后静止过程。人在站起过程中，必然经历先加速向上，再减速向上，最后静止过程。 经历先超重，再失重，最后受力平衡，故人对传感器的压力先增大，再减小，经历先超重，再失重，最后受力平衡，故人对传感器的压力先增大，再减小， 最后保持不变；最后保持不变； 说明：人对支持面压力的变化，不是取决于物体向上还是向下运动，而说明：人对支持面压力的变化，不是取决于物体向上还是向下运动，而 是取决于加速度方向。是取决于加速度方向。 教材第教材第 103 页页“做一做

13、做一做”提示：提示： (1)如果电梯上行，人站在体重计上，会观察到：电梯启动时，体重计示数如果电梯上行，人站在体重计上，会观察到：电梯启动时，体重计示数 大于重力；电梯制动时，体重计示数小于重力，正常匀速运行过程中体重计示大于重力；电梯制动时，体重计示数小于重力，正常匀速运行过程中体重计示 数等于重力。数等于重力。 (2)如果电梯下行，人站在体重计上，会观察到：电梯启动时，体重计示数如果电梯下行，人站在体重计上，会观察到：电梯启动时，体重计示数 小于重力；电梯制动时，体重计示数大于重力，正常匀速运行时，体重计示数小于重力；电梯制动时，体重计示数大于重力，正常匀速运行时，体重计示数 等于重力。等

14、于重力。 如图所示，某人乘坐电梯正在向上运动。如图所示，某人乘坐电梯正在向上运动。 (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？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？人受到的支持力比电梯将要到达目的地减速运动时加速度沿什么方向？人受到的支持力比 其重力大还是小？其重力大还是小？ 提示：提示： 1 电梯启动瞬间加速度方向向上，人受到的合力方向向上，所以支电梯启动瞬间加速度方向向上，人受到的合

15、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。力。 5 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。向向下，所以支持力小于重力。 1视重视重：当物体挂在弹簧测力计下或放在水平台秤上时当物体挂在弹簧测力计下或放在水平台秤上时，弹簧测力计或台弹簧测力计或台 秤的示数称为秤的示数称为“视重视重”，大小等于弹簧测力计所受的拉力或台秤所受的压力。，大小等于弹簧测力计所受的拉力或

16、台秤所受的压力。 当物体处于超重或失重时，物体的重力并未变化，只是视重变了。当物体处于超重或失重时，物体的重力并未变化，只是视重变了。 2超重、失重的比较超重、失重的比较 特征状态特征状态加速度加速度 视重视重(F)与重力关与重力关 系系 运动情况运动情况受力示意图受力示意图 平衡平衡a0Fmg 静止或匀速直线静止或匀速直线 运动运动 超重超重向上向上 由由Fmgma得得 Fm(ga)mg 向上加速或向下向上加速或向下 减速减速 失重失重向下向下 由由mgFma得得 Fm(ga)mg，电梯具有向上的加速度电梯具有向上的加速度，物块处于超重状态物块处于超重状态，可能加可能加 速向上运动或减速向下

17、运动速向上运动或减速向下运动； t2t3， Fmg， 可能静止或匀速运动可能静止或匀速运动； t3t4， FG，电梯匀加速上升，小孩处于超重状态，此时有，电梯匀加速上升，小孩处于超重状态，此时有 a1F1 G m 1 m/s2，v a1t12 m/s，h11 2a 1t212 m 在在 25 s 内，内，F2400 N，F2G，电梯匀速上升，小孩处于平衡状态，此，电梯匀速上升，小孩处于平衡状态，此 时有时有 h2vt26 m 在在 56 s 内内，F2320 N，F3G，电梯匀减速上升电梯匀减速上升，小孩处于失重状态小孩处于失重状态，此此 时有时有 a3G F3 m 2 m/s2 又又 va3

18、t30，说明电梯在，说明电梯在 6 s 末停止，末停止， 故故 h3v 2t 31 m 所以电梯上升的高度为所以电梯上升的高度为 hh1h2h39 m。 答案答案见解析见解析 9 对于有关超重、失重的计算问题，首先应根据加速度方向判断物体处于超对于有关超重、失重的计算问题，首先应根据加速度方向判断物体处于超 重状态还是失重状态，然后选加速度方向为正方向，分析物体的受力情况，利重状态还是失重状态，然后选加速度方向为正方向，分析物体的受力情况，利 用牛顿第二定律进行求解。求解此类问题的关键是确定物体加速度的大小和方用牛顿第二定律进行求解。求解此类问题的关键是确定物体加速度的大小和方 向。向。 跟进

19、训练跟进训练 4如图所示如图所示，升降机天花板上用轻弹簧悬挂一物体升降机天花板上用轻弹簧悬挂一物体，升降机静止时弹簧伸升降机静止时弹簧伸 长长 10 cm， 运动时弹簧伸长运动时弹簧伸长 9 cm， 则升降机的运动状态可能是则升降机的运动状态可能是(g 取取 10 m/s2)() A以以 a1 m/s2的加速度加速下降的加速度加速下降 B以以 a1 m/s2的加速度加速上升的加速度加速上升 C以以 a9 m/s2的加速度减速上升的加速度减速上升 D以以 a9 m/s2的加速度减速下降的加速度减速下降 A当升降机静止时，根据胡克定律和二力平衡条件得当升降机静止时，根据胡克定律和二力平衡条件得 k

20、x1mg0，其，其中中 k 为弹簧的劲度系数，为弹簧的劲度系数，x10.1 m。当弹簧伸长量为。当弹簧伸长量为 x29 cm 时，时，kx2mg，说明，说明 物体处于失重状态物体处于失重状态，升降机加速度升降机加速度 a 的方向必向下的方向必向下，由牛顿第二定律得由牛顿第二定律得 mgkx2 ma，解得解得 a1 m/s2，升降机加速度方向向下升降机加速度方向向下，如果向下运动如果向下运动，则为加速运动则为加速运动， 如果向上运动，则为减速运动。由此可知选项如果向上运动，则为减速运动。由此可知选项 A 正确。正确。 1某人乘坐电梯上升，电梯运行的某人乘坐电梯上升，电梯运行的 vt 图像如图所示

21、，则人处于失重状态图像如图所示，则人处于失重状态 10 的阶段是的阶段是() AOP 段段BPM 段段 CMN 段段DNQ 段段 D由图可知，在由图可知，在 OP 段电梯静止，人不是处于失重状态，故段电梯静止，人不是处于失重状态，故 A 错误；错误；在在 PM 段内段内，电梯匀加速上升电梯匀加速上升，加速度方向向上加速度方向向上，人处于超重状态人处于超重状态，故故 B 错误错误；在在 MN 段内，电梯匀速上升，加速度为段内，电梯匀速上升，加速度为 0，人不是处于失重状态，故，人不是处于失重状态，故 C 错误；错误；在在 NQ 段内，电梯匀减速上升，加速度方向向下，人处于失重状态，故段内，电梯匀

22、减速上升，加速度方向向下，人处于失重状态，故 D 正确。正确。 2如图所示如图所示，某日小明去某日小明去“爱琴海爱琴海”商场买衣服商场买衣服，站在自动扶梯上随扶梯站在自动扶梯上随扶梯 斜向上做匀速运动，关于小明受到的力，以下说法正确的是斜向上做匀速运动，关于小明受到的力，以下说法正确的是() A摩擦力为零摩擦力为零 B摩擦力方向水平向右摩擦力方向水平向右 C支持力小于重力，属于失重现象支持力小于重力，属于失重现象 D支持力大于重力，属于超重现象支持力大于重力，属于超重现象 A因人处于平衡状态因人处于平衡状态，则人受重力则人受重力，支持力支持力，不受到摩擦力不受到摩擦力，A 正确正确，B 错误错

23、误；因处于平衡状态因处于平衡状态，则人的加速度为则人的加速度为 0，故人不失重也不超重故人不失重也不超重，C、D 错误错误。 3如图所示，如图所示，A、B 两物体叠放在一起，以相同的初速度上抛两物体叠放在一起，以相同的初速度上抛(不计空气阻不计空气阻 力力)。下列说法正确的是。下列说法正确的是() A在上升和下降过程中在上升和下降过程中 A 对对 B 的压力一定为零的压力一定为零 B上升过程中上升过程中 A 对对 B 的压力大于的压力大于 A 物体受到的重力物体受到的重力 C下降过程中下降过程中 A 对对 B 的压力大于的压力大于 A 物体受到的重力物体受到的重力 D在上升和下降过程中在上升和

24、下降过程中 A 对对 B 的压力等于的压力等于 A 物体受到的重力物体受到的重力 AA、B 整体只受重力作用整体只受重力作用，做竖直上抛运动做竖直上抛运动，处于完全失重状态处于完全失重状态，不论不论 11 上升过程还是下降过程，上升过程还是下降过程，A 对对 B 均无压力，选项均无压力，选项 A 正确。正确。 4中国的嫦娥工程探月计划分中国的嫦娥工程探月计划分“绕、落、回绕、落、回”三步，然后实施载人登月三步，然后实施载人登月。 假若质量为假若质量为 60 kg 的航天员登上了月球，已知月球表面的航天员登上了月球，已知月球表面 g1.6 N/kg，而地球，而地球 的表面的表面 g9.8 N/k

25、g，则该航天员在月球上的质量为多少？所受重力多大？在地，则该航天员在月球上的质量为多少？所受重力多大？在地 球上所受重力多大？球上所受重力多大？ 解析解析由于物体的质量与所处的位置无关由于物体的质量与所处的位置无关，所以航天员在月球上的质量所以航天员在月球上的质量为 为 m60 kg。 由重力的计算公式由重力的计算公式 Gmg 得：得： 在月球上重力在月球上重力 Gmg60 kg1.6 N/kg96 N 在地球上重力在地球上重力 Gmg60 kg9.8 N/kg588 N。 答案答案60 kg96 N588 N 5情境情境：随着航空技术的发展随着航空技术的发展，飞机的性能越来越好飞机的性能越来

26、越好，起飞的跑道要求也起飞的跑道要求也 是越来越短，有的还可以垂直起降。为了研究在失重情况下的实验，飞行员将是越来越短，有的还可以垂直起降。为了研究在失重情况下的实验，飞行员将 飞机开到高空后，让其自由下落，模拟一种无飞机开到高空后，让其自由下落，模拟一种无“重力重力”(完全失重状态完全失重状态)的环境的环境， 以供研究人员进行科学实验。每次下降过程可以获得持续以供研究人员进行科学实验。每次下降过程可以获得持续 30 秒之久的秒之久的“零重零重 力力”状态，以便研究人员进行不受重力影响的实验，而研究人员站在飞机的水状态，以便研究人员进行不受重力影响的实验，而研究人员站在飞机的水 平底板上所能承

27、受的最大支持力为重力的平底板上所能承受的最大支持力为重力的 2.5 倍倍。为安全起见为安全起见，实验时飞机高度实验时飞机高度 不得低于不得低于 800 m。 问题：飞机的飞行高度至少为多少？问题：飞机的飞行高度至少为多少？ 解析解析前前 30 秒飞机做自由落体运动，解得下降高度秒飞机做自由落体运动，解得下降高度 h11 2gt 2 14 500 m 此时此时 vgt1300 m/s 接着要做匀减速运动，而研究人员站在飞机的水平底板上所能承受的最大接着要做匀减速运动，而研究人员站在飞机的水平底板上所能承受的最大 支持力为重力的支持力为重力的 2.5 倍倍 根据牛顿第二定律，有：根据牛顿第二定律，有：Nmgma 所以最大所以最大 a1.5g15 m/s2 12 又下降高度：又下降高度：h2v 2 2a 3002 215 m3 000 m 为安全起见为安全起见，实验时飞机高度不得低于实验时飞机高度不得低于 800 米米，得总高度为得总高度为 H3 000 m4 500 m800 m8 300 m。 答案答案8 300 m