第3課時 超重與失重

1、第3課時 超重與失重【復習指南】 在2006年考試大綱超重和失重作為I類要求，是指其現象來說；而超重和失重現象中的定量計算問題，作為牛頓第二定律的應用，仍然是掌握的重點和難點2005年全國卷14題考查了這方面知識。 1、超重和失重現象的理解 （1）無論物體處在失重或超重狀態(tài)，物體的重力始終存有，且沒有變化，發(fā)生變化的是物體對支持物的壓力或懸掛物的拉力（即視重大?。?。（2）超重、失重現象與速度方向無關，只與加速度方向相關。（3）當物體在豎直方向運動時，若視重大于重力時，加速度方向向上，此時物體可能加速上升也可能減速下降；反之，當物體視重小于重力時，加速度方向向下，此時物體可能減速上升，也可能加速

2、下降。（4）當物體沿斜面方向存有加速度時，根據矢量的分解可知，物體必在豎直方向存有加速度分量，所以亦存有超重與失重現象。（5）在完全失重的狀態(tài)下，平常一切由重力產生的物理效應都會消失，如單擺停擺、天平失效、浸在液體中物體浮力消失，水銀氣壓失效等【課前熱身】1、在升降機中用彈簧秤稱一物體的重力，由彈簧秤示數的變化能夠判定系統(tǒng)的運動狀態(tài)，下面說法準確的是（ ） A、示數偏大，則升降機可能是向上做加速運動 B、示數偏小，則升降機一定是向下做加速運動 C、示數準確，則升降機一定是做勻速直線運動 D、示數時大時小，則升降機一定是做上下往復運動【答案】A【解析】判斷物體是否處于超重或失重狀態(tài)，只要判斷物體

3、在豎直方向的加速度方向，如果物體的加速度向上，則物體處于超重狀態(tài)，但此時物體可能是加速上升或減速下降。反之若物體的加速度方向向下，則物體處于失重狀態(tài)，此時物體則可能加速下降或減速上升，所以準確選項為A。2、下列說法準確的是（ ）A、體操運動員雙手握住單杠吊在空中不動時處于失重狀態(tài)B、蹦床運動員在空中上升和下落的過程中都處于失重狀態(tài)C、舉重運動員在舉起杠鈴后不動的那段時間內杠鈴處于超重狀態(tài)D、游泳運動員仰臥在水面靜止不動時處于失重狀態(tài)【答案】B【解析】A、B、C三種情況均是物體處于平衡狀態(tài)，只有B情況中運動員上升和下落過程中加速度方向均向下，故處于失重狀態(tài)，準確選項為B。3、在宇宙空間站下列儀器

4、仍能使用的是（ ）A、天平 B、密度計 C、測力計 D、擺鐘【答案】B【解析】天平、密度計和擺鐘都是利用重力的作用而工作的，在太空站中，物體幾乎處于完全失重狀態(tài)，所以這三種器材不能使用，但測力計仍能用來測力，如測量手對彈簧秤的拉力。準確選項為C?！局匾键c】1當物體具有豎直向上的加速度（或分加速度）時，發(fā)生超重現象.2當物體具有豎直向下的加速度（或分加速度）時，發(fā)生失重現象.3當物體具有豎直向下的加速度大小為g時，發(fā)生完全失重現象4、不管超重還是失重，物體所受到的重力大小不變.【重點熱點】問題1：超重與失重現象的簡單應用【例1】（2005年全國高考試題）一質量為m的人站在電梯中，電梯加速上升，

5、加速大小為，g為重力加速度。人對電梯底部的壓力為（ ）AB2mgCmgD解析：根據牛頓第二定律可知，當電梯加速上升時，人處于超重狀態(tài)。分析人的受力情況可知，受到了重力和電梯板的支持力的作用，設電梯板對人的支持力為N，則有代入數據解得：根據牛頓第三定律，人對電梯板的壓力為，準確選項為D?！咀兪筋}】公路上勻速行駛的汽貨車受一擾動，車上的貨物隨車廂底板上下振動但不脫離底板，一段時間內貨物在豎直方向的振動可視為簡諧振動，周期為T，取豎直向上為正方向，以某時刻作為計時起點，即t=0，其振動圖象如圖所示，則A、時，貨物對車廂底板的壓力最大B、時，貨物對車廂底板的壓力最小C、，貨物對車廂底板的壓力最大D、，

6、貨物對車廂底板的壓力最小解析：當貨物振動到負的最大位移處時，即時，貨物具有向上的最大加速度，此時貨物超重最明顯，故車廂底板對貨物的支持力最大，由牛頓第三定律知，此時貨物對車廂底板壓力最大；當時，貨物具有向下的最大加速度，所以失重最明顯；面在時，貨物過平衡位置，加速度為零，貨物對底板的壓力等于物重。問題2：與彈簧相關的超重與失重現象【例2】有一電梯做勻速運動具有一定質量的木塊A靜止在地板上，被處于水平伸長狀態(tài)的輕彈贊拉住，如圖3-27所示現發(fā)現木塊突然被彈簧拉向右方，由此能夠判斷，以下說法中準確的是（ ）A、電梯可能向上做減速運動，木塊處千失重狀態(tài)B、電梯一定向上做加速運動；術塊處于超重狀態(tài)C、

7、電梯可能向上做加速運動木塊處于超重狀態(tài)D、電梯一定具有向下的加速度，木塊處于失重狀態(tài)解析：木塊A靜止在勻速運動的電樣中，處于平衡狀態(tài)，此時物體受到重力mg、電梯地板的支持力N、彈簧的彈力F和地板對它的摩擦力F.由于物體A處于平衡狀態(tài)，所以對A應有；現發(fā)現木塊突然被彈簧拉向右方，表明在此時木塊所受彈簧的拉力大于它所受的最大靜摩擦力，原因是最大靜摩捧力變小了又因最大靜摩擦力與正壓力有關，最大靜摩擦力變小了，說明正壓力變小了設物體隨電梯運動的加速度為a，以豎直向下為正方向，根據牛頓定律，有因N變小，則必有a0，即物體必其有豎直向下的加速度，所以此時電梯可能做向上的減速運動或向下的加速運動。正確選項為

8、AD。m【變式題】將金屬塊m用壓縮的輕彈簧卡在一個矩形的箱中，如圖所示，在箱的上頂板和下底板裝有壓力傳感器，箱可以沿豎直軌道運動當箱以a = 2.0m/s2的加速度豎直向上做勻減速運動時，上頂板的壓力傳感器顯示的壓力N = 7.2N，下底板的壓力傳感器顯示的壓力F = 12.0N(取g = 10m/s2)（1）若上頂板壓力傳感器的示數是下底板壓力傳感器示數的一半，試判斷箱的運動情況。（2）要使用上頂板壓力傳感器的示數為零，箱沿豎直方向運動的情況可能是怎樣的？解析：（1）下底板傳感器的示數等于輕彈簧的彈力F，金屬塊受力如右圖所示，上頂板的壓力N = 7.2N，彈簧的彈力F = 12.0N和重力m

9、g，加速度為a，方向向下，有mg + N f = ma求得金屬塊的質量m = 0.60kg上頂板傳感器的示數是下底板傳感器的示數的一半時，彈簧的彈力仍是F，上頂板的壓力為F/2，設箱和金屬塊的加速度為a1，有，解得a1 = 0，箱處于靜止或做勻速直線運動.（2）當上頂板的壓力恰好等于零時，mg = F = ma2得加速度a2 = 10m/s2，“”號表示加速度方向向上若箱和金屬塊豎直向上的加速度大于10m/s2，彈簧將被進一步壓縮，金屬塊要離開上頂板，上頂板壓力傳感器的增數也為零只要豎直向上的加速度大于或等于10m/s2，不論箱是向上加速度或向下減速運動，上頂板壓力傳感器的示數都為零.小結提示

10、：本題關鍵在于理解只要頂板與物體間存在作用力即彈簧的長度不變，因此彈簧對底板的作用力就不改變。另外雖然從外在形態(tài)上看不出變化，但其相互間的作用力卻發(fā)生了改變也是本題的一個難點。問題3：斜面方向的超重與失重現象【例3】如圖所示，質量為M的粗糙斜面上有一質量為m的木塊勻減速下滑，則地面受到的正壓力應當是（ ） A、等于 B、大于 C、小于 D、無法確定解析：將斜面M、木塊m視為一個整體，在豎直方向上，由于m勻減速下滑，存在一個豎直向上的加速度分量，所以可以等效地認為整體有一個豎直向上的加速度，即整體處于超重狀態(tài)，故其對地面的壓力將大于，正確選項為B。小結提示：本題若直接用牛頓第二定律判斷，分析過程

11、很繁，而用超重和失重的知識分析，思路簡捷，超重和失重作為一種定量或半定量分析問題的方法，要引起重視?！咀兪筋}】如下圖所示，某商場內電梯與水平面夾角為30，當電梯加速向上運動時，人對梯面壓力是其重力的6/5，則人與梯面間的摩擦力是其重力的多少倍?解析：依題意可知，物體在沿斜面方向存在加速度，分解加速度可知物體存在豎直向上的加速度，因此人處于超重狀態(tài)，對梯面壓力大于人的重力。而人在水平方向的加速度分量說明正好是梯面給人的摩擦力所產生。（1）對人進行受力分析：重力mg、支持力FN，摩擦力F (摩擦力的方向一定與接觸面平行，由加速度的方向可推知F水平向右.)（2）建立直角坐標系：取水平向右(即F方向)為x軸正向，此時只需分解加速度，其中 ax = acos30，ay = asin30(如右圖所示)（3）建立方程：x方向：F = macos30y方向：FN mg = masin30所以F/mg =總結提示：物體在受到三個或三個以上的不同方向的力作用時，一般都要用到正交分解法，在建立直角坐標系不管選取哪個方向為x軸的正向時，所得的最后結果都應是一樣的，在選取坐標軸時，為使解題方便，應盡量減少矢量的分解【拓展創(chuàng)新】隱含的超重與失重現象如圖所示，有一個裝有水的容器放在彈簧臺秤上，容器內有一只木球被容器底部的細線拉住浸沒在水中處于靜止，當