资源简介

超重和失重
预习案
预习目标
1.知道超重的概念。
2.知道失重的概念。
3.知道超重和失重的关系。
预习内容
预习教材101~104页，思考下列问题：
1.什么是超重？
2.什么是失重？
预习检测
1.如图所示，汽车以大小相等速度通过凹凸不平的路面时，在A点处于____________（填“超重”或“失重”）状态，在B点处于__________（填“超重”或“失重”）状态，在__________点更容易爆胎。
2.如图甲所示，人站在力传感器上完成起立和下蹲动作。图15乙中呈现的是力传感器的示数随时间的变化情况。图乙中a点，小明所受到的支持力_________受到的重力（选填“大于”、“等于”或“小于”）；b点到c点的过程中，小明完成了_________动作（选填“起立”或“下蹲”）。
3.如图所示是我国首次立式风洞跳伞实验，风洞喷出竖直向上的气流将实验者加速向上“托起”，此过程中（　　）
A．人被向上“托起”时处于失重状态
B．地球对人的吸引力和人对地球的吸引大小相等
C．人受到的重力大小等于气流对人的作用力大小
D．人受到的重力和人受气流的力是一对作用力和反作力
探究案
学习目标
1.掌握重力的测量方法。
2.掌握超重、失重现象及其实质。
3.会用牛顿第二定律解释超重和失重的原因。
课堂探究
考点一：重力的测量
站在体重计上向下蹲，你会发现，在下蹲的过程中，体重计的示数先变小，后变大，再变小。当人静止后，保持某一数值不变。这是为什么呢？
在地球表面附近，物体由于地球的吸引而受到重力。 测量重力常用两种方法 ：
一种方法是，
（1）先测量物体做自由 落体运动的加速度 g；
（2）再用天平测量物体的质量，利用牛 顿第二定律可得
另一种方法是，利用力的平衡条件对重力进行测量。 将待测物体悬挂或放置在测力计上，使它处于静止状态。 这时物体所受的重力和测力计对物体的拉力或支持力的大 小相等，测力计的示数反映了物体所受的重力大小。这是 测量重力最常用的方法。
用弹簧秤测物体的重力时应使物体处于什么状态？
物体处于平衡状态
弹簧秤的示数是哪个力的？
物体拉弹簧的力的示数
根据平衡条件和牛顿第三定律知道：
弹簧秤的示数等于物体重力的大小.
典例精析：
下列说法正确的是（　　）
A．力的作用效果是使物体运动状态发生改变
B．物体受到力的作用，运动状态一定改变
C．力可以由一个物体传到另一物体
D．重力的测量可用测力计直接测出
变式训练：
2013年6月13日13时11分，天宫一号目标飞行器与神舟十号飞船在离地面343km高空的圆轨道上顺利对接．神舟十号的航天员成功开启天宫一号目标飞行器舱门，聂海胜、张晓光、王亚平以漂浮姿态进入天宫一号．下列说法正确的是（　　）
A．航天员以漂浮姿态进入天宫一号，说明航天员此时不受地球引力的作用
B．王亚平在天宫一号中讲课时可演示用弹簧秤测量一杯水的重力
C．航天员可以在天宫一号中通过举重来锻炼身体
D．航天员可以在天宫一号中通过弹簧拉力器来锻炼臂力
考点二：超重和失重
体重计的示数称为视重，反映了人对体重计的压力。 根据牛顿第三定律，人对体重计的压力与体重计对人的支持力 FN 大小相等，方向相反。
如图所示 ，选取人为研究对象。人体受到重力 mg 和 体重计对人的支持力 FN，这两个力的共同作用使人在下蹲 的过程中，先后经历加速、减速和静止三个阶段。
设竖直向下方向为坐标轴正方向。 人加速向下运动的过程中，根据牛顿第二定律，
即体重计的示数所反映的视重（力）小于人所受的重力。
人减速向下运动的过程中，加速度 方向与运动方向相反，有
体重计的示数（视重）大于人受到的重力。
物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）小于物体 所受重力的现象，叫作失重现象。
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，叫作超重现象。
1.超重：物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力（视重）大于物体所受重力的现象。
2.失重：物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力（视重）小于物体所受重力的现象。
3.完全失重：当升降机以加速度 a = g竖直加速下降时，物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力（视重）为零的现象。
4.视重：物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力
（1）视重大于重力 超重
（2）视重小于重力 失重
（3）视重等于重力 静止或匀速状态
（4）视重等于零 完全失重
人站在力传感器上完成下蹲动作。观察计算机采集的图线。
下图呈现的是某人下蹲过程中力传感器的示数随时间变化的情况。很明显，图线直观地描绘了人在下蹲过程中力传感器的示数先变小，后变大，再变小，最后保持某一数值不变的全过程。
请你分析力传感器上的人“站起”过程中超重和失重的情况。
人站在力传感器上完成下蹲动作。观察计算机采集的图线。
如图 ，图线显示的是某人站在力传感器上，先“下蹲”后“站起”过程中力传感器的示数随时间的变化情况。
请你分析力传感器上的人“站起”过程中超重和失重的情况。
【例题】设某人的质量为 60 kg，站在电梯内的水平地板上，当电梯以 0.25 m/s2 的加速度匀加速上升时，求人对电梯的压力。（g 取 9.8 m/s2）
【分析】 人站在电梯内的水平地板上，随电梯上升过 程中受到两个力的作用：重力 mg 和地板的支持力 FN， 受力分析如图
解：设竖直向上方向为坐标轴正方向。根据牛顿第二定律，有
根据牛顿第三定律，人对电梯地板的压力为
人对电梯的压力大小为603N，方向竖直向下。
超重对宇航员的影响
宇航员在飞船起飞和返回地面时，处于超重状态，特别是在升空时，超重可达重力的9倍，超重使人不适，起初会感到头晕、呕吐，超重达到3倍重力时既感到呼吸困难；超重达到4倍重力时，颈骨已不能支持头颅，有折断的危险。
所以升空时宇航员必须采取横卧姿势，以增强对超重的耐受能力。
神州五号加速升空阶段,杨利伟要接受超重的考验,到了太空要吃失重之苦。
典例精析：
乘客乘坐电梯过程中，电梯做下列哪种运动，乘客会出于超重状态（　　）
A．匀速上升 B．匀速下降 C．加速上升 D．加速下降
变式训练：
一质量为m的乘客乘坐竖直电梯下楼，其位移s与时间t的关系图象如图所示。由图可知，下列说法正确的是（　　）
A．由图可知乘客做曲线运动
B．t1～t2时间内，乘客的速度v增大
C．t2～t3时间内，乘客的加速度向上
D．t2～t3时间内，乘客处于失重状态
随堂检测
1.2020年2月8日，瑞典20岁小将杜普兰蒂斯在男子撑杆跳高中以6米17的成绩打破世界纪录，若他下落到厚为1.17m的垫子中，下列对其跳高过程的分析正确的是（　　）
A．撑杆上升过程中他一直处于失重状态
B．其运动到最高点时处于平衡状态
C．其在空中下落过程约用时1s
D．其下落到垫子上时的速度大小约为5m/s
2.一个质量为60kg的人，站在竖直向上加速运动的升降机地板上，若g取10m/s2，这时人对升降机地板的压力可能为（　　）
A．700N B．300N C．600N D．0
3.如图所示，物体P、Q经无摩擦的定滑轮用细绳连在一起，P物体在水平恒力F的作用下沿水平粗糙地面向右做匀速直线运动，则下列说法正确的是（　　）
A．Q物体做匀加速直线运动
B．Q物体在此过程中处于超重状态
C．P所受摩擦力逐渐减小
D．细绳对滑轮的作用力大小不变
4.观光电梯是一种以电动机为动力的垂直升降机，有一面或几面的轿厢壁是透明的，乘客在乘坐电梯时，可以观看轿厢外的景物。某正在匀速上升的观光电梯如图所示，下列说法正确的是（　　）
A．以电梯为参考系，远处的建筑物是静止的
B．研究电梯通过某位置时，电梯能被看成质点
C．研究电梯从一楼到十六楼的运动速度，不可以将电梯看成质点
D．小女孩以自己为参考系会觉得电梯外的景物正在匀速下降
5.2020年7月4日，羽毛球运动员林丹宣布退役，如图是林丹在某次羽毛球比赛中跃起的动作，将羽毛球以原速率斜向上击回，球在空中运动一段时间后落至对方的界面内。林丹运动过程中空气阻力不计，则下列说法正确的是（　　）
A．林丹在起跳过程中地面对他的支持力做正功
B．林丹在最高点速度为零，处于平衡状态
C．林丹在空中的运动过程处于失重状态
D．林丹击球过程中合外力对羽毛球做正功
本课小结
参考答案
预习检测
1.超重；失重；A
2.小于；起立
3.B
课堂探究
考点一
典例精析
【答案】D
【解析】A、B力有两种作用效果：使物体运动状态发生改变，或使物体发生形变。所以物体受到力的作用，运动状态不一定改变，也可能发生形变，故AB错误。
C、力一个物体对另一物体的作用，而不是由一个物体传到另一物体，故C错误。
D、重力是一种力，可用测力计直接测出重力，故D正确。
变式训练
【答案】D
【解析】A、航天员以漂浮姿态进入天宫一号，处于完舱中哑铃全失重状态，但地球对他的万有引力仍然存在，提供他随天宫一号围绕地球做圆周运动的向心力，故A错误；
B、天宫一号处于完全失重状态，不能用弹簧秤悬挂测一杯水的重力。故B错误。
C、用举重锻炼身体主要就是利用哑铃等物体的重力，在轨道处于完全失重状态，它对人的胳膊没有压力的作用。故C错误。
D、弹簧拉力器锻炼的是人肌肉的伸缩和舒张力，与重力无关。故D正确。
考点二
典例精析
【答案】C
【解析】该同学处于超重状态时，加速度的方向向上，可能是向上做加速运动，也可能是向下做减速运动，故C正确，ABD错误。
变式训练
【答案】C
【解析】A、物体运动的位移-时间图象，仅能描述物体做直线运动，故A错误；
B、物体运动的位移-时间图象，图线的斜率为速度，t1～t2时间内，乘客的速度保持不变，故B错误；
C、物体运动的位移-时间图象，图线的斜率为速度，t2～t3时间内，乘客的速度沿正方向（向下）逐渐减小，则可知乘客的加速度为沿负方向（向上），故C正确；
D、由C的分析知，t2～t3时间内，乘客的加速度方向向上，具有向上的加速度时，乘客处于超重状态，故D错误。
随堂检测
1．C
【解析】A、撑杆上升过程中他是先向上加速运动，后减速上升的，所以他是先处于超重状态，后处于失重状态，故A错误；
B、其运动到最高点时仅受重力作用，其加速度等于重力加速度，故B错误；
C、其在空中下落的高度为h=6.17m-1.17m=5m，且做的是自由落体运动，所以其在空中下落的时间由h＝gt2可得t≈1s，故C正确；
D、其下落到垫子上的速度为v=gt=9.8×1m/s≈10m/s，故D错误
2．A
【解析】人向上加速运动，属于超重，人受到的支持力一定大于重力G=mg=60×10N=600N；根据牛顿第三定律可知，人对地板的压力一定大于600N，故只有A是可能的，故A正确，BCD错误。
3． B
【解析】A、如图所示，物体Q的速度等于vQ=vPcosα，其中α角随着物块P向右移动而逐渐变小，又物块P向右做匀速运动，所以Q的速度逐渐增大，按照余弦规律可知cosα变化减慢，故加速度越来越小，故A错误；
B、因为Q向上做加速运动，所以有向上的加速度，则Q处于超重状态，故B正确；
C、P所受的摩擦力f=μ（mg-F拉sinα），α角随着物块P向右移动而逐渐变小则sinα减小，Q的加速度越来越小则F拉也逐渐减小，所以摩擦力增大，故C错误。
D、由C项可知，细绳对滑轮的两个拉力F拉逐渐减小，且它们的张角增大，所以与细绳对滑轮的作用力大小相等的拉力合力减小了，故D错误。
4．D
【解析】A、电梯中的乘客以电梯为参考系，远处的建筑物是运动的，故A错误；
B、研究电梯通过某位置时，电梯不能被看成质点，故B错误；
C、研究电梯从一楼到十六楼的运动速度，可以将电梯看成质点，故C错误；
D、小女孩以自己为参考系，电梯外的景物相对电梯正在匀速下降，故D正确。
5．C
【解析】A、林丹在起跳过程中地面对他的支持力方向没有位移，所以地面对他的支持力做功为零，故A错误；
B、林丹在最高点速度为零，加速度为g，处于完全失重状态，故B错误；
C、双脚离开地面后，只受重力，加速度为g，处于失重状态，故C正确；
D、林丹击球前后，羽毛球的动能没有发生变化，合外力做功为零，故D错误。

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