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4.6 超重和失重
【学习目标】
1．通过体验或者实验，认识超重和失重现象，理解超重、失重现象的产生条件和实质。能用牛顿第二定律分析超重和失重现象发生的动力学原因。培养运动和相互作用观念，提升物理学科素养。
2．通过解释生活中的超重和失重现象，培养运用物理知识解释生活现象的能力，激发物理学习的兴趣，形成良好的科学态度与责任。
【情境思考】
某同学家住十楼，每天上学放学均要乘垂直升降电梯。上学时，在电梯里，开始他总觉得有种“轻飘飘”的感觉，背的书包也感觉变“轻”了。快到楼底时，他总觉得自己有种“脚踏实地”的感觉，背的书包也似乎变“重”了。这是什么原因呢？
【认知发展·探索】
主题探索一、重力的测量
问题情境
如图所示，一个人站在体重计上。在他下蹲的过程中，他发现体重计指针示数发生了变化。
1．在人下蹲的过程中，体重计对人的支持力大小等于人的重力吗？
2．要想准确测量重力的大小，人应该怎么做？
【过程建构】
对重力测量的理解
(1)用平衡方法测量物体的重力时，物体应保持平衡状态。
(2)弹簧测力计对物体的拉力（或体重计对物体的支持力）和物体所受的重力是两种不同的力，但物体静止时，根据二力平衡，它们的大小是相等的。
(3)利用G=mg测重力，不同的地方g一般不同，重力大小也不同。
【过程评价】
【例1】用弹簧测力计竖直称量悬挂在其下面的小球，则有 ( )
A．小球对弹簧测力计的拉力就是小球的重力
B．在任何情况下，小球对弹簧测力计的拉力大小都等于小球的重力大小
C．静止时，小球对弹簧测力计的拉力大小等于小球的重力大小
D．静止时，小球对弹簧测力计的拉力就是重力
主题探索二、超重和失重
问题情境
为了研究超重、失重现象，一同学在电梯里放了一台体重计，如图所示。设该同学的质量为50kg，g取10m／s2。
1．当电梯以a=2m/s2的加速度匀加速上升或匀减速下降时，体重计的示数分别为多大？
2．当电梯以a=2m／s2的加速度匀减速上升或匀加速下降时，体重计的示数分别为多大？
3．结合以上探究过程，归纳总结：什么情况下会发生超重现象，什么情况下会发生失重现象。
【过程建构】
1．实重和视重
(1)实重：物体实际所受的重力，不会因为物体运动状态的改变而改变。
(2)视重：当物体在竖直方向上有加速度时，物体对悬挂物的拉力（或对支持物的压力）将不等于物体的重力，此时弹簧测力计或体重计的示数叫作物体的视重。
2．超重和失重的理解
(1)超重现象：物体具有竖直向上的加速度，物体对悬挂物的拉力（或对支持物的压力）大于物体所受的重力。
(2)失重现象：物体具有竖直向下的加速度，物体对悬挂物的拉力（或对支持物的压力）小于物体所受的重力。
(3)完全失重现象：物体的加速度竖直向下且大小等于g。在完全失重状态下，平常由重力产生的一切物理现象都会消失。例如，物体对桌面无压力，浸在水中的物体不受浮力等。另外，靠重力才能使用的仪器，也不能再使用，如天平、密度计等。
3．超重和失重的分析
状态 加速度a 视重（F）与重力（mg）的关系 运动情况 受力示意图
平衡状态 a=0 F=mg 静止或匀速直线运动
超重 方向向上 F=m（g+a）＞mg 向上加速或向下减速
失重 方向向下 F=m（g-a）＜mg 向下加速或向上减速
【过程评价】
【例2】（多选）电梯的顶部拴一弹簧测力计，弹簧测力计下端挂一重物，电梯静止时，电梯中的人观察到弹簧测力计的示数为10N。某时刻电梯中的人观察到弹簧测力计的示数为12N，g取10m／s2，则此时 ( )
A．电梯可能向上加速运动，加速度大小为2m／s2
B．电梯可能向上减速运动，加速度大小为2m/s2
C．电梯中的人一定处于超重状态
D．电梯中的人一定处于平衡状态
[学会审题]
(1)依据拉力和重力大小关系判断加速度方向及超、失重状态。
(2)由牛顿第二定律求出加速度大小。
【规律方法】
判断超重和失重现象的方法
(1)从受力的角度判断：当物体所受向上的拉力（或支持力）大于重力时，物体处于超重状态；小于重力时处于失重状态；等于0时处于完全失重状态。
(2)从加速度的角度判断：当物体具有向上的加速度时处于超重状态；具有向下的加速度时处于失重状态；向下的加速度为重力加速度时处于完全失重状态。
【课堂建构】
参考答案
【认知发展·探索】
主题探索一、重力的测量
【问题情境】
1．体重计对人的支持力大小不等于人的重力。因为人下蹲的过程经历了加速向下、减速向下和静止这三个过程，其中前两个过程人处于非平衡状态，不满足二力平衡，所以体重计对人的支持力大小不等于人的重力。
2．要想准确测量重力的大小，人需保持平衡状态，此时体重计对人的支持力与人的重力才满足二力平衡，二者大小才相等。
【过程评价】
[例1]C
主题探索二、超重和失重
【问题情境】
1．匀加速上升或匀减速下降时，以人为研究对象，受力情况如图所示，选向上为正方向。根据牛顿第二定律，有FN-mg=ma，得FN=mg+ma=50×(10+2)N=600N,根据牛顿第三定律可得人对体重计的压力即体重计的示数FN＇=FN=600N。
2．匀减速上升或匀加速下降时，以人为研究对象，人的受力情况如图所示，选向下为正方向。根据牛顿第二定律，有mg-FN=ma，得FN=mg-ma=50×（10-2)N=400N，根据牛顿第三定律可得人对体重计的压力即体重计的示数FN＇=FN=400N。
3．结合问题1发现，物体具有向上的加速度时，发生超重现象；结合问题2发现，物体具有向下的加速度时，发生失重现象。
【过程评价】
[例2]AC

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