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人教版物理必修一
第四章　运动和力的关系
第六节 超重和失重
讨论交流：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？
做一做:用手迅速向上提起重物观察秤的示数，当物体静止后观察秤的示数，你发现示数相同吗 这是为什么呢
示数不相同，用手迅速向上提起重物时示数较大
这一现象就与我们今天要学习的超重和失重现象有关
一、重力的测量
1.重力:在地球表面附近，由于地球的吸引而使物体受到的力 G=mg (实重)
2.重力的称量
(1)视重:测量仪器显示的读数，是指物体对台秤的压力或对弹簧秤的拉力。
(2)测量重力常用的两种方法
一种方法是，先测量物体做自由落体运动的加速度 g，再用天平测量物体的质量，利用牛顿第二定律可得
G ＝ mg
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。
另一种方法是，利用力的平衡条件对重力进行测量。
二、超重和失重
人站在体重计上向下蹲的过程中，为什么体重计的示数会变化呢？
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 ，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，
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（weightlessness）现象。
即体重计的示数所反映的视重（力）小于人所受的重力。
mg － FN ＝ ma
FN ＝ m（g － a）< mg
失重现象
人减速向下运动的过程中，加速度方向与运动方向相反，根据牛顿第二定律，有：
设竖直向下方向为坐标轴正方向。
mg － FN ＝－ ma
FN ＝ m（g ＋ a）> mg
此时，体重计的示数大于人受到的重力。
物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）大于物体
所受重力的现象，叫作超重（overweight）现象。
超重现象
当人相对于体重计静止不动时，有： FN ＝ mg
人站在力传感器上完成下蹲动作。观察计算机采集的图线。图 4.6-4 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。
如图 4.6-5，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。
分析力传感器上的人“站起”过程中超重和失重的情况。
可见，人的运动状态对体重计上显示出的结果是有影响的。那么，如果站在体重计上的人既不蹲下，也不站起，体重计上的示数就不会变吗？
做一做:在电梯地板上放一台体重计。站在体重计上，观察电梯启动、制动和运行过程中体重计示数的变化。
例题1.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。
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，受力分析如图所示。
解：设竖直向上方向为坐标轴正方向。
根据牛顿第二定律，有
FN － mg ＝ ma
FN ＝ m（g ＋ a）
＝ 60×（9.8 ＋ 0.25）N ＝ 603 N
根据牛顿第三定律，人对电梯地板的压力 FN′为
FN′＝－ FN ＝－ 603 N
人对电梯的压力大小为 603 N，方向竖直向下。
这个结果说明，当人与电梯共同向上加速或向下减速运动时，FN > G，人对电梯的压力大于人所受的重力，
出现超重现象。
同理，如果电梯加速下降（或减速上升），FN < G，
人对电梯的压力小于人的重力，出现失重现象。
如果人在加速下降的过程中加速度 a ＝ g，那么，体重计的示数为 0。这时物体对支持物（或悬挂物）完全没有作用力，这种现象叫作完全失重状态。
例2、在升降机中测人的体重，已知人的质量为40kg
①若升降机以2.5m/s2的加速度匀加速下降，台秤的示数是多少？
②若升降机自由下落，台秤的示数又是多少？
v
a
F
mg
解：当升降机匀加速下降时，根据牛顿第二定律可知：
mg－ F ＝ma
F＝ mg － ma
根据牛顿第三定律可知:台秤的示数分别为300N和0N。
① a1=2.5m/s2, F1=300N
②当自由下落时，a2=g, F2=0N
F
mg
a
v
超重现象
物体存在向上的加速度，与速度方向无关。
两种情况：加速上升、减速下降
物体对水平支持物的压力(或对竖直悬绳的拉力) 大于物体所受到的重力的情况称为超重现象。
失重现象
物体对水平支持物的压力(或对竖直悬绳的拉力) 小于物体所受到的重力的情况称为失重现象。
物体存在向下的加速度，与速度方向无关。
两种情况：减速上升、加速下降
完全失重
物体对水平支持物（或竖直悬绳）没有作用力
物体存在向下的加速度，a=g,与速度方向无关。
两种情况：减速上升、加速下降
超重和失重是一种物理现象。
物体的重力与运动状态无关，不论物体处于超重还是失重状态，重力不变。
规律：
物体具有竖直向上的加速度 超重状态
物体具有竖直向下的加速度 失重状态
物体具有竖直向下的加速度, a=g 完全失重状态
超重还是失重由加速度方向决定，与速度方向无关
太空中的失重环境
人造地球卫星、宇宙飞船、航天飞机等航天器进入轨道后，其中的人和物都将处于完全失重状态，物体将飘在空中；液滴成绝对的球形，宇航员站着睡觉和躺着睡觉没有差别；食物要做成块状或牙膏似的糊状，以免食物的碎渣“漂浮”在空中，进入宇航员的眼睛、鼻孔……
空间站中的宇航员
利用完全失重的条件进行科学研究
液体呈绝对球形
制造理想的滚珠
制造泡沫金属
利用完全失重的条件进行科学研究
完全失重的条件下，与重力有关的一切现象全部消失
下列物体中，你觉得不能在太空舱中使用的仪器是：
天 平 （ ）
摆 钟（ ）
体重计（ ）
铅 笔（ ）
弹簧测力计（ ）
讨论交流：
能
不能
不能
能
不能
实际中有许多领域涉及超重和失重现象。例如，火箭发射时向上的加速度很大，火箭底部所承受的压力要比静止时大得多。如果是载人航天，在火箭发射阶段，航天员要承受数倍于自身体重的压力。只有很好地研究材料、机械结构、人体自身所能承受的压力问题，才能使火箭成功发射、航天员顺利飞向太空。
航天器在太空轨道上绕地球或其他天体运行时，航天器内的物体将处于完全失重状态。完全失重时，物体将飘浮在空中，液滴呈球形，气泡在液体中将不会上浮，走路时稍有不慎，将会“上不着天，下不着地”......
超重和失重现象在实际中还有许多，请你通过
读书、上网、请教专业人员等多种途径进一步
学习和了解。

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