人教版 (2019)必修 第一册第四章 运动和力的关系6 超重和失重学案及答案

第四章   运动和力的关系

4. 6  超重和失重

1、理解超重和失重的定义。

2、知道超重和失重现象的产生条件以及现象的实质，理解产生超重和失重现象的原因。

3、 运用牛顿第二定律和牛顿第三定律对超重和失重现象的实例进行分析。

一、超重：

（1） 定义：物体对支持物的     （或对悬挂物的      ）      物体所受重力的现象。

（2） 产生条件：物体具有向    的加速度。

二、失重：

（1） 定义：物体对支持物的     （或对悬挂物的      ）

物体所受重力的现象。

（2）产生条件：物体具有向    的加速度。

（3）完全失重：如果物体正好以大小等于    的加速度竖直下落，物体对支持物、悬挂物            作用力的状态。

一、对超重和失重定义的理解

[问题情境]

问题1.弹簧测力计的示数显示的是哪个力的大小？

问题2.物体所受拉力F与测力计所受F拉什么关系？这种关系与物体的运动状态有关吗？

问题3. 弹簧测力计的示数与物体重力G的大小是否一定相等？

人们习惯上把测力计的示数称为视重,物体实际的重力称为实重.

超重和失重的定义

(1)超重：视重       实重的现象。

(2)失重: 视重       实重的现象。[来源:学#科#网Z#X#X#K]

[合作探究二]　产生超重和失重的条件

[问题情境]

问题1.物体处于超重状态时，判断F与G的合力方向？

问题2.根据牛顿第二定律，合力方向决定了哪个物理量方向？

问题3.物体处于超重状态时，速度方向向上则做什么运动？

问题4. 物体处于超重状态时，速度方向向下则做什么运动？

总结：产生超重的条件   物体具有           产生超重现象．

问题5.物体处于失重状态时，判断F与G的合力方向？

问题6.根据牛顿第二定律，合力方向决定了哪个物理量方向？

问题7.物体处于失重状态时，速度方向向上则做什么运动？

问题8. 物体处于失重状态时，速度方向向下则做什么运动？

总结：产生失重的条件   物体具有           产生失重现象．

[来源:学科网ZXXK]

总结：完全失重

(1)物体向下的加速度等于        时，物体处于完全失重状态．

(2) 物体处于完全失重状态时，对与它接触的物体产生的弹力为           。

[合作探究四]　超重和失重现象的实质

[问题情境]

问题1.物体处于超重或失重状态时重力变了吗？

问题2.弹簧称示数变化表明哪个力变化？

总结：超重和失重现象的实质

1．物体处于超重或失重状态时，物体所受的________始终不变，只是物体对支持物或悬绳的________发生了变化．

2．物体受力            （平衡  不平衡），从而产生竖直方向的加速度。[来源:学科网]

<知识要点>

1. 视重和实重：弹簧测力计或台秤的示数称为视重，物体的实际重力为实重。

2. 超重和失重分析

一、单选题

1、如图，质量为m的小球挂在电梯的天花板上。电梯在以大小为g/3的加速度向上减速运动的过程中，小球

A．处于失重状态，所受拉力为mg/3

B．处于失重状态，所受拉力为2mg/3

C．处于超重状态，所受拉力为mg/3

D．处于超重状态，所受拉力为4mg/3

【答案】 B

2、一个人站在医用体重计的测盘上，在人下蹲的全过程中，指针示数变化应是（ ）

A．先减小，后还原 B．先增加，后减小，再还原

C．先减小，后增大，再还原 D．始终不变

3、在电梯内地板上放一体重计，电梯静止时，某同学站在体重计上，体重计示数为50kg；电梯运动过程中，某一段时间内该同学发现体重计示数为40kg，如图所示，则在这段时间内(g取10m/s²)

A．电梯以2m/s²的加速度加速上升

B．电梯以2m/s²的加速度减速上升

C．电梯以8m/s²的加速度加速上升

D．电梯以8m/s²的加速度减速上升

4、如图所示为运动员跳高时的精彩瞬间，下列说法正确的是

A．运动员在最高点处于平衡状态

B．运动员在下降过程中处于超重状态

C．运动员起跳以后在上升过程中处于失重状态

D．运动员起跳时地面对他的支持力等于他所受的重力

二、多选题

5、2018年12月8日，我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭成功发射嫦娥四号探测器，于2019年1月3日成功着陆在月球背面冯·卡门撞击坑，开展月球背面就位探测及巡视探测。中国的长征系列火箭是世界上先进的运载工具，它是利用喷射燃烧的气体获得动力的。若不计空气阻力，下面关于火箭竖直发射加速升空时的叙述正确的是(　　)

A．喷出的气体对火箭的推力与火箭对喷出气体的推力是一对作用力与反作用力

B．喷出的气体对火箭的推力与火箭的重力是一对平衡力

C．火箭加速上升时，喷出的气体对火箭的推力大于火箭对喷出气体的推力

D．此时火箭搭载的嫦娥四号探测器处于超重状态

6、小明家住26层，他放学后，乘坐电梯从1层直达26层。假设电梯刚起动时做加速直线运动，中间一段时间内做匀速直线运动，最后一段时间内做减速直线运动. 在电梯从1层直达26层的过程中，下列说法正确的是(       )

A．电梯刚起动时，小明处于失重状态

B．电梯刚起动时，小明处于超重状态

C．电梯运动的加速度方向始终不变

D．电梯运动的加速度方向发生了变化

三、非选择题

7、请证明下列问题:

(1)我们已经知道，作为自由落体加速度，g的单位是m/s2；但我们在初中学过，作为质量与物体所受重力的比例系数，g的单位是N/kg。请证明:1m/s2=1N/kg。

(2)一个物体静止地放在台式弹簧秤上，如图所示，试证明物体对弹簧秤的压力等于物体所受的重力(证明时在图上标出所涉及的力)。

(3)若把该装置放在以加速度a加速上升的电梯里，试证明物体对台秤的压力大于其重力，即物体处于超重状态。

8、一个质量是60 kg的人站在升降机的地板上，升降机的顶部悬挂着一个弹簧测力计，弹簧测力计下面挂着一个质量是50 kg的物体．当升降机向上运动时，该人看到弹簧测力计的示数为400 N，求此时人对升降机地板的压力．(g取10 m/s2)

一、单选题

1、一重为500 N的人站在力传感器上做下蹲站起动作．某段时间内，力传感器的示数随时间变化的情况如图所示．这段时间内，此人完成了

A．下蹲动作 B．站起动作

C．下蹲站起动作 D．站起下蹲动作

2、如图所示，在教室里某同学站在体重计上研究超重与失重。她由稳定的站姿变化到稳定的蹲姿称为“下蹲”过程；由稳定的蹲姿变化到稳定的站姿称为“起立”过程。关于她的实验现象，下列说法中正确的是(   )

A．只有“起立”过程，才能出现超重的现象

B．只有“下蹲”过程，才能出现失重的现象

C．“下蹲”的过程，先出现超重现象后出现失重现象

D．“起立”、“下蹲”的过程，都能出现超重和失重的现象

3、某位同学为了研究超重和失重现象，将重为50N的物体带到电梯中，并将它放在水平放置的传感器上，电梯由启动到停止的过程中，测得重物的压力随时间变化的图象如图所示，下列判断正确的是(  )

A．0－4s处于超重状态，14－18s处于失重状态

B．0－4s处于超重状态，14－18s处于超重状态

C．0－4s处于失重状态，14－18s处于失重状态

D．0－4s处于失重状态，14－18s处于超重状态

4、如图是长征火箭把载人神舟飞船送入太空的情景。宇航员在火箭发射与飞船回收的过程中均要经受超重或失重的考验。下列说法正确是

A．火箭加速上升时，宇航员处于失重状态

B．飞船加速下落时，宇航员处于超重状态

C．飞船落地前减速，宇航员对座椅的压力小于其重力

D．火箭加速上升时，若加速度逐渐减小时，宇航员对座椅的压力逐渐减小，但仍大于其重力

二、多选题

5、利用传感器和计算机可以研究快速变化的力的大小。实验时让某消防员从一平台上跌落，自由下落2 m后双脚触地，接着他用双腿弯曲的方法缓冲，使自身重心又下降了0.5 m，最后停止。用这种方法获得消防员受到地面冲击力随时间变化的图线如图所示，根据图线所提供的信息，以下判断正确的是（      ）

A．t1时刻消防员的速度最大

B．t2时刻消防员的速度最大

C．t3时刻消防员的速度最大

D．t4时刻消防员的加速度最小

6、关于超重和失重，下列说法中正确的是

A．处于超重状态的物体受的重力大

B．在加速上升的升降机中，一物体挂在弹簧秤上，则弹簧秤的示数大于物体的重力

C．在减速上升的升降机中，物体处于失重状态

D．对地静止的悬浮在空气中气球处于完全失重状态

三、非选择题

7、质量是60kg的人站在升降机中的体重计上如图所示，当升降机做下列各种运动时，体重计的读数是多少? 处于什么状态? ()

(1)升降机匀速上升；

(2)升降机以的加速度上升；

(3)升降机以的加速度下降；

(4)升降机以重力加速度g加速下降。

8、一种巨型娱乐器械可以使人体验超重和失重.一个可乘十多个人的环形座舱套装在竖直柱子上,由升降机送上几十米的高处,然后让座舱自由落下.落到一定位置时,制动系统启动,到地面时刚好停下.已知座舱开始下落时的高度为75,当落到离地面30m的位置时开始制动,座舱均匀减速.重力加速度取10,不计空气阻力.

（1）求座舱下落的最大速度;

（2）求座舱下落的总时间;

（3）若座舱中某人用手托着重30N的铅球,求座舱下落过程中球对手的压力.

参考答案

【实践研究】

1、B；2、C；3、B；4、C；5、AD；6、BD；

7、【答案】 (1)证明过程见解析(2)证明过程见解析(3)证明过程见解析

【解析】

【详解】

(1) 根据牛顿第二定律F=ma，力F的单位是N，质量的单位是kg，加速度单位是m/s2，，所以1m/s2=1N/kg。

(2) 设一质量为m的物体放在台式弹簧秤上，台秤对物体的支持力大小为N，物体处于平衡状态，所以可知：N=mg。物体对台秤的压力大小为N'，依据牛顿第三定律可知：N=N'，所以，N'=mg，即物体对台秤的压力的大小等于物体所受重力的大小。

(3)根据牛顿第二定律可知 ，根据牛顿第三定律可知

物体对台秤的压力大于其重力，处于超重状态。

8、【答案】 480N

【解析】

设弹簧秤示数为F，重物质量为m，对物体应用牛顿第二定律得mg﹣F＝ma

解得 am/s2＝2m/s2，方向向下

设人质量为M，地板对人的支持力为FN，对人利用牛顿第二定律得Mg﹣FN＝Ma

解得：FN＝480N

根据牛顿第三定律，人对地板的压力大小为480N，方向竖直向下。

【课后巩固】

1、B；2、D；3、A；4、D；5、BD；6、BC；

7、【答案】 （1）600N，正常状态；（2）840N，超重状态；（3）300N，失重状态；（4）0，完全失重状态．

【解析】

（1）升降机匀速上升，受力平衡，则，处于正常状态

（2）升降机加速上升，加速度方向向上，支持力大于重力，处于超重状态

根据牛顿第二定律得：

解得：

（3）升降机加速下降，加速度方向向下，支持力小于重力，处于失重状态

根据牛顿第二定律得：

解得：

（4）升降机以重力加速度g加速下降，物体处于完全失重状态，

8、【答案】 （1）30m/s（2）5s．（3）75N．

【解析】

（1）v2=2gh;

vm＝30m/s

⑵座舱在自由下落阶段所用时间为：t1＝3s

座舱在匀减速下落阶段所用的时间为：t2＝＝2s

所以座舱下落的总时间为：t＝t1＋t2＝5s

⑶对球，受重力mg和手的支持力N作用，在座舱自由下落阶段，根据牛顿第二定律有mg－N＝mg

解得：N＝0

根据牛顿第三定律有：N′＝N＝0，即球对手的压力为零

在座舱匀减速下落阶段，根据牛顿第二定律有mg－N＝ma

根据匀变速直线运动规律有：a＝＝－15m/s2

解得：N＝75N

根据牛顿第三定律有：N′＝N＝75N，即球对手的压力为75N