还剩19页未读，
继续阅读
高中物理人教版 (2019)必修 第一册6 超重和失重学案设计
展开
这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第一册6 超重和失重学案设计，共22页。
任务2．会应用牛顿第二定律分析超重和失重现象发生的动力学原因，理解超重和失重现象的本质。
任务3．了解超重和失重现象在各个领域的应用，解释生活中的超重和失重现象。
[问题初探] 问题1 超重是否是物体受到的重力增加了？
问题2 物体处于超重状态时，物体一定在上升吗？
问题3 航天员在太空中处于完全失重状态，是否航天员在太空中不受重力的作用？
[自我感知] 经过你认真的预习，结合你对本节课的理解和认识，请画出本节课的知识逻辑体系。
超重和失重现象
[链接教材] 如图所示，蹲在体重计上向上站起来的过程，你会发现体重计如何变化？
提示：体重计的示数先变大，后变小，再变大。
1．重力的测量
方法一：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，利用牛顿第二定律得：G＝mg。
方法二：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，这时测力计的示数反映了物体所受的重力大小。
2．超重和失重
(1)体重计的示数反映了人对体重计的压力。
(2)失重
①定义：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。
②产生条件：物体具有竖直向下(选填“竖直向上”或“竖直向下”)的加速度。
(3)超重
①定义：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。
②产生条件：物体具有竖直向上(选填“竖直向上”或“竖直向下”)的加速度。
(4)完全失重
①定义：物体对支持物(或悬挂物)完全没有作用力的状态。
②产生条件：a＝g，方向竖直向下。
如图所示，找一个用过的易拉罐、金属罐头盒或塑料瓶，在靠近底部的侧面打一个洞，用手指按住洞，在里面装上水。
问题1 移开手指，水就从洞中射出来，这是为什么？
提示：水能从洞中流出的原因是水能产生压力，静止时，洞之上的水产生的压力把洞附近的水压出。
问题2 如果放开手，让瓶子自由落下，在下落的过程中，水将不再从洞中射出。实际做一做，观察所产生的现象。怎样解释这一现象？
提示：在瓶子自由落下的过程中，水处于完全失重状态，洞附近的水不再受压力，所以水将不再从洞中射出。
问题3 处于完全失重状态的物体所受重力为零吗？
提示：不为零，仍受重力作用。
超重和失重的理解与判断
(1)重力：物体所受重力不会因物体运动状态的改变而变化。
(2)当物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)与物体的重力不同时，即发生了超重或失重现象。
(3)判断物体超重与失重的方法
①从受力的角度判断
超重：物体所受向上的拉力(或支持力)大于重力。
失重：物体所受向上的拉力(或支持力)小于重力。
②从加速度的角度判断
当物体的加速度方向向上(或竖直分量向上)时，处于超重状态。
当物体的加速度方向向下(或竖直分量向下)时，处于失重状态。
【典例1】 (超重、失重的判断)2023年10月26日神舟十七号航天员乘组进驻中国空间站，航天员在火箭发射与飞船回收的过程中均要经受超重与失重的考验，下列说法正确的是( )
A．火箭加速上升时，航天员处于超重状态
B．火箭加速上升时，航天员对座椅的压力小于自身重力
C．在飞船绕地球运行时，航天员处于完全失重状态，则航天员的重力消失了
D．飞船落地前减速下落时，航天员处于失重状态
A [火箭加速上升时，加速度方向向上，根据牛顿第二定律可知航天员受到的支持力大于自身的重力，航天员处于超重状态，对座椅的压力大于自身重力，选项A正确，B错误；航天员处于完全失重状态时，仍然受重力，选项C错误；飞船落地前减速下落时，加速度方向向上，根据牛顿第二定律可知航天员受到的支持力大于自身的重力，航天员处于超重状态，选项D错误。]
【典例2】 (与图像结合的超重、失重问题)某电梯运行时可简化成只受重力与绳索拉力，已知电梯在t＝0时由静止开始上升，其加速度a与时间t的关系如图所示。下列相关说法正确的是( )
A．t＝6 s时，电梯处于失重状态
B．7～53 s时间内，绳索拉力最小
C．t＝59 s时，电梯处于超重状态
D．t＝60 s时，电梯速度恰好为0
D [根据a-t图像可知t＝6 s时电梯的加速度向上，电梯处于超重状态，故A错误；53～60 s时间内，加速度的方向向下，电梯处于失重状态，绳索的拉力小于电梯的重力，而7～53 s时间内，a＝0，电梯处于平衡状态，绳索拉力等于电梯的重力，应大于电梯失重时绳索的拉力，所以这段时间内绳索拉力不是最小，故B错误；t＝59 s时，电梯减速向上运动，加速度方向向下，电梯处于失重状态，故C错误；根据a-t图像与横轴所围的面积表示速度的变化量，由几何知识可知，60 s内电梯速度的变化量为0，而电梯的初速度为0，所以t＝60 s时，电梯速度恰好为0，故D正确。]
超重与失重的计算
小明为了研究超重、失重和完全失重情况下物体的受力情况，用一个弹簧测力计悬吊着重物，通过控制整体的运动情况来观察弹簧测力计的示数。
问题1 让挂着重物的测力计缓缓地向上或向下做匀速运动，观察测力计的示数有无变化。
提示：没有发生变化。
问题2 使挂着重物的测力计突然竖直向上做加速运动(如图所示)，仔细观察在加速的瞬间测力计示数有无变化。
提示：测力计示数有变化。
问题3 如有变化，如何判断是变大还是变小？
提示：由牛顿第二定律可知T－mg＝ma，求出测力计示数T＝mg＋ma与重力进行比较。
1．平衡、超重、失重、完全失重的比较
2．解决超重、失重问题的基本思路
(1)明确研究对象，进行受力分析。
(2)判断加速度的方向，并建立合理的坐标轴。
(3)应用牛顿第二定律列出方程。
(4)代入数据求解，必要时进行讨论。
【典例3】 (超重现象的计算)快递可以用无人机进行运载。在某次无人机竖直飞行试验中，无人机的质量为M，货物的质量为m，无人机与货物间通过轻绳相连，如图所示。无人机以恒定动力F从地面开始加速上升，不计空气阻力，重力加速度为g。则在无人机加速上升过程中( )
A．货物处于失重状态
B．加速度大小a＝FM－g
C．轻绳上的拉力大小FT＝mMF
D．轻绳上的拉力大小FT＝mM+mF
D [无人机加速上升，货物处于超重状态，故A错误；取无人机与货物整体为研究对象，进行受力分析，根据牛顿第二定律有F－(M＋m)g＝(M＋m)a，解得a＝FM+m－g，故B错误；取货物为研究对象，进行受力分析，根据牛顿第二定律有FT－mg＝ma，得FT＝mFM+m，故C错误，D正确。]
【典例4】 (失重现象的计算)某人在地面上最多能举起50 kg 的物体，当他在竖直向上运动的电梯中最多举起60 kg的物体时，电梯加速度的大小和方向为(g＝10 m/s2)( )
A．2 m/s2 竖直向上
B．53 m/s2 竖直向上
C．2 m/s2 竖直向下
D．53 m/s2 竖直向下
D [由题意可知，在地面上，人能承受的最大压力为Fm＝mg＝500 N，在电梯中人能举起60 kg的物体，物体一定处于失重状态，对60 kg的物体：m′g－Fm＝m′a，即a＝600-50060 m/s2＝53 m/s2，方向竖直向下，选项D正确。]
【典例5】 (超重、失重的综合计算)某同学设计了一个测量长距离电动扶梯加速度的实验。将一电子健康秤置于水平的扶梯台阶上，实验员站在健康秤上相对健康秤静止。使电动扶梯由静止开始斜向上运动，整个运动过程可分为三个阶段，先加速、再匀速、最终减速停下。已知电动扶梯与水平方向夹角为37°。重力加速度g取10 m/s2，sin 37°＝0.6，cs 37°＝0.8。某次测量的三个阶段中电子健康秤的示数F随时间t的变化关系，如图所示。
(1)画出加速过程中实验员的受力示意图；
(2)求该次测量中实验员的质量m；
(3)求该次测量中电动扶梯加速过程的加速度大小a1和减速过程的加速度大小a2(结果保留两位有效数字)。
[解析] (1)加速过程，加速度斜向右上方，分解后，既有水平向右的加速度，又有竖直向上的加速度，所以水平方向要有水平向右的摩擦力，竖直方向上支持力大于重力，受力示意图如图所示。
(2)3～6 s电动扶梯匀速运动，实验员受力平衡
F＝mg＝600 N
解得m＝60 kg。
(3)加速阶段，对加速度分解如图所示
竖直方向上，根据牛顿第二定律有
F－mg＝ma1sin 37°
解得a1＝59 m/s2≈0.56 m/s2
同理减速时，根据牛顿第二定律有mg－F′＝ma2sin 37°
解得a2＝512 m/s2≈0.42 m/s2。
[答案] (1)见解析图 (2)60 kg (3)0.56 m/s2 0.42 m/s2
【教用·备选例题】
【典例1】 (多选)某同学乘坐电梯时，突然感到背上的背包变轻了，这一现象表明( )
A．电梯可能在上升
B．该同学处于失重状态
C．电梯的加速度方向向上
D．该同学对电梯地板的压力大于地板对该同学的支持力
AB [人突然感到背上的背包变轻了，所以人和背包处于失重状态，则电梯的加速度的方向向下，电梯可能向下加速运动，也可能向上减速运动，故A、B正确，C错误；该同学对电梯地板的压力和地板对该同学的支持力是作用力与反作用力，总是大小相等，方向相反，故D错误。]
【典例2】 一质量为 60 kg 的人站在观光电梯底板上，如图所示的v-t图像是计算机显示的观光电梯在某一段时间内速度变化的情况(竖直向上为正方向)。根据图像提供的信息，可以判断下列说法正确的是(g取10 m/s2)( )
A．在5～10 s内，该人对电梯底板的压力等于500 N
B．在0～5 s内，观光电梯在加速上升，该人所受的支持力为624 N，处于超重状态
C．在10～20 s内，该人所受的支持力为490 N，处于失重状态
D．在20～25 s内，该人所受的支持力为490 N，处于超重状态
B [在5～10 s内，由图像知电梯匀速运动，该人对电梯底板的压力等于他所受的重力，为600 N，A错误；在0～5 s内，由图像知，加速度为a＝ΔvΔt＝25 m/s2＝0.4 m/s2，根据牛顿第二定律得F－mg＝ma，解得F＝624 N，电梯的加速度方向向上，人处于超重状态，B正确；在10～20 s内，该人匀减速上升，加速度方向向下，处于失重状态，由图像知，此时加速度大小为0.2 m/s2，根据牛顿第二定律得mg－F＝ma，解得F＝588 N，C错误；在20～25 s内，观光电梯在加速下降，电梯的加速度方向向下，此时人处于失重状态，D错误。]
1．在身体素质测试“原地纵跳摸高”科目中，某同学按科目要求所做的四个动作过程如图所示，其中处于超重状态的过程是( )
A B C D
C [静止站立时，人所受合力为零，加速度为零，处于平衡状态，故A错误；加速下蹲时，人有竖直向下的加速度，处于失重状态，故B错误；加速上升时，人有竖直向上的加速度，处于超重状态，故C正确；离地上升时，受到重力，加速度是重力加速度，处于完全失重状态，故D错误。]
2．目前大部分手机都内置了加速度传感器，某同学在电梯内利用手机测量电梯运行时的加速度，得到图1所示的图线，经计算机处理后将图线简化为图2所示的a-t图像。已知该同学的质量为60 kg，t＝0时电梯处于静止状态，规定竖直向上为正方向，则下列说法正确的是(g＝10 m/s2)( )
A．t＝16 s时电梯开始向下运动
B．4～9 s内该同学先处于超重状态，后处于失重状态
C．整个过程中，电梯的最大速度大小约为2.5 m/s
D．整个过程中，该同学受到的最大支持力为630 N
D [依题意，结合a-t图像可知，电梯先向上加速，然后匀速，接着再减速，在t＝16 s时电梯的加速度方向开始竖直向下，所以可知电梯在t＝16 s时开始减速向上运动，故A错误；该同学的加速度与电梯加速度相同，在4～9 s内，电梯的加速度方向一直竖直向上，所以该同学一直处于超重状态，故B错误；根据a-t图像围成的面积表示速度的改变量，由题图可知(大于半格的算一格，不足半格的舍去)，整个过程中，电梯在t＝9 s时达到最大速度，可得最大速度大小约为vm≈17×0.1×1 m/s＝1.7 m/s，故C错误；由a-t图像可知整个过程中，该同学竖直向上的最大加速度为0.5 m/s2，根据牛顿第二定律可得FN－mg＝ma，其受到的最大支持力FN＝m(g＋a)＝60×(10＋0.5)N＝630 N，故D正确。]
3．一质量为60 kg的人站在竖直向上运动的升降机底板上，看到升降机顶板上有一竖直悬挂的弹簧测力计，他便将一重为5 N的物体挂上，这时弹簧测力计示数为8 N，重力加速度g取10 m/s2。试计算：
(1)升降机的加速度的大小和方向；
(2)此人对升降机底板的压力。
[解析] (1)由题意可知，升降机、人及物体的加速度相等，对物体进行受力分析，它受重力G和弹簧的拉力F作用。根据牛顿第二定律有
F－G＝ma
解得a＝F-Gm＝8-50.5 m/s2＝6 m/s2，方向竖直向上。
(2)人受升降机底板的支持力FN和重力Mg的作用，根据牛顿第二定律有FN－Mg＝Ma
解得FN＝Mg＋Ma＝960 N
根据牛顿第三定律，此人对升降机底板的压力大小为FN′＝960 N，方向竖直向下。
[答案] (1)6 m/s2，方向竖直向上 (2)960 N，方向竖直向下
回归本节知识，完成以下问题：
1．我们是如何测量物体的重力的？依据的原理是什么？
提示：(1)利用弹簧测力计测重力，依据平衡条件F＝mg。
(2)根据G＝mg，先测物体自由落体运动的加速度g，再用天平测物体的质量。
2．我们常用平衡条件测量重力，测量时要使物体保持静止状态，当物体处于加速或减速状态时，测量值还等于物体的真实重力吗？
提示：不等于。
3．超重、失重现象的实质是什么？
提示：产生超重(失重)现象时，物体的重力并没有变，只是对支持物的压力或对悬挂物的拉力比自身的重力大(或小)。
人体生理的微重效应
人体在漫长的进化过程中，已经适应了周围的物理环境，例如，地球表面的温度、电磁场、重力场等。地球表面的重力场强度大约在9.8 m/s2，作用于所有物体上。人体中的每一器官、组织，细胞以及生物分子都是在这样的重力场中得以演化并赖以生存的。一旦失去了正常的重力场，生物体的器官和组织就将失去平衡，导致一系列的生理变化，甚至危及生命。超重和失重就是两种偏离正常重力场的典型状态。所谓微重力环境就是重力强度大大减少，十分微弱，其大小大约只有地球表面重力场强度的百万分之一。航天员乘坐宇宙飞船在太空中飞行就是在这样的微重环境下生活和工作的。
在太空中，航天员可以毫不费力地飘浮在飞船中，他们用自己的内力去建立运动。在微重力的空间里，方向性已经无意义了，因为只有在地球上由于重力才有“上”“下”的方向概念。在地面上的人们是靠内耳的敏感器官传递信息给大脑，以保持身体的平衡。在太空的微重状态下，与重力有关的振动发生了变化，把神经系统搞乱了，结果内耳的传感系统向大脑传递了模糊不清的信息，身体难以平衡。这种感觉在地球上也能体会到。例如，在海上旅行时，船体在波涛中起伏摇晃，不适应者感到头昏目眩。这就是身体失去平衡产生的感觉，有时称作“运动病”。为了使航天员适应微重状态，可让他们在实验室内做训练。航天员们坐在旋转的椅子上或者旋转的机舱内，以不同的速度旋转，航天员们就可感受到不同的重力条件，以体验他们将要去的太空和星球的重力环境。
失重环境下，太空中航天员想要知道自己是胖了还是瘦了，该怎么办呢？
提示：设计一个弹簧产生恒定的力，和一个加速度测量仪，应用牛顿第二定律F＝ma，就可以算出身体的质量了。
课时分层作业(十八)
题组一 超重和失重现象
1．小孩在蹦床上沿竖直方向蹦跳，对其从最低点到离开床面的过程，下列说法正确的是( )
A．小孩一直处于超重状态
B．小孩一直处于失重状态
C．小孩会经历先超重后失重的过程
D．小孩刚离开蹦床时的速度最大
C [开始小孩受到的弹力大于重力，向上加速，小孩处于超重状态，当小孩受到的弹力小于重力时，向上减速，小孩处于失重状态，小孩经历先超重后失重的过程，故A、B错误，C正确；当小孩所受弹力等于重力时，加速度为零，速度最大，故D错误。]
2．下列几种情况中，升降机绳索拉力最大的是( )
A．以很大的速度匀速上升
B．以很小的速度匀速下降
C．上升时以很大的加速度减速
D．下降时以很大的加速度减速
D [当物体处于超重状态时绳索拉力最大，匀速上升或下降时拉力等于重力，拉力大小与速度大小无关，故A、B错误；上升时以很大的加速度减速是失重状态，故C错误；下降时以很大的加速度减速，加速度向上，是超重状态，故D正确。]
3．人在地面上静止站立时，受到的支持力等于人的重力。做原地纵跳时，在快速下蹲后立即蹬伸的过程中，人受到的地面的支持力会发生变化(如图所示，G为重力，F为支持力)。下列图线能正确反映从下蹲开始到离地过程中地面支持力变化的是( )
A B
C D
A [人在地面上静止站立时，受到的支持力大小等于人的重力大小，在快速下蹲时人先向下加速后向下减速到达最低点，故先具有向下的加速度后具有向上的加速度，则人先处于失重状态后处于超重状态，受到的支持力先减小后增大；在人蹬伸的过程中，从最低点到重力与地面的支持力相等的过程中，人具有向上的加速度，处于超重状态，人从受力平衡位置继续上升时支持力减小，至人完全离开地面时支持力减小到零，故选A。]
4．(多选)原来做匀速运动的升降机内，有一被伸长弹簧拉住的、具有一定质量的物体A静止在地板上，如图所示。现发现A突然被弹簧拉向右方。由此可判断，此时升降机的运动情况可能是( )
A．加速上升B．减速上升
C．加速下降D．减速下降
BC [当升降机匀速运动时，地板对物体施加的静摩擦力与弹簧的弹力平衡，且该静摩擦力小于或等于最大静摩擦力。当升降机有向下的加速度时，物体对地板的正压力必然会减小，则物体与地板之间的最大静摩擦力也会减小，而弹簧的弹力并未改变，故在这种情况下A将被拉向右方。B、C两选项中电梯的加速度是向下的，符合题意。]
题组二 超重与失重的计算
5．(多选)某同学站在电梯中的体重计上，电梯静止时体重计示数如图甲所示，电梯运行过程中体重计的示数如图乙所示，重力加速度g取10 m/s2，由图乙可知此时电梯可能正在( )
A．匀速上升
B．以2 m/s2的加速度减速上升
C．以2 m/s2的加速度加速上升
D．以2 m/s2的加速度减速下降
CD [由题图可知体重计示数增加，所以人处于超重状态。超重时加速度方向向上，则可能的运动情况是加速上升或减速下降，根据牛顿第二定律有FN－mg＝ma，解得a＝2 m/s2，故C、D正确。]
6．(多选)质量为m的人站在电梯中，电梯减速下降，加速度大小为15g(g为重力加速度)，则( )
A．人对电梯的压力大小为45mg
B．人对电梯的压力大小为65mg
C．人处于超重状态
D．人处于失重状态
BC [由于电梯减速下降，所以加速度向上，则人处于超重状态，对人受力分析，受到重力mg、电梯底部的支持力FN，由牛顿第二定律得FN－mg＝ma，解得FN＝65mg，根据牛顿第三定律知人对电梯的压力大小为65mg，故A、D错误，B、C正确。]
7．升降机地板上放一个弹簧式台秤，秤盘放一个质量为20 kg的物体(g＝10 m/s2)，则：
(1)当升降机匀速上升时，物体对台秤的压力大小是多少？
(2)当升降机以1 m/s2的加速度竖直上升时，物体处于超重状态还是失重状态？物体对台秤的压力大小是多少？
(3)当升降机以5 m/s2的加速度减速上升时，物体处于超重状态还是失重状态？物体对台秤的压力大小是多少？
(4)当升降机自由下落时，物体对台秤的压力为多少？
[解析] (1)当升降机匀速上升时，
FN＝mg＝200 N
根据牛顿第三定律可知物体对台秤的压力大小为200 N。
(2)当升降机以1 m/s2的加速度竖直上升时，加速度方向向上，物体处于超重状态，根据牛顿第二定律得FN′－mg＝ma1
解得FN′＝220 N
由牛顿第三定律可知物体对台秤的压力大小为220 N。
(3)当升降机以5 m/s2的加速度减速上升时，加速度方向向下，物体处于失重状态，根据牛顿第二定律得mg－FN″＝ma2
解得FN″＝100 N
由牛顿第三定律，物体对台秤的压力大小为100 N。
(4)当升降机自由下落时，加速度等于重力加速度，则物体处于完全失重状态，则物体对台秤的压力为0。
[答案] (1)200 N (2)超重状态 220 N (3)失重状态 100 N (4)0
8．(多选)如图所示，将游乐场的滑梯简化成倾角为α的斜面，该滑梯的质量为M，放在粗糙水平面上，一个质量为m的小朋友沿滑梯下滑。在滑梯的不同位置，由于小朋友与滑梯间的动摩擦因数不同，小朋友在滑梯上的AB段匀速下滑，在BC段以大小为a的加速度匀减速下滑，滑梯始终保持静止状态，重力加速度大小为g，则( )
A．小朋友在AB段匀速下滑的过程中，地面对滑梯的摩擦力为零
B．小朋友在BC段匀减速下滑的过程中处于失重状态
C．小朋友在BC段匀减速下滑的过程中，地面对滑梯的支持力大小为(M＋m)g＋ma sin α
D．小朋友在BC段匀减速下滑的过程中，滑梯对地面的摩擦力大小为ma sin α，方向水平向左
AC [小朋友在AB段匀速下滑的过程中，小朋友和滑梯组成的系统处于平衡状态，地面对滑梯的支持力大小等于总重力，即为(M＋m)g，整体水平方向合外力为零，则地面对滑梯的摩擦力为零，A正确；小朋友在BC段匀减速下滑时加速度沿斜面向上，处于超重状态，B错误；小朋友在BC段匀减速下滑的过程中，加速度方向沿斜面向上，将加速度进行分解，如图所示。竖直方向根据牛顿第二定律有
FN－(M＋m)g＝ma sin α，解得地面对滑梯的支持力大小为FN＝(M＋m)g＋ma sin α，故C正确；水平方向根据牛顿第二及第三定律可得滑梯对地面的摩擦力大小为f＝ma cs α，方向水平向左，D错误。]
9．(多选)某马戏团演员做滑杆表演，已知竖直滑杆上端固定，下端悬空，滑杆的重力为200 N，在杆的顶部装有一拉力传感器，可以显示杆顶端所受拉力的大小。已知演员在滑杆上做完动作之后，先在杆上静止了0.5 s，然后沿杆下滑，3.5 s末刚好滑到杆底端，并且速度恰好为零。整个过程中演员的v-t图像和传感器显示的拉力随时间的变化情况如图所示，g取10 m/s2。则下列说法正确的是( )
A．演员的重力为600 N
B．演员在第1 s内一直处于超重状态
C．滑杆顶端所受的最小拉力为620 N
D．滑杆顶端所受的最大拉力为900 N
AC [演员在滑杆上静止时，传感器显示的拉力 800 N 等于演员和滑杆的重力之和，则演员的重力为600 N，A正确；演员在第1 s内先静止后匀加速下滑，加速下滑时处于失重状态，B错误；演员匀加速下滑时滑杆顶端所受的拉力最小，匀加速下滑的加速度大小a1＝3 m/s2，对演员，由牛顿第二定律得mg－Ff1＝ma1，解得Ff1＝420 N，对滑杆，由平衡条件知，最小拉力F1＝420 N＋200 N＝620 N，C正确；匀减速下滑时滑杆顶端所受的拉力最大，匀减速下滑的加速度大小a2＝1.5 m/s2，对演员，由牛顿第二定律得Ff2－mg＝ma2，解得Ff2＝690 N，对滑杆，由平衡条件得，最大拉力F2＝690 N＋200 N＝890 N, D错误。]
10．如图所示，一个质量M＝50 kg的人站在升降机的地板上，升降机的顶部悬挂了一只弹簧测力计，测力计下挂着一个质量m＝5 kg的物体A。当升降机向上运动时，她看到弹簧测力计的示数为40 N，g取10 m/s2，求：
(1)升降机的加速度；
(2)此时人对地板的压力。
[解析] (1)对A受力分析，根据牛顿第二定律得
mg－F弹＝ma
解得a＝g－F弹m＝10-405 m/s2＝2 m/s2，则升降机的加速度为2 m/s2，方向竖直向下。
(2)对人分析，根据牛顿第二定律得
Mg－N＝Ma
解得N＝Mg－Ma＝50×(10－2)N＝400 N
则由牛顿第三定律知人对升降机地板的压力大小为400 N，方向竖直向下。
[答案] (1)2 m/s2，方向竖直向下 (2)400 N，方向竖直向下
11．在电梯中，把一物体置于水平台秤上，台秤与力传感器相连，电梯先从静止开始加速上升，然后又匀速运动一段时间，最后停止运动；传感器的屏幕上显示出其所受的压力与时间的关系图像，如图所示(g取10 m/s2)，则：
(1)电梯在启动阶段经历了多长时间的加速上升过程？
(2)该物体的重力是多大？电梯在超重和失重时物体的重力是否变化？
(3)算出电梯在超重和失重时的最大加速度分别是多大？
[解析] (1)由题图可知，电梯在启动阶段经历了4 s加速上升过程。
(2)根据题意知，在4～18 s时间内，物体随电梯一起匀速运动，由平衡条件及牛顿第三定律知，台秤所受的压力大小和物体的重力相等，即G＝30 N
根据超重和失重的本质知物体的重力不变。
(3)超重时：台秤对物体的支持力最大为FN1＝50 N
由牛顿第二定律得FN1－mg＝ma1，则
a1＝FN1-mgm＝50-303 m/s2＝203 m/s2
失重时：台秤对物体的支持力最小为FN2＝10 N
由牛顿第二定律得mg－FN2＝ma2，则
a2＝mg-FN2m＝30-103 m/s2＝203 m/s2。
[答案] (1)4 s (2)30 N 不变 (3)203 m/s2 203 m/s2特征
状态
加速度
物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)(F)与重力关系
运动情况
受力图
平衡
a＝0
F＝mg
静止或匀速直线运动
超重
向上
F＝m(g＋a)>mg
向上加速或向下减速
失重
向下
F＝m(g－a)向下加速或向上减速
完全
失重
a＝g
F＝0
自由落体运动、抛体运动、沿圆轨道运行的卫星
任务2．会应用牛顿第二定律分析超重和失重现象发生的动力学原因，理解超重和失重现象的本质。
任务3．了解超重和失重现象在各个领域的应用，解释生活中的超重和失重现象。
[问题初探] 问题1 超重是否是物体受到的重力增加了？
问题2 物体处于超重状态时，物体一定在上升吗？
问题3 航天员在太空中处于完全失重状态，是否航天员在太空中不受重力的作用？
[自我感知] 经过你认真的预习，结合你对本节课的理解和认识，请画出本节课的知识逻辑体系。
超重和失重现象
[链接教材] 如图所示，蹲在体重计上向上站起来的过程，你会发现体重计如何变化？
提示：体重计的示数先变大，后变小，再变大。
1．重力的测量
方法一：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，利用牛顿第二定律得：G＝mg。
方法二：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，这时测力计的示数反映了物体所受的重力大小。
2．超重和失重
(1)体重计的示数反映了人对体重计的压力。
(2)失重
①定义：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。
②产生条件：物体具有竖直向下(选填“竖直向上”或“竖直向下”)的加速度。
(3)超重
①定义：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。
②产生条件：物体具有竖直向上(选填“竖直向上”或“竖直向下”)的加速度。
(4)完全失重
①定义：物体对支持物(或悬挂物)完全没有作用力的状态。
②产生条件：a＝g，方向竖直向下。
如图所示，找一个用过的易拉罐、金属罐头盒或塑料瓶，在靠近底部的侧面打一个洞，用手指按住洞，在里面装上水。
问题1 移开手指，水就从洞中射出来，这是为什么？
提示：水能从洞中流出的原因是水能产生压力，静止时，洞之上的水产生的压力把洞附近的水压出。
问题2 如果放开手，让瓶子自由落下，在下落的过程中，水将不再从洞中射出。实际做一做，观察所产生的现象。怎样解释这一现象？
提示：在瓶子自由落下的过程中，水处于完全失重状态，洞附近的水不再受压力，所以水将不再从洞中射出。
问题3 处于完全失重状态的物体所受重力为零吗？
提示：不为零，仍受重力作用。
超重和失重的理解与判断
(1)重力：物体所受重力不会因物体运动状态的改变而变化。
(2)当物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)与物体的重力不同时，即发生了超重或失重现象。
(3)判断物体超重与失重的方法
①从受力的角度判断
超重：物体所受向上的拉力(或支持力)大于重力。
失重：物体所受向上的拉力(或支持力)小于重力。
②从加速度的角度判断
当物体的加速度方向向上(或竖直分量向上)时，处于超重状态。
当物体的加速度方向向下(或竖直分量向下)时，处于失重状态。
【典例1】 (超重、失重的判断)2023年10月26日神舟十七号航天员乘组进驻中国空间站，航天员在火箭发射与飞船回收的过程中均要经受超重与失重的考验，下列说法正确的是( )
A．火箭加速上升时，航天员处于超重状态
B．火箭加速上升时，航天员对座椅的压力小于自身重力
C．在飞船绕地球运行时，航天员处于完全失重状态，则航天员的重力消失了
D．飞船落地前减速下落时，航天员处于失重状态
A [火箭加速上升时，加速度方向向上，根据牛顿第二定律可知航天员受到的支持力大于自身的重力，航天员处于超重状态，对座椅的压力大于自身重力，选项A正确，B错误；航天员处于完全失重状态时，仍然受重力，选项C错误；飞船落地前减速下落时，加速度方向向上，根据牛顿第二定律可知航天员受到的支持力大于自身的重力，航天员处于超重状态，选项D错误。]
【典例2】 (与图像结合的超重、失重问题)某电梯运行时可简化成只受重力与绳索拉力，已知电梯在t＝0时由静止开始上升，其加速度a与时间t的关系如图所示。下列相关说法正确的是( )
A．t＝6 s时，电梯处于失重状态
B．7～53 s时间内，绳索拉力最小
C．t＝59 s时，电梯处于超重状态
D．t＝60 s时，电梯速度恰好为0
D [根据a-t图像可知t＝6 s时电梯的加速度向上，电梯处于超重状态，故A错误；53～60 s时间内，加速度的方向向下，电梯处于失重状态，绳索的拉力小于电梯的重力，而7～53 s时间内，a＝0，电梯处于平衡状态，绳索拉力等于电梯的重力，应大于电梯失重时绳索的拉力，所以这段时间内绳索拉力不是最小，故B错误；t＝59 s时，电梯减速向上运动，加速度方向向下，电梯处于失重状态，故C错误；根据a-t图像与横轴所围的面积表示速度的变化量，由几何知识可知，60 s内电梯速度的变化量为0，而电梯的初速度为0，所以t＝60 s时，电梯速度恰好为0，故D正确。]
超重与失重的计算
小明为了研究超重、失重和完全失重情况下物体的受力情况，用一个弹簧测力计悬吊着重物，通过控制整体的运动情况来观察弹簧测力计的示数。
问题1 让挂着重物的测力计缓缓地向上或向下做匀速运动，观察测力计的示数有无变化。
提示：没有发生变化。
问题2 使挂着重物的测力计突然竖直向上做加速运动(如图所示)，仔细观察在加速的瞬间测力计示数有无变化。
提示：测力计示数有变化。
问题3 如有变化，如何判断是变大还是变小？
提示：由牛顿第二定律可知T－mg＝ma，求出测力计示数T＝mg＋ma与重力进行比较。
1．平衡、超重、失重、完全失重的比较
2．解决超重、失重问题的基本思路
(1)明确研究对象，进行受力分析。
(2)判断加速度的方向，并建立合理的坐标轴。
(3)应用牛顿第二定律列出方程。
(4)代入数据求解，必要时进行讨论。
【典例3】 (超重现象的计算)快递可以用无人机进行运载。在某次无人机竖直飞行试验中，无人机的质量为M，货物的质量为m，无人机与货物间通过轻绳相连，如图所示。无人机以恒定动力F从地面开始加速上升，不计空气阻力，重力加速度为g。则在无人机加速上升过程中( )
A．货物处于失重状态
B．加速度大小a＝FM－g
C．轻绳上的拉力大小FT＝mMF
D．轻绳上的拉力大小FT＝mM+mF
D [无人机加速上升，货物处于超重状态，故A错误；取无人机与货物整体为研究对象，进行受力分析，根据牛顿第二定律有F－(M＋m)g＝(M＋m)a，解得a＝FM+m－g，故B错误；取货物为研究对象，进行受力分析，根据牛顿第二定律有FT－mg＝ma，得FT＝mFM+m，故C错误，D正确。]
【典例4】 (失重现象的计算)某人在地面上最多能举起50 kg 的物体，当他在竖直向上运动的电梯中最多举起60 kg的物体时，电梯加速度的大小和方向为(g＝10 m/s2)( )
A．2 m/s2 竖直向上
B．53 m/s2 竖直向上
C．2 m/s2 竖直向下
D．53 m/s2 竖直向下
D [由题意可知，在地面上，人能承受的最大压力为Fm＝mg＝500 N，在电梯中人能举起60 kg的物体，物体一定处于失重状态，对60 kg的物体：m′g－Fm＝m′a，即a＝600-50060 m/s2＝53 m/s2，方向竖直向下，选项D正确。]
【典例5】 (超重、失重的综合计算)某同学设计了一个测量长距离电动扶梯加速度的实验。将一电子健康秤置于水平的扶梯台阶上，实验员站在健康秤上相对健康秤静止。使电动扶梯由静止开始斜向上运动，整个运动过程可分为三个阶段，先加速、再匀速、最终减速停下。已知电动扶梯与水平方向夹角为37°。重力加速度g取10 m/s2，sin 37°＝0.6，cs 37°＝0.8。某次测量的三个阶段中电子健康秤的示数F随时间t的变化关系，如图所示。
(1)画出加速过程中实验员的受力示意图；
(2)求该次测量中实验员的质量m；
(3)求该次测量中电动扶梯加速过程的加速度大小a1和减速过程的加速度大小a2(结果保留两位有效数字)。
[解析] (1)加速过程，加速度斜向右上方，分解后，既有水平向右的加速度，又有竖直向上的加速度，所以水平方向要有水平向右的摩擦力，竖直方向上支持力大于重力，受力示意图如图所示。
(2)3～6 s电动扶梯匀速运动，实验员受力平衡
F＝mg＝600 N
解得m＝60 kg。
(3)加速阶段，对加速度分解如图所示
竖直方向上，根据牛顿第二定律有
F－mg＝ma1sin 37°
解得a1＝59 m/s2≈0.56 m/s2
同理减速时，根据牛顿第二定律有mg－F′＝ma2sin 37°
解得a2＝512 m/s2≈0.42 m/s2。
[答案] (1)见解析图 (2)60 kg (3)0.56 m/s2 0.42 m/s2
【教用·备选例题】
【典例1】 (多选)某同学乘坐电梯时，突然感到背上的背包变轻了，这一现象表明( )
A．电梯可能在上升
B．该同学处于失重状态
C．电梯的加速度方向向上
D．该同学对电梯地板的压力大于地板对该同学的支持力
AB [人突然感到背上的背包变轻了，所以人和背包处于失重状态，则电梯的加速度的方向向下，电梯可能向下加速运动，也可能向上减速运动，故A、B正确，C错误；该同学对电梯地板的压力和地板对该同学的支持力是作用力与反作用力，总是大小相等，方向相反，故D错误。]
【典例2】 一质量为 60 kg 的人站在观光电梯底板上，如图所示的v-t图像是计算机显示的观光电梯在某一段时间内速度变化的情况(竖直向上为正方向)。根据图像提供的信息，可以判断下列说法正确的是(g取10 m/s2)( )
A．在5～10 s内，该人对电梯底板的压力等于500 N
B．在0～5 s内，观光电梯在加速上升，该人所受的支持力为624 N，处于超重状态
C．在10～20 s内，该人所受的支持力为490 N，处于失重状态
D．在20～25 s内，该人所受的支持力为490 N，处于超重状态
B [在5～10 s内，由图像知电梯匀速运动，该人对电梯底板的压力等于他所受的重力，为600 N，A错误；在0～5 s内，由图像知，加速度为a＝ΔvΔt＝25 m/s2＝0.4 m/s2，根据牛顿第二定律得F－mg＝ma，解得F＝624 N，电梯的加速度方向向上，人处于超重状态，B正确；在10～20 s内，该人匀减速上升，加速度方向向下，处于失重状态，由图像知，此时加速度大小为0.2 m/s2，根据牛顿第二定律得mg－F＝ma，解得F＝588 N，C错误；在20～25 s内，观光电梯在加速下降，电梯的加速度方向向下，此时人处于失重状态，D错误。]
1．在身体素质测试“原地纵跳摸高”科目中，某同学按科目要求所做的四个动作过程如图所示，其中处于超重状态的过程是( )
A B C D
C [静止站立时，人所受合力为零，加速度为零，处于平衡状态，故A错误；加速下蹲时，人有竖直向下的加速度，处于失重状态，故B错误；加速上升时，人有竖直向上的加速度，处于超重状态，故C正确；离地上升时，受到重力，加速度是重力加速度，处于完全失重状态，故D错误。]
2．目前大部分手机都内置了加速度传感器，某同学在电梯内利用手机测量电梯运行时的加速度，得到图1所示的图线，经计算机处理后将图线简化为图2所示的a-t图像。已知该同学的质量为60 kg，t＝0时电梯处于静止状态，规定竖直向上为正方向，则下列说法正确的是(g＝10 m/s2)( )
A．t＝16 s时电梯开始向下运动
B．4～9 s内该同学先处于超重状态，后处于失重状态
C．整个过程中，电梯的最大速度大小约为2.5 m/s
D．整个过程中，该同学受到的最大支持力为630 N
D [依题意，结合a-t图像可知，电梯先向上加速，然后匀速，接着再减速，在t＝16 s时电梯的加速度方向开始竖直向下，所以可知电梯在t＝16 s时开始减速向上运动，故A错误；该同学的加速度与电梯加速度相同，在4～9 s内，电梯的加速度方向一直竖直向上，所以该同学一直处于超重状态，故B错误；根据a-t图像围成的面积表示速度的改变量，由题图可知(大于半格的算一格，不足半格的舍去)，整个过程中，电梯在t＝9 s时达到最大速度，可得最大速度大小约为vm≈17×0.1×1 m/s＝1.7 m/s，故C错误；由a-t图像可知整个过程中，该同学竖直向上的最大加速度为0.5 m/s2，根据牛顿第二定律可得FN－mg＝ma，其受到的最大支持力FN＝m(g＋a)＝60×(10＋0.5)N＝630 N，故D正确。]
3．一质量为60 kg的人站在竖直向上运动的升降机底板上，看到升降机顶板上有一竖直悬挂的弹簧测力计，他便将一重为5 N的物体挂上，这时弹簧测力计示数为8 N，重力加速度g取10 m/s2。试计算：
(1)升降机的加速度的大小和方向；
(2)此人对升降机底板的压力。
[解析] (1)由题意可知，升降机、人及物体的加速度相等，对物体进行受力分析，它受重力G和弹簧的拉力F作用。根据牛顿第二定律有
F－G＝ma
解得a＝F-Gm＝8-50.5 m/s2＝6 m/s2，方向竖直向上。
(2)人受升降机底板的支持力FN和重力Mg的作用，根据牛顿第二定律有FN－Mg＝Ma
解得FN＝Mg＋Ma＝960 N
根据牛顿第三定律，此人对升降机底板的压力大小为FN′＝960 N，方向竖直向下。
[答案] (1)6 m/s2，方向竖直向上 (2)960 N，方向竖直向下
回归本节知识，完成以下问题：
1．我们是如何测量物体的重力的？依据的原理是什么？
提示：(1)利用弹簧测力计测重力，依据平衡条件F＝mg。
(2)根据G＝mg，先测物体自由落体运动的加速度g，再用天平测物体的质量。
2．我们常用平衡条件测量重力，测量时要使物体保持静止状态，当物体处于加速或减速状态时，测量值还等于物体的真实重力吗？
提示：不等于。
3．超重、失重现象的实质是什么？
提示：产生超重(失重)现象时，物体的重力并没有变，只是对支持物的压力或对悬挂物的拉力比自身的重力大(或小)。
人体生理的微重效应
人体在漫长的进化过程中，已经适应了周围的物理环境，例如，地球表面的温度、电磁场、重力场等。地球表面的重力场强度大约在9.8 m/s2，作用于所有物体上。人体中的每一器官、组织，细胞以及生物分子都是在这样的重力场中得以演化并赖以生存的。一旦失去了正常的重力场，生物体的器官和组织就将失去平衡，导致一系列的生理变化，甚至危及生命。超重和失重就是两种偏离正常重力场的典型状态。所谓微重力环境就是重力强度大大减少，十分微弱，其大小大约只有地球表面重力场强度的百万分之一。航天员乘坐宇宙飞船在太空中飞行就是在这样的微重环境下生活和工作的。
在太空中，航天员可以毫不费力地飘浮在飞船中，他们用自己的内力去建立运动。在微重力的空间里，方向性已经无意义了，因为只有在地球上由于重力才有“上”“下”的方向概念。在地面上的人们是靠内耳的敏感器官传递信息给大脑，以保持身体的平衡。在太空的微重状态下，与重力有关的振动发生了变化，把神经系统搞乱了，结果内耳的传感系统向大脑传递了模糊不清的信息，身体难以平衡。这种感觉在地球上也能体会到。例如，在海上旅行时，船体在波涛中起伏摇晃，不适应者感到头昏目眩。这就是身体失去平衡产生的感觉，有时称作“运动病”。为了使航天员适应微重状态，可让他们在实验室内做训练。航天员们坐在旋转的椅子上或者旋转的机舱内，以不同的速度旋转，航天员们就可感受到不同的重力条件，以体验他们将要去的太空和星球的重力环境。
失重环境下，太空中航天员想要知道自己是胖了还是瘦了，该怎么办呢？
提示：设计一个弹簧产生恒定的力，和一个加速度测量仪，应用牛顿第二定律F＝ma，就可以算出身体的质量了。
课时分层作业(十八)
题组一 超重和失重现象
1．小孩在蹦床上沿竖直方向蹦跳，对其从最低点到离开床面的过程，下列说法正确的是( )
A．小孩一直处于超重状态
B．小孩一直处于失重状态
C．小孩会经历先超重后失重的过程
D．小孩刚离开蹦床时的速度最大
C [开始小孩受到的弹力大于重力，向上加速，小孩处于超重状态，当小孩受到的弹力小于重力时，向上减速，小孩处于失重状态，小孩经历先超重后失重的过程，故A、B错误，C正确；当小孩所受弹力等于重力时，加速度为零，速度最大，故D错误。]
2．下列几种情况中，升降机绳索拉力最大的是( )
A．以很大的速度匀速上升
B．以很小的速度匀速下降
C．上升时以很大的加速度减速
D．下降时以很大的加速度减速
D [当物体处于超重状态时绳索拉力最大，匀速上升或下降时拉力等于重力，拉力大小与速度大小无关，故A、B错误；上升时以很大的加速度减速是失重状态，故C错误；下降时以很大的加速度减速，加速度向上，是超重状态，故D正确。]
3．人在地面上静止站立时，受到的支持力等于人的重力。做原地纵跳时，在快速下蹲后立即蹬伸的过程中，人受到的地面的支持力会发生变化(如图所示，G为重力，F为支持力)。下列图线能正确反映从下蹲开始到离地过程中地面支持力变化的是( )
A B
C D
A [人在地面上静止站立时，受到的支持力大小等于人的重力大小，在快速下蹲时人先向下加速后向下减速到达最低点，故先具有向下的加速度后具有向上的加速度，则人先处于失重状态后处于超重状态，受到的支持力先减小后增大；在人蹬伸的过程中，从最低点到重力与地面的支持力相等的过程中，人具有向上的加速度，处于超重状态，人从受力平衡位置继续上升时支持力减小，至人完全离开地面时支持力减小到零，故选A。]
4．(多选)原来做匀速运动的升降机内，有一被伸长弹簧拉住的、具有一定质量的物体A静止在地板上，如图所示。现发现A突然被弹簧拉向右方。由此可判断，此时升降机的运动情况可能是( )
A．加速上升B．减速上升
C．加速下降D．减速下降
BC [当升降机匀速运动时，地板对物体施加的静摩擦力与弹簧的弹力平衡，且该静摩擦力小于或等于最大静摩擦力。当升降机有向下的加速度时，物体对地板的正压力必然会减小，则物体与地板之间的最大静摩擦力也会减小，而弹簧的弹力并未改变，故在这种情况下A将被拉向右方。B、C两选项中电梯的加速度是向下的，符合题意。]
题组二 超重与失重的计算
5．(多选)某同学站在电梯中的体重计上，电梯静止时体重计示数如图甲所示，电梯运行过程中体重计的示数如图乙所示，重力加速度g取10 m/s2，由图乙可知此时电梯可能正在( )
A．匀速上升
B．以2 m/s2的加速度减速上升
C．以2 m/s2的加速度加速上升
D．以2 m/s2的加速度减速下降
CD [由题图可知体重计示数增加，所以人处于超重状态。超重时加速度方向向上，则可能的运动情况是加速上升或减速下降，根据牛顿第二定律有FN－mg＝ma，解得a＝2 m/s2，故C、D正确。]
6．(多选)质量为m的人站在电梯中，电梯减速下降，加速度大小为15g(g为重力加速度)，则( )
A．人对电梯的压力大小为45mg
B．人对电梯的压力大小为65mg
C．人处于超重状态
D．人处于失重状态
BC [由于电梯减速下降，所以加速度向上，则人处于超重状态，对人受力分析，受到重力mg、电梯底部的支持力FN，由牛顿第二定律得FN－mg＝ma，解得FN＝65mg，根据牛顿第三定律知人对电梯的压力大小为65mg，故A、D错误，B、C正确。]
7．升降机地板上放一个弹簧式台秤，秤盘放一个质量为20 kg的物体(g＝10 m/s2)，则：
(1)当升降机匀速上升时，物体对台秤的压力大小是多少？
(2)当升降机以1 m/s2的加速度竖直上升时，物体处于超重状态还是失重状态？物体对台秤的压力大小是多少？
(3)当升降机以5 m/s2的加速度减速上升时，物体处于超重状态还是失重状态？物体对台秤的压力大小是多少？
(4)当升降机自由下落时，物体对台秤的压力为多少？
[解析] (1)当升降机匀速上升时，
FN＝mg＝200 N
根据牛顿第三定律可知物体对台秤的压力大小为200 N。
(2)当升降机以1 m/s2的加速度竖直上升时，加速度方向向上，物体处于超重状态，根据牛顿第二定律得FN′－mg＝ma1
解得FN′＝220 N
由牛顿第三定律可知物体对台秤的压力大小为220 N。
(3)当升降机以5 m/s2的加速度减速上升时，加速度方向向下，物体处于失重状态，根据牛顿第二定律得mg－FN″＝ma2
解得FN″＝100 N
由牛顿第三定律，物体对台秤的压力大小为100 N。
(4)当升降机自由下落时，加速度等于重力加速度，则物体处于完全失重状态，则物体对台秤的压力为0。
[答案] (1)200 N (2)超重状态 220 N (3)失重状态 100 N (4)0
8．(多选)如图所示，将游乐场的滑梯简化成倾角为α的斜面，该滑梯的质量为M，放在粗糙水平面上，一个质量为m的小朋友沿滑梯下滑。在滑梯的不同位置，由于小朋友与滑梯间的动摩擦因数不同，小朋友在滑梯上的AB段匀速下滑，在BC段以大小为a的加速度匀减速下滑，滑梯始终保持静止状态，重力加速度大小为g，则( )
A．小朋友在AB段匀速下滑的过程中，地面对滑梯的摩擦力为零
B．小朋友在BC段匀减速下滑的过程中处于失重状态
C．小朋友在BC段匀减速下滑的过程中，地面对滑梯的支持力大小为(M＋m)g＋ma sin α
D．小朋友在BC段匀减速下滑的过程中，滑梯对地面的摩擦力大小为ma sin α，方向水平向左
AC [小朋友在AB段匀速下滑的过程中，小朋友和滑梯组成的系统处于平衡状态，地面对滑梯的支持力大小等于总重力，即为(M＋m)g，整体水平方向合外力为零，则地面对滑梯的摩擦力为零，A正确；小朋友在BC段匀减速下滑时加速度沿斜面向上，处于超重状态，B错误；小朋友在BC段匀减速下滑的过程中，加速度方向沿斜面向上，将加速度进行分解，如图所示。竖直方向根据牛顿第二定律有
FN－(M＋m)g＝ma sin α，解得地面对滑梯的支持力大小为FN＝(M＋m)g＋ma sin α，故C正确；水平方向根据牛顿第二及第三定律可得滑梯对地面的摩擦力大小为f＝ma cs α，方向水平向左，D错误。]
9．(多选)某马戏团演员做滑杆表演，已知竖直滑杆上端固定，下端悬空，滑杆的重力为200 N，在杆的顶部装有一拉力传感器，可以显示杆顶端所受拉力的大小。已知演员在滑杆上做完动作之后，先在杆上静止了0.5 s，然后沿杆下滑，3.5 s末刚好滑到杆底端，并且速度恰好为零。整个过程中演员的v-t图像和传感器显示的拉力随时间的变化情况如图所示，g取10 m/s2。则下列说法正确的是( )
A．演员的重力为600 N
B．演员在第1 s内一直处于超重状态
C．滑杆顶端所受的最小拉力为620 N
D．滑杆顶端所受的最大拉力为900 N
AC [演员在滑杆上静止时，传感器显示的拉力 800 N 等于演员和滑杆的重力之和，则演员的重力为600 N，A正确；演员在第1 s内先静止后匀加速下滑，加速下滑时处于失重状态，B错误；演员匀加速下滑时滑杆顶端所受的拉力最小，匀加速下滑的加速度大小a1＝3 m/s2，对演员，由牛顿第二定律得mg－Ff1＝ma1，解得Ff1＝420 N，对滑杆，由平衡条件知，最小拉力F1＝420 N＋200 N＝620 N，C正确；匀减速下滑时滑杆顶端所受的拉力最大，匀减速下滑的加速度大小a2＝1.5 m/s2，对演员，由牛顿第二定律得Ff2－mg＝ma2，解得Ff2＝690 N，对滑杆，由平衡条件得，最大拉力F2＝690 N＋200 N＝890 N, D错误。]
10．如图所示，一个质量M＝50 kg的人站在升降机的地板上，升降机的顶部悬挂了一只弹簧测力计，测力计下挂着一个质量m＝5 kg的物体A。当升降机向上运动时，她看到弹簧测力计的示数为40 N，g取10 m/s2，求：
(1)升降机的加速度；
(2)此时人对地板的压力。
[解析] (1)对A受力分析，根据牛顿第二定律得
mg－F弹＝ma
解得a＝g－F弹m＝10-405 m/s2＝2 m/s2，则升降机的加速度为2 m/s2，方向竖直向下。
(2)对人分析，根据牛顿第二定律得
Mg－N＝Ma
解得N＝Mg－Ma＝50×(10－2)N＝400 N
则由牛顿第三定律知人对升降机地板的压力大小为400 N，方向竖直向下。
[答案] (1)2 m/s2，方向竖直向下 (2)400 N，方向竖直向下
11．在电梯中，把一物体置于水平台秤上，台秤与力传感器相连，电梯先从静止开始加速上升，然后又匀速运动一段时间，最后停止运动；传感器的屏幕上显示出其所受的压力与时间的关系图像，如图所示(g取10 m/s2)，则：
(1)电梯在启动阶段经历了多长时间的加速上升过程？
(2)该物体的重力是多大？电梯在超重和失重时物体的重力是否变化？
(3)算出电梯在超重和失重时的最大加速度分别是多大？
[解析] (1)由题图可知，电梯在启动阶段经历了4 s加速上升过程。
(2)根据题意知，在4～18 s时间内，物体随电梯一起匀速运动，由平衡条件及牛顿第三定律知，台秤所受的压力大小和物体的重力相等，即G＝30 N
根据超重和失重的本质知物体的重力不变。
(3)超重时：台秤对物体的支持力最大为FN1＝50 N
由牛顿第二定律得FN1－mg＝ma1，则
a1＝FN1-mgm＝50-303 m/s2＝203 m/s2
失重时：台秤对物体的支持力最小为FN2＝10 N
由牛顿第二定律得mg－FN2＝ma2，则
a2＝mg-FN2m＝30-103 m/s2＝203 m/s2。
[答案] (1)4 s (2)30 N 不变 (3)203 m/s2 203 m/s2特征
状态
加速度
物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)(F)与重力关系
运动情况
受力图
平衡
a＝0
F＝mg
静止或匀速直线运动
超重
向上
F＝m(g＋a)>mg
向上加速或向下减速
失重
向下
F＝m(g－a)
完全
失重
a＝g
F＝0
自由落体运动、抛体运动、沿圆轨道运行的卫星
相关学案
人教版 (2019)6 超重和失重导学案及答案： 这是一份人教版 (2019)6 超重和失重导学案及答案，共8页。
人教版 (2019)必修 第一册第四章 运动和力的关系6 超重和失重学案设计： 这是一份人教版 (2019)必修 第一册第四章 运动和力的关系6 超重和失重学案设计，共13页。学案主要包含了重力的测量，超重和失重等内容，欢迎下载使用。
高中物理6 超重和失重学案及答案： 这是一份高中物理6 超重和失重学案及答案，共14页。
