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第21讲超重和失重
1.结合生活体验,通过实验认识超重和失重现象,理解产生超重、失重现象的条件和实质。
2.进一步熟练掌握应用牛顿运动定律解决问题的方法和步骤。
一、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,利用牛顿第二定律可得G=mg。
方法二:利用力的平衡条件对重力进行测量。
二、超重和失重
1.超重现象: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。
2.失重现象: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。
3.完全失重现象:物体对支持物(或悬挂物)完全没有作用力的现象。
物体的重力始终存在,大小没有变化。
2.对超重、失重的“三点”理解
(1)发生超重和失重时,物体所受的重力并没有变化。
(2)物体处于超重还是失重状态,只取决于加速度的方向,与物体的运动方向无关。
(3)在完全失重状态下,由重力引起的现象将消失。例如:液体的压强、浮力将为零,水银压强计、天平将无法使用;摆钟停摆;弹簧测力计不能测重力等。
3.超重、失重、运动情况与受力情况的比较
特征
状态
加速度
视重(F)与重力的关系
运动情况
受力图
平衡
a=0
F=mg
静止或匀速直线运动
超重
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
完全失重
方向向下
a=g
F=0
抛体运动、自由落体运动、卫星的运动等
考点一:生活中的超重失重
【例1】蹦极是一项非常刺激的体育运动。某人身系弹性绳自高空p点自由下落,图中a点是弹性绳的原长位置,c是人所到达的最低点,b是人静止悬吊时的位置,人在从p点下落到最低点c点的过程中,下列说法错误的是()
??
A.在pa段做自由落体运动,处于完全失重状态
B.在ac段绳的拉力先小于人的重力后大于人的重力,速度先增大后减小,加速度先减小后增大
C.在b点速度最大,加速度为零
D.在c点,速度为零,处于平衡状态
【答案】D
【详解】A.a点是弹性绳的原长位置,故a点之前人只受重力,人做自由落体运动,处于完全失重状态,故A正确,不符合题意;
B.在ac段绳的拉力先小于人的重力后大于人的重力,由牛顿第二定律知加速度先减小后增大,物体先加速运动,后减速运动,所以速度先增大后减小,故B正确,不符合题意;
C.b是人静止悬吊时的位置,所以此点拉力等于重力,此位置加速度为零,速度最大,故C正确,不符合题意;
D.c是人所到达的最低点,故c点速度为零,但受到合力不为零,有向上的加速度,故D错误,符合题意。
故选D。
考点二:通过图像判断超重失重
【例2】某实验小组利用DIS系统观察超重和失重现象。他们在学校电梯房内做实验,在电梯天花板上固定一个力传感器,测量挂钩向下,并在挂钩上悬挂一个重为10N的钩码,在电梯运动过程中,计算机显示屏上显示出如图所示图象,以下根据图象分析所得结论错误的是()
A.该图象显示出了力传感器对钩码的拉力大小随时间的变化情况
B.从时刻t1到t2,钩码处于失重状态,从时刻t3到t4,钩码处于超重状态
C.电梯可能先加速向下,接着匀速向下,再减速向下,最后静止
D.电梯可能先加速向上,接着匀速向上,再减速向上,最后静止
【答案】D
【详解】A.题图中图象显示了力传感器对钩码的拉力大小随时间的变化情况。故A正确,不符合题意;
B.0~t1,钩码受力平衡;t1~t2,拉力小于10N,钩码处于失重状态;t2~t3,钩码受力平衡;t3~t4,拉力大于10N,钩码处于超重状态。故B正确,不符合题意;
CD.由于不知道电梯运动方向,则电梯可能先加速向下,接着匀速向下,再减速向下,最后静止;电梯也可能先匀速向上,接着减速向上,再静止,然后加速向上,最后匀速。故C正确,不符合题意,D错误,符合题意。故选D。
1.下列关于失重和超重的说法中,正确的是()
A.物体处于失重状态时,所受重力减小;处于超重状态时,所受重力增大
B.在电梯上出现失重现象时,电梯必定处于下降过程
C.在电梯上出现超重现象时,电梯有可能处于下降过程
D.只要物体运动的加速度方向向上,物体必定处于失重状态
【答案】C
【详解】AD.加速度方向向下,物体处于失重状态,加速度方向向上,物体处于超重状态,超重和失重并非物体的重力增大或减小,而是使悬绳(或支持面)的弹力增大或减小,故AD均错误;
BC.电梯加速向上运动时,物体处于超重状态,电梯减速下降时,物体也处于超重状态,电梯减速上升时,物体处于失重状态,故B错误,C正确。故选C。
2.一个站在升降机上的人,用弹簧测力计提着一个质量为1kg的鱼,弹簧测力计的读数为12N,该人的体重为750N,则他对升降机地板的压力为(g取10m/s2)()
A.7
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