推荐高一物理力学专题提升专题10超重与失重现象Word下载.docx
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物体对支持我的压力(或对悬挂物的拉力)小于物体所受重力的现象。
物体具有向下的加速度
完全失重:
物体对支持我的压力(或对悬挂物的拉力)等于零的现象
物体的加速度a=g,且加速度方向向下。
2、对超重、视重的理解
(1)不论超重、失重或完全失重,物体的重力都不变,只是“视重“改变
(2)物体是否处于超重或失重状态,不在于物体向上运动还是向下运动,而在于物体具
有向上的加速度还是向下的加速度,这也是判断物体超重或失重的根本所在。
加速度情况
超重或失重
视重F
a=0
不超重、不失重
F=mg
a的方向向上
超重
F=m(g+a)
a的方向向下
失重
F=m(g-a)
a=g,竖直向下
完全
F=0
【典例精讲】
通过运动分析物体处于超重还是失重,并判断压力或拉力的大小
典例1一质量为m的人站在电梯中,电梯减速上升,加速大小为
g,g为重力加速度.人对电梯底部的压力为()
A.
mgB.2mgC.mgD.
mg
【答案】A
【解析】由于电梯减速上升,故加速度向下,对人受力分析,受到重力mg,地板支持力FN,
由牛顿第二定律:
mg-FN=ma,即:
mg-FN=
mg,解得:
FN=
mg,根据牛顿第三定律,则人对电梯底部的压力为
mg,A正确.
典例2一种巨型娱乐器械由升降机送到离地面75m的高处,然后让座舱自由落下.落到离地面30m高时,制动系统开始启动,座舱均匀减速,到地面时刚好停下.若座舱中某人用手托着m=5kg的铅球,g取10m/s2,试求:
(1)从开始下落到最后着地经历的总时间.
(2)当座舱落到离地面35m的位置时,手对球的支持力是多大?
(3)当座舱落到离地面15m的位置时,球对手的压力是多大?
【答案】
(1)5s
(2)0(3)125N
典例3一个质量是50kg的人站在升降机的地板上,升降机的顶部悬挂了一个弹簧测力计,弹簧测力计下面挂着一个质量为mA=5kg的物体A,当升降机向上运动时,人看到弹簧测力计的示数为40N,如下图所示,g取10m/s2,求此时人对地板的压力.
【答案】400N,方向竖直向下
典例4某同学设计了一个测量长距离电动扶梯加速度的实验,实验装置如图甲所示.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10m/s2,sin37°
=0.6,cos37°
=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,如图乙所示.
(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.
(1)
(2)60kg(3)0.56m/s20.42m/s2
【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,所以水平方向要有水平
a′=
m/s2≈0.42m/s2
典例5在电梯中,把一重物置于台秤上,台秤与力的传感器相连,当电梯从静止起加速上升,然后又匀速运动一段时间,最后停止运动时,传感器的荧屏上显示出其受的压力与时间的关系图象如图所示.试由此图回答问题:
(g取10m/s2)
(1)该物体的重力是多少?
电梯在超重和失重时物体的重力是否变化?
(2)算出电梯在超重和失重时的最大加速度分别是多大?
(1)30N不变
(2)6.67m/s26.67m/s2
【总结提升】
1、尽管物体的加速度不是竖直方向,但只要其加速度在竖直方向上有分量,物体就会出现超重或失重状态.当方向竖直向上有分量时,物体处于超重状态;
当竖直方向向下有时,物体处于失重状态。
2、尽管整体没有竖直方向的加速度,但只要物体的一部分具有竖直方向的分加速度,整体也会出现超重或失重状态。
3、超重并不是说重力增加了,失重并不是说重力减小了,完全失重也不是说重力完全消失了。
在发生这些现象时,物体的重力依然存在,且不发生变化,只是物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)发生变化
4、在完全失重的状态下,平常一切由重力产生的物理现象都会完全消失,如天平失效、浸在水中的物体不再受浮力、液体柱不再产生向下的压强等
【专练提升】
1.质量是60kg的人站在升降机中的体重计上,如下图所示.重力加速度g取10m/s2,当升降机做下列各种运动时,求体重计的示数
(1)匀速上升.
(2)以4m/s2的加速度加速上升.
(3)以5m/s2的加速度加速下降.
(1)600N
(2)840N(3)300N
2质量为50kg的人站在升降机内的体重计上.若升降机由静止上升的过程中,体重计的示数F随时间t的变化关系如图所示,g取10m/s2.
(1)求0-10s内升降机的加速度大小;
(2)求20s时间内人上升的高度大小.
(1)4m/s2
(2)600m
3小星家住十八楼,每天上学放学均要乘垂直升降电梯上下楼.上学时,在电梯里,开始他总觉得有种“飘飘然”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.为了研究这种现象,小星在电梯里放了一台台秤如图所示.设小星的质量为50kg,g取10m/s2.求下列情况中台秤的示数.
(1)当电梯以a=2m/s2的加速度匀加速上升;
(2)当电梯以a=2m/s2的加速度匀减速上升;
(3)当电梯以a=2m/s2的加速度匀加速下降;
(4)当电梯以a=2m/s2的加速度匀减速下降;
(1)600N
(2)400N(3)400N(4)600N
(1)匀加速上升时,以人为研究对象,受力情况、加速度方向、速度方向如图所示.选向上为正方向.根据牛顿第二定律:
FN1-mg=ma
得:
FN1=mg+ma=50×
(10+2)N=600N
由牛顿第三定律得,台秤的示数为600N.
(2)匀减速上升时,以人为研究对象,人的受力情况、加速度方向、速度方向如图所示.选向下为正方向
根据牛顿第二定律:
mg-FN2=ma
FN2=mg-ma=50×
(10-2)N=400N
由牛顿第三定律得,台秤的示数为400N
(3)匀加速下降时,以人为研究对象,人的受力情况、加速度方向、速度方向如图所示,选向下为正方
4小明用台秤研究人在升降电梯中的超重与失重现象.他在地面上用台秤称得其体重为500N,再将台秤移至电梯内称其体重,电梯从t=0时由静止开始运动到t=11s时停止,得到台秤的示数F随时间t变化的图象如图所示,g取10m/s2.求:
(1)小明在0~2s内加速度a1的大小,并判断在这段时间内他处于超重还是失重状态;
(2)在10~11s内,台秤的示数F3;
(3)小明运动的总位移x.
(1)1m/s2失重
(2)600N(3)19m
5如图所示,一细绳跨过装在天花板上的滑轮,细绳的一端悬挂一质量为M的物体,另一端悬挂一载人的梯子,人的质量为m,系统处于平衡状态.不计摩擦及滑轮与细绳的质量,要使天花板受滑轮的作用力为零,人应如何运动?
【答案】人应以a=
g的加速度向下加速运动
【解析】要使天花板受力为零,须使细绳中的拉力为零,物体M应做自由落体运动,故梯子应以加速度g向上匀加速运动,人对梯子的作用力向上,人应向下加速运动.
最初人梯系统处于平衡状态,即Mg=mg+m梯g
设人与梯子之间的相互作用力为F,人向下的加速度为a,对梯子运用牛顿第二定律
F-m梯g=m梯g
对人运用牛顿第二定律F+mg=ma
解得:
a=
g
故人应以a=
g的加速度向下加速运动,才能使天花板受力为零
6在一种体验强烈失重、超重感觉的娱乐设施中,用电梯把乘有十多人的座舱,送到76m高的地方,让座舱自由落下,当落到离地面28m时制动系统开始启动,座舱匀减速运动到地面时刚好停止.若某人手中托着质量为5kg的铅球进行这个游戏,g取10m/s2,问:
(1)当座舱落到离地面高度为40m的位置时,铅球对手的作用力多大?
(2)当座舱落到离地面高度为15m的位置时,手要用多大的力才能把铅球托住?
(1)0
(2)135.7N
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