超重與失重現(xiàn)象的討論

1、超重和失重現(xiàn)象討論設(shè)置目的“超重”和“失重”現(xiàn)象是人的日常生活及現(xiàn)代科學(xué)實(shí)驗(yàn)中常見的一種現(xiàn)象，如電梯的啟動(dòng)和停止過程，火箭的發(fā)射過程及繞地球運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星中，都存在超重和失重現(xiàn)象。而對(duì)于超重和失重現(xiàn)象中視重和重力的關(guān)系、超重和失重現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)，相當(dāng)數(shù)量的學(xué)生還存在模糊認(rèn)識(shí)，此專題設(shè)置很有必要。重點(diǎn)分析1 當(dāng)物體或物體系統(tǒng)在豎直系統(tǒng)做加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，物體或物體系統(tǒng)對(duì)豎直懸線的拉力或?qū)λ矫娴膲毫筒坏扔谥亓α?。?dāng)拉力或者壓力大于重力時(shí)，叫做超重；當(dāng)拉力或者壓力小于重力時(shí)，叫做失重；當(dāng)拉力或者壓力等于零時(shí)，叫完全失重。2 物體或物體系統(tǒng)的超重和失重現(xiàn)象決定于物體或物體系統(tǒng)的加速度方向：加速度方向向上即超重，

2、加速度方向向下即失重，而與物體運(yùn)動(dòng)方向無直接關(guān)系。3 在超重失重狀態(tài)下，由重力產(chǎn)生的一切物理現(xiàn)象都要發(fā)生相應(yīng)的變化，特別是完全是失重狀態(tài)下，平常由重力產(chǎn)生的一切物理現(xiàn)象都會(huì)完全消失，比如單擺停止擺動(dòng)、浸沒在液體中的物體不再受到浮力、天平失去作用、液體不再產(chǎn)生向下的壓強(qiáng)等。但無論超重失重或完全失重狀態(tài)下，物體所重力依然存在，而且是不變的。方法指導(dǎo)例1如圖所示，置于水平地面上的盛水容器中，用固定于容器底部的細(xì)線使一木球懸浮于水中。若將細(xì)線剪斷，則在木球上升但尚未露出水面的過程中，地面對(duì)容器的支持力如何變化？解析：細(xì)線未剪斷時(shí)，容器、水、木球均處于平衡狀態(tài)，故地面對(duì)容器的支持力等于三者的重力之和。由

3、于木球所受到的浮力大于重力，細(xì)線被減斷后，它加速上升，處于超重狀態(tài)。在木球加速上升的過程中，相應(yīng)的由同體積“水球”以等大的加速度下降填補(bǔ)木球上升形成的空隙，處于始終狀態(tài)。因木球的質(zhì)量小于同體積的“水球”質(zhì)量而其余部分的水及容器仍處于靜止?fàn)顟B(tài)，所以容器系統(tǒng)呈始終狀態(tài)，地面支持力將減小。說明：本題最易犯的錯(cuò)誤是只看到木球加速上升所呈的超重狀態(tài)，而忽視與木球等體積的“水球”加速下降所呈現(xiàn)的始終狀態(tài)，而得出地面支持力增大的錯(cuò)誤結(jié)論。例2如圖所示，體積為V0、密度為水密度一半的木塊漂浮在靜止的燒杯中的水面上。當(dāng)升降機(jī)以加速度a（ag）加速上升或下降時(shí)，木塊浸入水中的體積各是多少? 解析：當(dāng)升降機(jī)靜止時(shí)，

4、木塊所受到浮力與重力平衡，即：水gV排=水gV0所以V排= V0當(dāng)升降機(jī)加速上升或下降時(shí)，浸在液體中物體所受到浮力公式F液gV排中g(shù)應(yīng)理解為液體的“視重力”所產(chǎn)生的加速度。當(dāng)升降機(jī)以大小為a的加速度加速上升或下降時(shí)，水的視重力所產(chǎn)生的加速度分別為：g上=g+a,g下=g-a于是木塊所受到浮力分別為F上= 水(g+a) V排 F下= 水(g-a) V排由牛頓第二定律，得：水(g+a) V排-mg=ma或mg-水(g-a) V排 =ma m=水V0解得：V排 = V排 =V0即木塊浸入水中的體積與升降機(jī)豎直方向加速度大小及方向無關(guān)。說明：只看到木塊的超重或失重現(xiàn)象，而忽略水同時(shí)存在的超重或失重現(xiàn)象

5、，從而導(dǎo)致解答錯(cuò)誤。例3某人在地面最多能舉起60kg的物體，而在一豎直運(yùn)動(dòng)的升降機(jī)中，最多能舉起80kg的物體，此時(shí)升降機(jī)的加速度大小是_，其運(yùn)動(dòng)性質(zhì)是_；若升降機(jī)以此加速度豎直加速上升時(shí)，人在升降機(jī)內(nèi)最多能舉起質(zhì)量為_的物體。（g取10m/s2）解析：在地面上該人最多能舉起60kg的重物，說明他能承受的最大壓力（或最多能提供的支持力）N=m0g600N。當(dāng)他在豎直運(yùn)動(dòng)的升降機(jī)中能舉起80kg的物體時(shí)，說明質(zhì)量為80kg的物體對(duì)人只產(chǎn)生600N的壓力?？梢娢矬w處于失重狀態(tài)，且具有向下的加速度。設(shè)加速度大小為a，則由牛頓第二定律，得：mg-N=ma代入數(shù)值可得：a=2.5 m/s2即升降機(jī)以大小

6、為a=2.5 m/s2得加速度向下運(yùn)動(dòng)或向上做勻減速直線運(yùn)動(dòng)。若升降機(jī)以該加速度勻加速上升時(shí)，此人能舉起的最大質(zhì)量為m，則由牛頓第二定律，得：N- mg= ma解得：m=48kg強(qiáng)化練習(xí)1.在升降機(jī)得天花板上用輕彈簧懸掛一個(gè)小球，升降機(jī)靜止時(shí)，彈簧伸長量為4cm，升降機(jī)運(yùn)動(dòng)時(shí)，彈簧伸長量為3cm，則升降機(jī)運(yùn)動(dòng)情況可能是 ( )A.以a=g的加速度加速下降 B. 以a=g的加速度加速下降C. 以a=g的加速度減速上 D. 以a=g的加速度減速上升2下列四個(gè)實(shí)驗(yàn)中，不能在繞地球飛行的宇宙飛船中完成的是 ( )A.用天平稱物體的質(zhì)量B.用彈簧秤測物體的重力 C.用單擺測重力加速度D. 用水銀氣壓計(jì)測

7、艙內(nèi)大氣壓強(qiáng)3如圖所示A為電磁鐵，C為膠木稱盤，A和C（包括支架）的總質(zhì)量為M。B為鐵片，質(zhì)量為m。整個(gè)裝置用輕繩懸掛于O點(diǎn)。當(dāng)電磁鐵通電，鐵片被吸上升的過程中，輕繩拉力F的大小為 ( ) A.F=mgB.mg<F<(M+m)gC.F=(M+m)gD.F>(M+m)g4.如圖所示，在豎直方向運(yùn)動(dòng)的升降機(jī)內(nèi)，一質(zhì)量為m的物體被一伸長的彈簧拉住靜止在升降機(jī)水平底板上?，F(xiàn)發(fā)現(xiàn)A突然被拉向右方，則升降機(jī)可能的運(yùn)動(dòng)情況是 ( )A.加速度減小向上運(yùn)動(dòng)的B.加速度增大向上運(yùn)動(dòng)的C.由加速向上運(yùn)動(dòng)變?yōu)閯蛩傧蛏线\(yùn)動(dòng)D.由減速向下運(yùn)動(dòng)變?yōu)閯蛩傧蛳逻\(yùn)動(dòng)5一物體放置在傾角為的斜面上，斜面固定于加速上升的電梯中，加速度為a，如圖所示。物體始終相對(duì)于斜面靜止的條件下，下列說法正確的是 ( )aA.當(dāng)一定時(shí)，a越大，斜面對(duì)物體的正壓力越小B.當(dāng)一定時(shí)，a越大，斜面對(duì)物體的摩擦力越大C.當(dāng)a一定時(shí)，越大，斜面對(duì)物體的