“超重”的認(rèn)識(shí)與應(yīng)用

王翠萍

超重問題在高考中時(shí)常出現(xiàn)，但它的出現(xiàn)不會(huì)很直接的給出是超重，要考生在對題目進(jìn)行分析時(shí)才能知道在某一階段該物體是否處于超重，判斷完后才能對題目進(jìn)行進(jìn)一步的解答.在涉及到牛頓運(yùn)動(dòng)定律時(shí)我們常能遇見這類問題，我們一起來探討對“超重”的認(rèn)識(shí)及其應(yīng)用.

一、對超重的理解

超重一一物體對支持物的壓力（或?qū)覓煳锏睦Γ┐笥谖矬w所受的重力的情況，叫超重.

例如，電梯上升的過程，在從靜止突然上升的一霎那，人由于有慣性，有靜止在地面的趨勢，電梯突然加速上升，人對電梯的壓力就會(huì)加大，這就是超重.

類型一、已知運(yùn)動(dòng)情況，判斷超重和失重情況

例1 下列關(guān)于超重、失重現(xiàn)象的描述中，正確的是

（）

A.人隨升降機(jī)以加速度a加速下降時(shí)，人處于超重狀態(tài)

B.列車在水平直軌道上加速行駛，車上的人處于超重狀態(tài)

C.在國際空間站內(nèi)的宇航員處于完全失重狀態(tài)，因?yàn)檫@時(shí)候宇航員不受重力了

D.電梯正在減速下降，人在電梯中處于超重狀態(tài)

解析本題需要從加速度的角度理解超重和失重：超重時(shí)物體具有豎直向上的加速度或豎直向上的加速度分量，失重時(shí)物體具有豎直向下的加速度或豎直向下的加速度分量.可見，判斷超重和失重狀態(tài)最關(guān)鍵的是判斷加速度的方向.

A：加速度向下，處于失重狀態(tài).B：加速度在水平方向，豎直方向加速度為零，既不超重也不失重.C：物體處于超重或失重狀態(tài)時(shí)，只是物體的視重發(fā)生改變，物體的重力沒有發(fā)生變化.D：加速度向上，處于超重狀態(tài).本題正確答案為D.

二、超重不是指物體增加了重力

超重不是指物體增加了重力，因?yàn)橹亓Υ笮∮晌矬w質(zhì)量和重力加速度的乘積決定，與物體做什么運(yùn)動(dòng)無關(guān).

類型二、已知超重和失重情況，判斷運(yùn)動(dòng)情況

例2升降機(jī)地板上放一個(gè)臺(tái)秤，秤盤上放一質(zhì)量為m的物體，當(dāng)秤的讀數(shù)為1.2mg時(shí)，升降機(jī)可能做的運(yùn)動(dòng)是（）

A.加速下降

B.勻速上升

C.減速上升

D.減速下降

解析本題需要從力的角度理解超重和失重：超重時(shí)物體對支持物的壓力（或?qū)覓煳锏睦Γ┐笥谖矬w所受重力，失重時(shí)物體對支持物的壓力（或?qū)覓煳锏睦Γ┬∮谖矬w所受重力.

秤的讀數(shù)比物體的重力大，說明超重，升降機(jī)加速度的方向向上.因?yàn)榘l(fā)生超重或失重現(xiàn)象與物體的速度無關(guān)，只決定于加速度的方向，所以速度方向有兩種可能.若速度向上，則電梯加速上升；若速度向下，則電梯減速下降.本題正確答案為D.

此題告訴我們超重只能說秤的讀數(shù)（視重）變大了，而物體的重力并沒有變.

三、超重產(chǎn)生的條件

超重產(chǎn)生的條件：物體只要具有向上的加速度（運(yùn)動(dòng)方向可以向上也可以向下），就處于超重狀態(tài).

類型三、對超重分析計(jì)算能力的考查

考查方式主要是以計(jì)算題的方式出現(xiàn)，它要求考生能夠準(zhǔn)確快速的判斷出在整個(gè)過程中物體是處于一種什么樣的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，是超重還是失重，或者是平衡狀態(tài)，在判斷正確的情況下再利用牛頓運(yùn)動(dòng)定律進(jìn)行簡單的計(jì)算.

以加速度方向?yàn)檎貢r(shí)牛頓第二定律表達(dá)式是

F-mg=ma

即F=mg+ma

例3質(zhì)量為60kg的人站在升降機(jī)中的臺(tái)秤上，升降機(jī)以2m/s的速度豎直下降，此人突然發(fā)現(xiàn)臺(tái)秤的讀數(shù)變?yōu)?30N，并持續(xù)2s，求升降機(jī)在這2s內(nèi)下降了多少米？（g取10m/S?）

解析 人處于超重狀態(tài)，升降機(jī)的加速度方向向上，它正減速下降，取運(yùn)動(dòng)方向?yàn)檎较颍膳ｎD第二定律得

mg-FN=ma

求得物體下降的加速度為

a=-0.5m/S?.

2s末升降機(jī)的速度為

v=vo+at=2m/s+（-0.5）×2m/s=1m/s.

升降機(jī)在2s末正繼續(xù)下降，它在開始減速下降的2s內(nèi)，下降的高度為

四、系統(tǒng)的超重問題

當(dāng)物體有斜向上的加速度時(shí)，是否產(chǎn)生超重現(xiàn)象呢？

例4 如圖所示，斜面體M始終處于靜止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)物體m沿斜面下滑時(shí)有（）

A.勻速下滑時(shí)，M對地面壓力等于（M+m）g

B.加速下滑時(shí)，M對地面壓力小于（M+m）g

C.減速下滑時(shí)，M對地面壓力大于（M+m）g

D.M對地面壓力始終等于（M+m）g

解析 對m和M組成的系統(tǒng)，當(dāng)m勻速下滑時(shí)，系統(tǒng)豎直方向沒有加速度分量，所以不失重也不超重，對地面壓力等于系統(tǒng)的重力.當(dāng)m加速下滑時(shí)，由于m在豎直方向上有向下的加速度分量.處于失重狀態(tài)，對地面壓力小于系統(tǒng)重力，當(dāng)m減速下滑時(shí)，由于m在豎直方向上具有向上的加速度分量，處于超重狀態(tài)，對地面的壓力大于系統(tǒng)的重力.所以該題的正確答案是A、B、C.

當(dāng)物體在豎直方向上有加速度的時(shí)候，由牛頓第二定律可知，物體對水平支持物的壓力或?qū)依K的拉力，將大于物體的重力，這就是超重現(xiàn)象.當(dāng)物體有向上的加重度（或有向上的加速度分量）時(shí)，物體就處于超重狀態(tài).利用超重的規(guī)律，去定性分析判斷有關(guān)的題目，在很多情況下比直接應(yīng)用牛頓第二定律分析要簡單很多.