超重和失重分析及應(yīng)用研究

石勁松

(江蘇省如皋市長江高級中學(xué),江蘇 如皋 226500)

超重和失重分析及應(yīng)用研究

石勁松

(江蘇省如皋市長江高級中學(xué),江蘇 如皋 226500)

本文例析了超重和失重情況下物體所受的重力是不變的，只是發(fā)生了變化.

高中物理；超重；失重

一、從定義上認(rèn)識超重和失重

1．物體對支持物的壓力或?qū)依K的拉力大于重力的現(xiàn)象叫超重.

2．物體對支持物的壓力或?qū)依K的拉力小于重力的現(xiàn)象叫失重.

3．物體對支持物的壓力或?qū)依K的拉力等于零的現(xiàn)象叫完全失重.

超重和失重情況下物體所受的重力是不變的，只是視重發(fā)生了變化.在完全失重的條件下，一切因重力引起的物理現(xiàn)象消失，利用重力的儀器失靈.

二、從物體運動的狀態(tài)上認(rèn)識超重和失重

1．物體在豎直方向有向上的加速度，物體處于超重狀態(tài).

2．物體在豎直方向有向下的加速度，物體處于失重狀態(tài).

超重和失重由物體運動的加速度方向決定，與物體運動的速度方向無直接關(guān)系.

三、從建立的典型模型上去認(rèn)識

圖1

典型模型：人站在升降機(jī)(也就是電梯)里.如圖1所示.

四、利用的物理知識

1．牛頓第二定律：F合=ma

2．牛頓第三定律：F=-F′

五、從課本典型實例去理解

升降機(jī)以0.5 m/s2的加速度勻加速上升，站在升降機(jī)里的人質(zhì)量是50 kg，人對升降機(jī)地板的壓力是多大？人站在升降機(jī)里的測力計上，測力計的示數(shù)是多大？

圖2

解析 由于人和升降機(jī)以共同的加速度上升，因而人的加速度是已知的，把人作為研究對象，應(yīng)用牛頓第二定律，人的受力如圖2所示.人在重力和支持力兩個力的作用下，以0.5 m/s2的加速度勻加速上升，取豎直向上為正方向，根據(jù)牛頓第二定律得：F-mg=ma

F=mg+ma=50(10+0.5)N=525 N

再根據(jù)牛頓第三定律,人對地板的壓力的大小也是525 N，方向與地板對人的支持力的方向相反.即豎直向下.測力計的示數(shù)表示的是測力計受到的壓力，所以測力計的示數(shù)就是525 N.如果升降機(jī)加速下降，加速度的方向豎直向下，合力的方向向下，過程不再贅述.

六、實戰(zhàn)演練

例1 某人在以2.5 m/s2的加速度下降的升降機(jī)內(nèi)最多能舉起80 kg的物體，那么在地面上最多能舉起物體的質(zhì)量是多少？若此人在一勻加速上升的電梯中最多能舉起40 kg的物體，則此電梯上升的加速度為多少？(g=10 m/s2)

解析 (1)讓學(xué)生知道，升降機(jī)里的人，不論在升降機(jī)里舉重物，還是在地面上舉重物，這個人的能舉起重物的最大舉力F不變.(2)要讓學(xué)生知道，不論在加速上升或是加速下降的升降機(jī)里、還是在地面上,要以被舉起的重物為研究對象.(3)在勻變速運動的升降機(jī)里對物體受力分析，根據(jù)牛頓第二定律求解.若是勻速運動或是靜止，根據(jù)力的平衡求解即可.

圖3

解 某人在以2.5 m/s2的加速度下降的升降機(jī)內(nèi)最多能舉起80 kg的物體：以被舉起的物體為研究對象受力如圖3所示.由牛頓第二定律得：mg-F=ma

人對物體的舉力：F=mg-ma

代入數(shù)據(jù)得：F=80(10-2.5)=600 N

那么在地面上最多能舉起物體的質(zhì)量是m1,由力的平衡得：F=m1g，m1=60 kg

圖4

若此人在一勻加速上升的電梯中最多能舉起40 kg的物體，則此電梯上升的加速度為a1，物體受力如圖4所示.

由牛頓第二定律得：F-mg=ma1

a1=(F-mg)/m

=(600-400)/40=5 m/s2

例3 (易混淆題)已知月球表面的重力加速度約為地球表面重力加速度的1/6，一人在地球上最多能舉起600 N的重物，在月球上此人最多能舉起物體的質(zhì)量是多少？此物體在月球上所受的重力是多少？

解析步驟 (1)讓學(xué)生知道，人不論在地面上舉重物，還是在月球上舉重物，這個人的能舉起重物的最大舉力F不變.(2)讓學(xué)生知道不論在地球上,還是在月球上舉重物，要以被舉起的重物為研究對象.(3)因被舉起后物體是靜止不動的，所以根據(jù)力的平衡求解即可.(4)強調(diào)說明：這不是超重現(xiàn)象也不是失重現(xiàn)象，但在舉起的過程中有超重和失重現(xiàn)象發(fā)生.在不同星球表面此人舉起物體的質(zhì)量不同，是因為不同星球表面的重力加速度不同所致.但舉起物體在該星球表面所受重力不變是等于該人的最大舉力的.

圖5

解 (1)在地球上設(shè)人的最大舉力為F，物體受力如圖5所示.

由二力平衡得：F=mg=600 N

(2)設(shè)月球表面的重力加速度為g1,則g1=g/6,月球上能被舉起物體的最大質(zhì)量為m1,因人的最大舉力不變.

由二力平衡得：m1g1=F

解得：m1=F/g1=600/(g/6)=360 kg

此物體在月球上所受的重力為：

G1=m1g1=F=600 N

由以上可知學(xué)習(xí)物理要弄清物理概念、物理模型和物理過程，特別對貌似相同的問題要加以區(qū)分，千萬不能張冠李戴.但也要善于總結(jié)，做有心人.

[1]王薇.淺談高中物理學(xué)習(xí)方法與提分技巧[J]. 讀寫算(教育教學(xué)研究),2015,49(22):117.

[責(zé)任編輯：閆久毅]

2017-05-01

石勁松(1983-)，男，江蘇如皋，中學(xué)一級，大學(xué)本科，從事高中物理教學(xué)研究.

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1008-0333(2017)19-0083-02