高中超重与失重现象的讨论

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1、超重和失重现象讨论设置目的“超重”和“失重”现象是人的日常生活及现代科学实验中常见的一种现象，如电梯的启动和停止过程，火箭的发射过程及绕地球运动的卫星中，都存在超重和失重现象。而对于超重和失重现象中视重和重力的关系、超重和失重现象的实质，相当数量的学生还存在模糊认识，此专题设置很有必要。重点分析1．当物体或物体系统在竖直系统做加速运动时，物体或物体系统对竖直悬线的拉力或对水平面的压力就不等于重力了。当拉力或者压力大于重力时，叫做超重；当拉力或者压力小于重力时，叫做失重；当拉力或者压力等于零时，叫完全失重。2．物体或物体系统的超重和失重现象决定于物体或物体系统的加速度方向：加速度

2、方向向上即超重，加速度方向向下即失重，而与物体运动方向无直接关系。3．在超重失重状态下，由重力产生的一切物理现象都要发生相应的变化，特别是完全是失重状态下，平常由重力产生的一切物理现象都会完全消失，比如单摆停止摆动、浸没在液体中的物体不再受到浮力、天平失去作用、液体不再产生向下的压强等。但无论超重失重或完全失重状态下，物体所重力依然存在，而且是不变的。方法指导例1．如图所示，置于水平地面上的盛水容器中，用固定于容器底部的细线使一木球悬浮于水中。若将细线剪断，则在木球上升但尚未露出水面的过程中，地面对容器的支持力如何变化？解析：细线未剪断时，容器、水、木球均处于平衡状态，故地面对

3、容器的支持力等于三者的重力之和。由于木球所受到的浮力大于重力，细线被减断后，它加速上升，处于超重状态。在木球加速上升的过程中，相应的由同体积“水球”以等大的加速度下降填补木球上升形成的空隙，处于始终状态。因木球的质量小于同体积的“水球”质量而其余部分的水及容器仍处于静止状态，所以容器系统呈始终状态，地面支持力将减小。说明：本题最易犯的错误是只看到木球加速上升所呈的超重状态，而忽视与木球等体积的“水球”加速下降所呈现的始终状态，而得出地面支持力增大的错误结论。例2．如图所示，体积为V0、密度为水密度一半的木块漂浮在静止的烧杯中的水面上。当升降机以加速度a（a≤g）加速上升或下降时

4、，木块浸入水中的体积各是多少?解析：当升降机静止时，木块所受到浮力与重力平衡，即：水gV排=水gV0所以V排=V0当升降机加速上升或下降时，浸在液体中物体所受到浮力公式F＝液gV排中g应理解为液体的“视重力”所产生的加速度。当升降机以大小为a的加速度加速上升或下降时，水的视重力所产生的加速度分别为：g上=g+a,g下=g-a于是木块所受到浮力分别为F上=水(g+a)V排’’F下=水(g-a)V排’由牛顿第二定律，得：水(g+a)V排’’-mg=ma或mg-水(g-a)V排’=mam=水V0解得：V排’’=V排’=V0即木块浸入水中的体积与升降机竖直方向加速度大小及方向无关。说明

5、：只看到木块的超重或失重现象，而忽略水同时存在的超重或失重现象，从而导致解答错误。例3．某人在地面最多能举起60kg的物体，而在一竖直运动的升降机中，最多能举起80kg的物体，此时升降机的加速度大小是_______，其运动性质是_______；若升降机以此加速度竖直加速上升时，人在升降机内最多能举起质量为_______的物体。（g取10m/s2）解析：在地面上该人最多能举起60kg的重物，说明他能承受的最大压力（或最多能提供的支持力）N=m0g＝600N。当他在竖直运动的升降机中能举起80kg的物体时，说明质量为80kg的物体对人只产生600N的压力。可见物体处于失重状态，且具

6、有向下的加速度。设加速度大小为a，则由牛顿第二定律，得：mg-N=ma代入数值可得：a=2.5m/s2即升降机以大小为a=2.5m/s2得加速度向下运动或向上做匀减速直线运动。若升降机以该加速度匀加速上升时，此人能举起的最大质量为m’，则由牛顿第二定律，得：N-m’g=m’a解得：m’=48kg强化练习1.在升降机得天花板上用轻弹簧悬挂一个小球，升降机静止时，弹簧伸长量为4cm，升降机运动时，弹簧伸长量为3cm，则升降机运动情况可能是()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的加速度减速上D.以a=g的加速度减速上升2．下列四个实验中，不能在绕地球

7、飞行的宇宙飞船中完成的是()A.用天平称物体的质量B.用弹簧秤测物体的重力C.用单摆测重力加速度D.用水银气压计测舱内大气压强3．如图所示A为电磁铁，C为胶木称盘，A和C（包括支架）的总质量为M。B为铁片，质量为m。整个装置用轻绳悬挂于O点。当电磁铁通电，铁片被吸上升的过程中，轻绳拉力F的大小为()A.F=mgB.mg(M+m)g4.如图所示，在竖直方向运动的升降机内，一质量为m的物体被一伸长的弹簧拉住静止在升降机水平底板上。现发现A突然被拉向右