高中物理3.6超重与失重同步素材教科版必修.doc

3.6超重与失重知识要点一、超重与失重现象在用台秤测体重时，站稳不要动测量的比较准。如果站在台秤上，做几次下蹲、起立运动，会发现，台秤指针左右偏转。其实没必要起立、下蹲；把胳膊快速抬起放下，指针也会偏转。问题1：在运动的过程中，人的重力大小变了没有？没有。Mg提问2：台秤示数的变化，反映的是什么的变化？物体对台秤的压力的变化。分析：对物体进行受力分析： 对台称分析： 台秤示数显示的是物体对台秤的压力N的大小。我们从台秤读出的这个N的大小，称为是物体的视重。1、超重、失重现象视重：物体对支持物的压力或者对悬挂物的拉力。（就是上面台秤的示数）我们把物体的实际重力Mg称为实重。实重：物体实际的重力，Mg当你从台秤读出的示数比你实际的体重还要大时，你会惊呼：我变重了！这个现象我们称为超重。超重：物体视重大于实重的现象。当你从台秤读出的示数比你实际的体重要小时，你会惊呼：我变轻了！这个现象我们称为失重。失重：物体视重小于实重的现象。2、超重、失重发生的条件刚才在台秤上，是否站起的过程中，就会发生失重现象，蹲下的过程中就会超重呢？我们能否找到什么时候发生超重，什么时候发生失重现象？问题3：通过观察，看超重、失重与哪个量的变化相对应？运动状态 运动方向（V） 加速度方向（a） 是否超失重静止 无 无 无问题4：电梯上行时，物体随着它经历了哪几个不同的运动过程？经历了匀加速、匀速、匀减速三个运动过程。上行： 匀加速 向上 向上 超重匀速 向上无 无 匀减速 向上 向下 失重下行： 匀加速 向下 向下 失重匀速 向下 无 无 匀减速 向下 向上 超重问题5：（1）与运动方向相对应吗？上行下行都有超失重发生，也有既无超重也无失重的时候。结论：超重、失重与物体运动方向没有关系。（2）与运动状态相对应吗？静止，匀速时，没有超、失重；匀加速有超重也有失重；匀减速时也同样。结论：超、失重现象与物体运动状态不是相对应的。（3）与加速度方向相对应吗？是。结论：物体加速度向上时，超重。物体加速度向下时，失重。3、超重、失重发生的原因既然超、失重现象与物体加速度方向相对应，加速度是一个动力学量，我们应该从受力的角度分析原因。（1）、超重：解：受力分析如图：根据牛顿第二定律：再根据牛顿第三定律：是视重，mg是实重，上面的式子正说明了视重大于实重，正是超重现象。（2）、失重：请同学仿照上面的方法，自己分析失重情况，解释：当物体加速度向下时，物体处在失重状态。4、完全失重失重时，当a=g时，物体对台秤的压力为0。想象一下，如果电梯做自由落体，a=g，你在电梯中还会对地板有压力吗？物体对台秤还有压力吗？台秤示数将变成0。这种现象称为完全失重。完全失重：物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）等于零的现象。条件：a=g，向下。注意：完全失重时，物体的实重Mg并未改变。引申：有的同学会问：如果物体具有向下的加速度a大于g，会怎么样？这种现象我们称为超加速度下落。手拿水杯用力往下，给杯子一个更大的加速度，会发现水从杯子口中流出，相对杯子向上喷出。在人造卫星上，以及环绕地球飞行的航天飞机和宇宙空间站上，物体也是处于完全失重的。典型例题1：质量是60kg的人站在升降机的体重计上，如图所示，当升降机做下列各种运动时，体重计的读数是多少？（g取10m/s2）（1）升降机匀速上升（2）升降机以4m/s2的加速度匀加速上升（3）升降机以5m/s2的加速度匀减速下降（4）升降机以3m/s2的加速度匀减速上升或匀加速下降解析：以人为研究对象进行受力分析，人受重力G和秤对人的支持力由牛顿第三定律知，人受到的支持力与人对秤的压力大小相等，所以体重计的读数即为支持力的大小。（1）匀速上升时a=0， N=mg=600（N）（2）匀加速上升，a向上，取向上为正方向则N-mg=ma N=m（g+a）=60（10+4）=840（N）（3）匀减速下降，a向上，取向上为正方向则N-mg=ma N=m（g+a）=60（10+5）=900（N）（4）匀减速上升或匀加速下降，a却是向下，取向下为正方向则mg-N=ma N=m（g-a）=60（10-3）=420（N）2：某人在地面上最多举起100kg的杠铃。当他在电梯中，和电梯一起以g/2的加速度上升时，最多能举起多重的杠铃？解析：此人在地面最多举起100kg的杠铃，说明他的力气最大是1000N。那么，不论他是在电梯里还是在什么地方，他的这个最大的力气是不变的。但是，由于电梯有加速度，他对杠铃的支持力和杠铃的重力之和要提供这样一个加速度，因此他能够举起的杠铃的质量可能不是100kg。受力分析如图： 根据牛顿第二定律，可得：，由此可得m=66.7kg。即他此时最多举起66.7kg的杠铃。二、连接体问题当两个物体在一起，或者通过绳子相连。这时候我们要有意识的从“整体”的角度去考虑，即把它们当成一个整体，看看是否会得到些什么启示。我们习惯于把单个的物体单独对待，因此“整体”的思想对我们来说比较陌生，会不容易接受。只有我们有意识的去用这种观点看待问题，才能很快的熟悉、掌握它。那么，经常的会得到单独的去研究某个物体时不容易得到的结论。1：如图所示，质量为2m的物块A，质量为m的物块B，A、B与水平地面的摩擦可忽略不计，在已知水平力F的作用下，A、B一起做加速运动。（1）A对B的作用力为_。（2）若地面不光滑，A、B与地面的摩擦因数都是 ，则A对B的作用力为_。解析：（1）先整体考虑：将AB当成一个整体，那么它们的受力示意图如图所示：在这三个力的作用下，具有向右的加速度。规定向右为正方向，根据牛顿第二定律可得：，由此可得。再隔离B考虑：B的受力示意图如图所示：根据牛顿第二定律可得：。（2）当地面不光滑时，同样的思考方式，先整体考虑，受力分析如图所示：规定向右为正方向，根据牛顿第二定律可得：，又，由此可得。再隔离B考虑：B的受力示意图如图所示：根据牛顿第二定律可得：,由此可得。2：A是质量为M倾角为的光滑斜劈，静置在光滑水平面上，小滑块B的质量为m，今用一水平力F推小滑块，使小滑块和斜壁保持相对静止，如图所示，求水平力F的大小。解析：先取A和B整体为研究对象，由牛顿第二定律有：F=（M+m）a再取B为研究对象，受力分析如图联立可解：F=（M+m）mgtan/M3：质量为M的楔形木块静止在水平面上在其倾角为的斜面上，一个质量为 m的物体正沿斜面以加速度a(agsin)下滑，求水平面对楔形木块的弹力和摩擦力。解析：解法一（隔离法）：对m进行受力分析，建立如图坐标系：X轴方向：Y轴方向：N=mgcos对M进行受力分析，如图所示。这里假设M受到地面的摩擦力向右。X轴方向：，将上面得到的f，N代入，可得：。负号说明方向与假设的方向相反，所以斜面受到地面的摩擦力方向是向左的，大小为macos。Y轴方向上：，将对m分析求得到的N，f代入，得：。解法二（整体法）：将m，M看成一个整体，仍假设地面给M的摩擦力向右。X轴方向上：，此方向上，M无加速度，m有加速度，为acos，方向向左。由牛顿第二定律可得：，负号说明方向向左。Y轴方向上，Y轴方向上，M无加速度，m有加速度，为asin，方向向下。由牛顿第二定律得：。【注】有人将第二种方法称为“质点组牛顿第二定律”。实际上，仍是整体法考虑问题。如本题，将m、M看成一个整体，期中的两部分（m，M）的加速度不相同。如何使用牛顿第二定律呢？牛顿第二定律表达式的左边是合外力，右边是。当其中的部分有不同加速度时，右边可以写成这样牛顿第二定律就变成了：=也就是说：各部分的质量乘以各自的加速度，再求和，等于合外力。【注】本题第二种方法，还用到了将正交分解的方法。与分解力一样，加速度也可以分解，在各个方向上使用牛顿第二定律。