超重_失重在教学和生活中的应用.pdf

118 超重 失重在教学和生活中的应用 何 惠 铜仁市教育局 教研室 贵州 铜仁 554300 摘 要 在我们的日常生活中 人们越来越多地感受到超重和失重的物理状态 例如 乘坐飞 机 电梯及宇宙飞船等 把这些感受与相应的物理知识的教学结合起来 可使学生更深入地理解超 重 失重的概念及其应用 同时激发学生学习物理知识的热情和兴趣 并产生对科学的热爱 关键词 超重 失重 教学 生活 应用 中图分类号 G633 7 文献标识码 B 文章编号 1673 9639 2007 04 0118 02 1 什么是超重和失重 我们首先应了解实重和视重的概念 实重 指物体实际受到的重力 它不受物体运动状 态的改变而改变 但随地理位置的变化而变化 在同一 地方物体的重力gmG g 是当地的重力加速度 视重 指物体对实际支持物的压力 或对悬挂它的 物体的拉力 它随物体运动状态的改变而改变 有了实重和视重的概念 即可了解什么是超重和失 重了 超重 指视重大于实重的现象 比如 飞机加速升 空或减速下降时人就处于超重状态 失重 指视重小于实重的现象 比如 飞机加速下 降或减速上升时人就处于失重状态 完全失重 是指视重等于零的现象 比如 坐在升 降机里的人 当升降机以加速度 g 加速下降或加速度 g 减速上升时 人好像完全没有受到重力一样 即处于完 全失重状态 超重与失重并不是物体实际重力的增减 同一物体 在同一地方或地面附近的物体重力是不变的 由牛顿第 二定律很容易解释超重和失重现象 2 超重和失重产生的条件 2 1 超重与失重的感性认识 我们都有这样的感性经验 坐电梯从低层楼到高层 楼就经历了超重 平衡 失重的过程 电梯分别做 向上加速 匀速 向上减速的运动过程 所以物体 超重还是失重只与运动加速度的方向有关而与运动速 度的方向无关 2 2 对超重与失重的定量分析 超重产生的条件 物体存在竖直向上的加速度 设 物体在升降机中向上的加速度为a 则该物体的视重大 小为gmagmN 产生超重现象 失重产生的条件 物体存在向下的加速度 设物体 在升降机中向下的加速度为a 则该物体的视重大小为 gmagmN 产生失重现象 此时 若ga 则N 0 出现完全失重的现象 当物体上升或下降的加速度0 a时 视重就等于 实重 mgN 即物体对支持物的压力 或悬挂它的 物体的拉力 大小等于物体的重力 物体处于平衡状态 3 超重与失重在物理教学中的应用 例 1 弹簧秤的秤钩上挂一个kg4的物体 在下列 情况下 弹簧秤的读数是多大 2 10 s m g 1 以 2 20 s m a 的加速度竖直加速上升 2 以 2 20 s m a 的加速度减速上升 解析 第一种情况 物体处于超重状态 物体的视 重也就是弹簧秤的读数N amgmF840 大于重力 G 40 N 第二种情况 物体处于失重状态 物体的视重即 弹簧秤的读数N amgmF239 小于物体的重力 例 2 如下图所示 质量为M的粗糙斜面上有质量 为m的木块匀减速下滑 则地面受到的正压力应当是 A 等于gmM B 大于gmM 收稿日期 2006 07 03 第 1 卷 第 4 期 铜 仁 学 院 学 报 2007 年 7 月 Journal of Tongren University 119 A B o v C 小于gmM D 无法确定 解析 因木块 是沿斜面匀减速下 滑 说明加速度a 是沿斜面向上 属 于超重现象 所以 知道m和M对地 面的压力就应该大于它们的重力gmM 故应选 B 答案 例 3 如下图所示 台秤的托盘上放一杯水 水中 一木球 密度 水木 用细线拴在杯底而处于静止状 态 当细线突然断裂时 台秤的示数将 A 增大 B 不变 C 减小 D 无法确定 解析 当细线突然断裂 时 木球将在水中加速上升 处于超重状态 而水是流动 的 在木球加速上升的同 时 水与木球组成的系统 整体 重心在加速下降 系统整体处于失重状态 故台秤的示数将减小 故 C 选项正确 例 4 在一杯装满水的纸杯中的不同位置打两个同 样大小的孔A和B 然后立即将静止状态的水杯释放以 使其自由下落 下列说法正确的是 A 将看见A孔和B孔流出的水量大小是一样的 B 将看见B孔流出的水量要大于A孔流出的水量 C 将看见A孔流出的水量要大于B孔流出的水量 D 将看见A B两孔根本没水流出 解析 此题中物体处 于完全失重的状态 水和 杯之间完全没有挤压的现 象 故根本没有水从孔中 流出 答案 D 是正确的 上面列举的几个事例 说明了超重与失重在物理教学中的重要作用 亦说明在 我们的生活中也有其广泛的应用 4 超重与失重在实际生活中的应用 人乘坐飞机加速升空或加速降落的过程中 会产生 超重和失重现象 所以身体素质不好的人是不能乘坐飞 机的 当人乘宇宙飞船 航天飞机等航天器加速升空时 产生的超重与失重更严重 大多数人容易产生晕迷现 象 因而一般的人很难适应 要身体素质特好的宇航员 才能胜任宇宙飞行 人造地球卫星 宇宙飞船 航天飞机等航天器进入 轨道后 其中的人与物将处于失重状态 航天器进入轨 道后可以近似认为是绕地球做圆周运动 做圆周运动的 物体的速度方向是时刻改变的 因而具有加速度 它的 大小等于卫星所在高度处重力加速度的大小 这跟在以 重力加速度下降的升降机中发生的情况类似 航天器中 的人和物都处于完全失重的状态 你能够想象得出完全失重的条件下会发生什么现 象吗 你能设想地球上一旦重力消失 会发生什么现 象 在宇宙飞船中将会发生 物体将飘在空中 液滴呈 绝对球形 气泡在液体中将不上浮 宇航员站着睡觉与 躺着睡觉一样舒服 走路务必小心 稍有不慎 将会 上 不着天 下不粘地 食物要做成块状或牙膏似的糊状 以免食物的碎渣 漂浮 在空中 进入宇航员的眼睛 鼻孔 你还可以继续发挥你的想象力 举出更多的 现象来 你还可以再想一想 人类能够利用失重的条件做一 些什么事情呢 下面举几个事例 将会帮助你思考 这 里所举的事例 虽然还没有完全实现 但科学家们正在 努力探索 也许不久的将来就会实现 在失重的条件下 熔化了的金属液滴 形状呈绝对 球状形 这是造成轴承摩损的重要原因之一 玻璃纤维 一种很细的玻璃丝 直径为几十微米 是现代光纤通信的主要部件 在地面上 不可能制造很 长的玻璃纤维 因为没有等到液态的玻璃丝凝固 由于 重力的作用 它将被拉成小段 而在太空的轨道中 将 可以制造出几百米长的玻璃纤维 在太空的轨道上 可以制造一种新的泡沫材料 泡沫金属 在失重条件下 在液态的金属中通以气体 气泡将不 上浮 也不 下沉 均匀地分布在液态金 属中 凝固后就成为泡沫金属 这样就可以制成轻得像 软木塞似的泡沫钢 用它做机翼 又轻又结实 同样的道理 在失重的条件下 混合物可以均匀地 混合 由此可以制成地面上不能得到的特种合金 电子 工业 化学工业 核工业等部门 对高纯度材料的需要 不断增加 其纯度要求相当高 要求为 6 个 9 至 8 个 9 即 99 9999 99 999999 在地面上 冶炼金 属需在容器内进行 总会有一些容器的微量元素掺入到 被冶炼的金属中 而在太空中的 悬浮冶炼 是在失 重条件下进行的 不需要用容器 清除了容器对材料的 污染 可获得纯度极高的产品 在科学技术中所用的晶 体 在地面上生长时 下转 122 页 M m o v 何 惠 超重 失重在教学和生活中的应用 122 境 资源 生态等专题讲座及主题班会 充分利用知识 竞赛 图片展览 录像和 VCD 等方式 让学生在潜移 默化中接受地理道德教育 3 3 寓地理道德教育于社会实践中 社会是一个大课 堂 在千变万化 错综复杂的社会环境中 新旧道德观 念的碰撞 多种道德行为的表现对学生思想道德的形成 具有深刻的影响 教师应组织学生参加适当的生产劳动 和社会实践活动 借以了解乡情 国情 认识自然 同 时使学生感悟到人口爆炸 资源破坏 环境恶化 生态 危机等造成的不良后果 在实践中认识地理科学的特性 社会功能以及对人类命运的影响 丰富学生的地理知识 激发他们热爱家乡 热爱人类 建设祖国的道德情操 形成人与自然和谐发展的地理道德素养 参考文献 1 世界环境与发展委员会 我们共同的未来 M 中国环境科学 1995 10 2 黄润华 人口 资源 环境 可持续发展 M 北京 人民教育 出版社 2001 3 郝永平 冯鹏志 地球告急 M 北京 当代世界出版社 1998 Reinforcing Moral Education in Geography Teaching to Build a Harmonious Society All Around LIU Hong hua Tongren Minority Middle School Tongren Guizhou 554300 China Abstract It is greatly significant to reinforce moral education in Geography teaching in the background of building a socialist harmonious society The paper emphasizes moral education in population resources ecology and the like Key words geography teaching moral education harmonious society 责任编辑 王婷婷 上接 119 页 由于受重力的影响 晶体的大小受到限制 而且也要受 到容器的污染 在失重的条件下 晶体的生长是均匀的 生长出来的晶体要多大有多大 在不久的将来 如能在 太空中建立工厂 生产出砷化镓的纯晶体 它要比硅晶 体优越得多 将会引起电子技术的重大突破 在太空失重的条件下 会生产出地面上难以生产的 一系列产品 建立空间工厂 已经不再是幻想 科学家 们已开始探索在太空中做各种实验 展开你想象的翅 膀 为宇宙开发贡献一份力量吧 On the Application of Overweight and Weightlessness in Our Teaching and Daily Life HE Hui The Teaching and Research Section of Education Office in Tongren City Tongren Guizhou 554300 China Abstract Everybody can feel the physical state of overweight and weightlessness in their daily life such as riding in elevators getting on planes taking spaceships and the like The author presents how to apply these phenomena to physical teaching so as to make studen