462 定律应用超重与失重.ppt

超失重问题 温州中学胡世良 日常生活中的超重和失重现象 电梯中的学问 当电梯从第一层上升到第七层 静止 的过程和从第七层下降到第一层的过程中体重计如何变化 1 超重现象 设重物的质量为m 弹簧秤和重物以加速度a一起加速上升 对弹簧秤下重物受力分析如图 由牛顿第二定律得 f合 f g ma 故 f g ma g 由牛顿第三定律可知 物体对弹簧秤的拉力f f g 总结 物体对悬挂物的拉力 或对支持物的压力 大于物体所受重力的情况称为超重现象 理论分析 2 失重现象 设重物的质量为2kg 和弹簧秤以2m s2的加速度一起加速下降 g 10m s2 对重物受力分析如图 由牛顿第二定律得 f合 g f ma 故 f g f合 mg ma 16n 20n 由牛顿第三定律可知 物体对弹簧秤的拉力f f g 总结 物体对悬挂物的拉力 或对支持物的压力 小于物体所受重力的现象称为失重现象 思考 如果加速度a g 则f 理论分析 问题 在弹簧秤下端挂一质量为m的钩码 分别以加速度a做如下运动时 弹簧秤的拉力如何 1 加速上升2 加速下降3 减速上升4 减速下降 读数小于重力 视重小于实重 失重 读数大于重力 视重大于实重 超重 读数小于重力 视重小于实重 失重 读数大于重力 视重大于实重 超重 规律总结 1 产生超重的条件 当物体的加速度方向向上时 即a 当物体的加速度方向向下时 即a 2 产生失重的条件 特别提醒 无论是超重 失重还是完全失重 物体所受到的重力是不变的 不同的只是重力的作用效果 物体对竖直悬线的拉力或水平支持物的压力与重力的重力关系 f mg n n mg f f mg a f n mg n a f mg a f n mg n a 完全失重时将消失的现象 液体柱不再产生压强 浸在液体中的物体不再受浮力等天平失效 测力计不能测重力 密度计不能测密度 单摆停摆等温度计 弹簧振子等仍正常 例题 有一质量为60kg的人站在一放置于升降机的底板上的台秤上 当升降机作如下运动时 台秤的示数为多少 1 升降机以v 5m s的速度匀速上升时 2 升降机以a 5m s2的加速度加速上升时 3 升降机以a 5m s2的加速度减速上升时 4 升降机以a 5m s2的加速度加速下降时 5 升降机以a 5m s2的加速度减速下降时 6 升降机以a g的加速度加速下降时 问题讨论 问题 竖直升降的电梯内的天花板上悬挂着一根弹簧秤 如图所示 弹簧秤的秤钩上悬挂一个质量m 4kg的物体 试分析下列电梯的运动情况下弹簧称的读数 g取10m s2 1 当电梯以2m s2的加速度向上匀加速运动时 弹簧秤的读数及此时物体所受的重力 2 当电梯以2m s2的加速度匀加速下降时弹簧秤的读数及物体所受的重力 3 电梯做怎样的运动时弹簧称的读数为零 日常生活中的超重和失重现象 2 利用体重计称量体重时 人在体重计上要保持静止 3 乘竖直升降的电梯 在升降过程中 体验超重和失重 4 乘快速行驶的汽车 突遇上坡或下坡 体验超重和失重 5 游乐园里 乘座过山车 体验超重和失重 1 人起跳过程和从高处跳下 体验超重和失重 6 飞机起飞或着陆或突遇气流 飞机上下颠簸 体验超重和失重 船 跷跷板 轿子等 7 蹦床运动 人上下运动时 体验超重和失重 日常生活中的超重和失重现象 人在体重计上迅速下蹲至静止的过程中 体重计的示数怎样变化 再迅速起立又会怎样 巩固练习 练习 一个人在地面上最多能举起300n的重物 在沿竖直方向以某一加速度做匀变速运动的电梯中 他只能举起250n的重物 求电梯的加速度 g 10m s2 设同一个人能提供的最大举力一定 分析 对同一个人来说 他能提供的最大举力是一定的 因此 它在电梯里对物体的支持力也为300n 对物体受力分析可求出f合 从而求出加速度 解 设物体的质量为m 对其受力分析如图 得 f合 n g 300 250 50 n 由题意 m 25kg 故 a f合 m 2m s2 方向 竖直向上 练习 一个木块漂浮在桌面的一杯水中 现假设撤去桌面 木块和杯子一起自由向下运动 问木块受到的浮力有无变化 思维启示 1 浮力产生的原因是什么 2 木块和水处于什么样的状态 3 水对容器底部有压力吗 水内部有无压力 解 浮力产生的原因是物体在液体中上下表面存在压力差 当水和杯子一起自由下落时 a g 水处于完全失重状态 水的重力用来产生重力加速度 故水对杯底无压力 水内部也无压力 不产生浮力 所以木块的浮力消失 拓展 如图 球b放在容器a内 且b略小于a 将它们以一定的速度向上抛出 不计空气阻力 在a和b上升的过程中 a和b间作用力情况 如图所示 在托盘测力计的托盘内固定一个倾角为30 的光滑斜面 现将一个重4n的物体放在斜面上 让它自由滑下 那么测力计因4n物体的存在而增加的读数是多少 3n 练习 原来做匀速运动的升降机内 有一被拉长弹簧拉住的 具有一定质量的物体a静止在底板上 如图 现发现a突然被弹簧拉向右方 由此可以判断 此升降机的运动可能是 a 加速上升b 减速上升c 加速下降d 减速下降 bc 分析 匀速运动时物体所受静摩擦力等于弹簧拉力 若物体突然被拉向右方 则所受摩擦力变小 压力变小 故物体加速度向下 所以升降机可能向上减速或向下加速 练习 如图所示 有一个装有水的容器放在弹簧台秤上 容器内有一只木球被容器底部的细线拉住浸没在水中处于静止 当细线突然断开 小球上升的过程中 弹簧秤的示数与小球静止时相比较有 a 增大 b 不变 c 减小 d 无法确定 解析 当细线断后小球加速上升时处于超重状态 而此时将有等体积的 水球 加速下降处于失重状态 而等体积的木球质量小于 水球 质量 故总体体现为失重状态 弹簧秤的示数变小 c 例 将金属块m用压缩的轻弹簧卡在一个矩形的箱中 如图所示 在箱的上顶板和下顶板装有压力传感器 箱可以沿竖直轨道运动 当箱以a 2 0m s2的加速度竖直向上作匀减速运动时 上顶板的压力传感器显示的压力为6 0n 下底板的压力传感器显示的压力为10 0n g取10m s2 1 若上顶板的压力传感器的示数是下底板的压力传感器的示数的一半 试判断箱的运动情况 2 要使上顶板的压力传感器的示数为零 箱沿竖直方向运动的情况可能是怎样的 解析 当向上匀减速运动时 加速度方向向下 设上顶板的压力传感器的示数为n1 弹簧弹力为f 由牛顿第二定律有n1 mg一f ma 弹簧弹力f等于下底板的压力传感器的示数n2 f n2 10n代入 可解得m 0 5kg 1 依题意 n1 5n 弹簧长度没有改变 f 10n代入 解得a 0 说明整个箱体做向上或向下的匀速运动 2 当整个箱体的加速度方向向上时有f一n1一mg ma 求出n1减至零的加速度 1