高中物理 备课资料7《用牛顿定律解决问题》（二） 新人教版必修1

1、人教版高一物理必修1备课资料7用牛顿定律解决问题（二） 一、观察失重现象的实验1.用螺帽观察失重现象用细绳两端分别系着一个螺帽，拿着其中一个螺帽，可观察到由于另一螺帽的重力，细绳被拉紧.放手让螺帽自由释放，两螺帽处于完全失重状态，即可观察到绳子不再被拉直.2.用冰淇淋纸杯做失重实验如图4-7-13，把两个金属螺母（M10-12毫米）拴在一根橡皮筋的两端，再把橡皮筋的中点用一短绳固定在冰淇淋纸盒（或铁罐）底部正中，让螺母挂在空盒的口边上.图4-7-13实验时让空盒从约2 m的高处自由下落，你会发现螺母被橡皮筋拉回盒中，并发出“咔哒”的撞击声.请你试一试，并思考下列问题：（1）为什么下落时，螺母会

2、被拉入到盒内？（2）在空盒放手后的初始阶段，螺母是否以重力加速度g自由下落?（3）放手后，空盘是否以重力加速度g下落？3.用手电筒做超重、失重实验将手电筒竖直向上放置，打开开关，旋松后盖使小电珠恰能点亮.实验时手持电筒，保持它在竖直方向，突然向上运动，你会看到小电珠熄灭.如果使上述电筒的后盖稍许再旋松一点，直至小电珠刚刚熄灭，然后手持手电筒突然向下运动，小电珠就会点亮.4.用薄纸和重物演示失重如图4-7-14所示，在一个平板C上放一个较重（不小于500 g）的重物P，把一张薄纸条A的一端压在重物和平板之间，纸条尽量薄并且不结实.一只手把纸条的一端按牢在桌子B上，另一只手托住平板C.第一次用手托

3、平板和重物慢慢下降，纸条被拉紧，接着就断裂.第二次，同样的纸条，仍像第一次那样，纸条的一端用手压牢在桌子上，另一端压在重物P下，手突然放开，使平板和重物同时自由下落，可以看到，纸条完好如初，这是因为自由落下的重物不受平板的支持力，重物对平板的压力也为0，所以纸条受到的摩擦力也为0了，因此纸条可以顺利抽出.图4-7-14二、超重与失重的实验测定1.实验装置如图4-7-15所示，让重物在平衡位置O处上下做简谐运动.当重物在OC段运动时，具有向下的加速度a，由支架、重物和弹簧组成的系统处于失重状态.此时系统对电子秤的压力小于系统的重力，回复力F即为“失去”的重力，失重的时间为T/2.在C处失重现象最

4、明显.当重物在BO段运动时，具有向上的加速度a，由支架、重物和弹簧组成的系统处于超重状态.此时系统对电子秤的压力大于系统重力，回复力F即为“超出”静止时系统的重力，超重时间为T/2.在B处超重现象最明显. 图4-7-15 图4-7-162.实验装置如图4-7-16所示，用薄三合板自制一个斜面（稍长些），放置在电子秤上，把一小车通过细线固定在斜面上端，如图所示.待装置静止时观察电子秤示数，再烧断系住小车的细线，小车将沿斜面匀加速下滑，这时可观察到电子秤示数变小.只要斜面足够长，便可以看到电子秤示数有片刻停顿即可记录.三、完全失重情况下的一些物理现象人造地球卫星、宇宙飞船、航天飞机等航天器进入轨道

5、后，其中的人和物将处于失重状态.航天器进入轨道后可以近似绕地球做圆周运动，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的重力加速度.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状态.你能够想象出失重的条件下会发生什么现象吗？你设想地球上一旦重力消失，会发生什么现象，在宇宙飞船中就会发生这样的现象.物体将飘在空中，液滴呈绝对球形，气泡在液体中将不再上浮.宇航员站着睡觉和躺着睡觉一样舒服，走路务必小心，稍有不慎，将“上不着天，下不着地”，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、鼻子，你还

6、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些什么？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，熔化了的金属的液滴，形状呈绝对球形，冷却后可以成为理想的滚珠.而在地面上，用现代技术制成的滚珠并不呈绝对球形，这是造成轴承磨损的重要原因之一.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.在地面上不可能制成很长的玻璃纤维，因为液态的玻璃丝凝固时，由于重力的作用，它将被拉成小段.而在太空的轨道上，将可以制造出几百米长的玻璃纤维.在太空的轨道上，可以制成一种新

7、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，其纯度要求为“6个9”至“8个9”，即99.999 9%99.999 999%.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“悬浮冶炼”，是在失重条件下进行的，不需要用容器，消除了容器对材料的污染，可以获得纯度极高的产品.在电子技术中所用的晶体，在地面上生长时，由于受