定律应用-超重与失重.ppt

1、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 = m a,故：F = G + m a 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

2、如图：,由牛顿第二定律得,F合 = G F = m a,故：F =G F合 = m g m a = 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

3、.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

4、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m4kg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

5、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

6、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，

7、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

8、，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

9、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6.0 N,下底板的压力传感器显示的压力为10.0 N。 (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N1mg一Fma,弹簧弹力F等于下底板的压力传感器的示数N2： FN2=10N代入可解得m=05kg。,（1)依题意，N1=5 N,弹簧长度没有改变，F10N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：,=10