第七節(jié)牛頓定律應(yīng)用超重與失重

1、人站在體重計(jì)上，作如下運(yùn)動(dòng)：人站在體重計(jì)上，作如下運(yùn)動(dòng)： 1.快速蹲下快速蹲下 2.快速站起快速站起 觀察體重計(jì)的示數(shù)如何變化？觀察體重計(jì)的示數(shù)如何變化？把物體掛在彈簧秤下，用手帶動(dòng)彈簧秤和物體一起：把物體掛在彈簧秤下，用手帶動(dòng)彈簧秤和物體一起： 1.向上加速運(yùn)動(dòng)向上加速運(yùn)動(dòng) 2.向下加速運(yùn)動(dòng)向下加速運(yùn)動(dòng) 觀察彈簧秤的示數(shù)如何變化？觀察彈簧秤的示數(shù)如何變化？在豎直升降的電梯中人站在體重計(jì)上，作如下運(yùn)動(dòng)：在豎直升降的電梯中人站在體重計(jì)上，作如下運(yùn)動(dòng)： 1.加速上升加速上升 2.加速下降加速下降 觀察體重計(jì)的示數(shù)如何變化？觀察體重計(jì)的示數(shù)如何變化？一、超重現(xiàn)象：例例1、在升降機(jī)（電梯）中測人的體重

2、，已知人質(zhì)、在升降機(jī)（電梯）中測人的體重，已知人質(zhì)量為量為40kg，當(dāng)升降機(jī)以，當(dāng)升降機(jī)以2.5m/s2的加速度的加速度勻加速上勻加速上升升，測力計(jì)的示數(shù)是多少？（，測力計(jì)的示數(shù)是多少？（g取取10 m/s2)原理分析原理分析（一）當(dāng)電梯加速上升的時(shí)候（一）當(dāng)電梯加速上升的時(shí)候aV 設(shè)重物的質(zhì)量為設(shè)重物的質(zhì)量為m，重物和電梯，重物和電梯一起以加速度一起以加速度a加速上升。問：臺(tái)秤加速上升。問：臺(tái)秤示數(shù)多大？示數(shù)多大？GFN由牛頓第二定律得由牛頓第二定律得F合合 = FN G = m a故：故： FN = G + m a由牛頓第三定律可知：物體對(duì)臺(tái)秤的壓由牛頓第三定律可知：物體對(duì)臺(tái)秤的壓力力FF

3、N課堂小實(shí)驗(yàn)課堂小實(shí)驗(yàn)正方向VaG故：故： T = G + m aF合合 = T G = m a由牛頓第二定律得由牛頓第三定律可知：物體對(duì)彈簧稱的拉力由牛頓第三定律可知：物體對(duì)彈簧稱的拉力T =T G總結(jié)總結(jié)一、超重現(xiàn)象：物體對(duì)支持物的物體對(duì)支持物的壓力壓力（或?qū)覓煳锏模ɑ驅(qū)覓煳锏睦Γ┐笥诖笥谖矬w所受物體所受重力的情況稱為重力的情況稱為超重超重現(xiàn)象?，F(xiàn)象。T當(dāng)彈簧稱懸掛物體加速上升的時(shí)候當(dāng)彈簧稱懸掛物體加速上升的時(shí)候（超重現(xiàn)象）（超重現(xiàn)象）正方向二、失重現(xiàn)象例例2、在上題中，如果升降機(jī)以、在上題中，如果升降機(jī)以2.5m/s2的加速度的加速度勻勻加速下降加速下降時(shí)，測力計(jì)的示數(shù)又是多少

4、？時(shí)，測力計(jì)的示數(shù)又是多少？ （g取取10 m/s2)原理分析原理分析（二）當(dāng)電梯減速上升的時(shí)候（二）當(dāng)電梯減速上升的時(shí)候 設(shè)重物的質(zhì)量為設(shè)重物的質(zhì)量為m，重物和電梯，重物和電梯一起以加速度一起以加速度a減速上升。問：臺(tái)秤減速上升。問：臺(tái)秤示數(shù)怎樣？示數(shù)怎樣？由牛頓第二定律得由牛頓第二定律得F合合 = G FN = m a故：故： FN = G m a由牛頓第三定律可知：物體對(duì)臺(tái)秤的壓由牛頓第三定律可知：物體對(duì)臺(tái)秤的壓力力FFNaGFN總結(jié)：總結(jié)：二、失重現(xiàn)象物體對(duì)支持物的物體對(duì)支持物的壓力壓力（或?qū)覓煳锏模ɑ驅(qū)覓煳锏睦Γ┬∮谛∮谖矬w所受物體所受重力的情況稱為重力的情況稱為失重失重現(xiàn)

5、象?，F(xiàn)象。（失重現(xiàn)象）（失重現(xiàn)象）V正方向原理分析原理分析a=gVGFN由牛頓第二定律得由牛頓第二定律得F合合 = G FN = mgFN =G-mg=0（三）當(dāng)電梯向下的加速度（三）當(dāng)電梯向下的加速度a=ga=g時(shí)時(shí)問：臺(tái)秤示數(shù)是多少？問：臺(tái)秤示數(shù)是多少？正方向原理分析原理分析a=gG由牛頓第二定律得由牛頓第二定律得所以此時(shí)物體對(duì)臺(tái)秤的壓力等于所以此時(shí)物體對(duì)臺(tái)秤的壓力等于0（三）當(dāng)電梯向下的加速度（三）當(dāng)電梯向下的加速度a=ga=g時(shí)時(shí)總結(jié)：總結(jié)：物體對(duì)支持物的壓力（或?qū)椅矬w對(duì)支持物的壓力（或?qū)覓煳锏睦Γ煳锏睦Γ┑扔诹愕扔诹愕倪@種狀態(tài)，叫的這種狀態(tài)，叫做做完全失重完全失重狀態(tài)。狀態(tài)

6、。完全失重狀態(tài)完全失重狀態(tài)F合合 = G FN = mgFN =G-mg=0正方向總結(jié)：a、當(dāng)物體有向上的加速度時(shí)（加速上升 或減速下降），產(chǎn)生超重現(xiàn)象。 b、當(dāng)物體有向下的加速度時(shí)（加速下降 或減速上升），產(chǎn)生失重現(xiàn)象。當(dāng) a=g時(shí)，完全失重。對(duì)超重和失重的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)對(duì)超重和失重的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)例例4、前例中，如果升降機(jī)以、前例中，如果升降機(jī)以2.5m/s2的加速度減速的加速度減速上升，測力計(jì)的示數(shù)又是多少？上升，測力計(jì)的示數(shù)又是多少？ （g取取10 m/s2)例例5、前例中，如果升降機(jī)以、前例中，如果升降機(jī)以2.5m/s2的加速度減的加速度減速下降，測力計(jì)的示數(shù)又是多少？速下降，測力計(jì)的示數(shù)又

7、是多少？ （g取取10 m/s2)例例4、前例中，如果升降機(jī)以、前例中，如果升降機(jī)以2.5m/s2的加速度減速的加速度減速上升，測力計(jì)的示數(shù)又是多少？上升，測力計(jì)的示數(shù)又是多少？ （g取取10 m/s2)對(duì)超重的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)對(duì)超重的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)例例5、前例中，如果升降機(jī)以、前例中，如果升降機(jī)以2.5m/s2的加速度減速的加速度減速下降，測力計(jì)的示數(shù)又是多少？下降，測力計(jì)的示數(shù)又是多少？ （g取取10 m/s2)對(duì)失重的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)對(duì)失重的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)GmvaNmvaGNmavGNmvaGN對(duì)超重和失重的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)對(duì)超重和失重的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)當(dāng)物體的加速度方向向當(dāng)物體的加速度方向向上時(shí)，即上時(shí)，即a 。加速

8、上升或減速下降加速上升或減速下降視重大視重大于實(shí)重于實(shí)重當(dāng)物體的加速度方當(dāng)物體的加速度方向向下時(shí)，即向向下時(shí)，即a 。加速下降或減速上升加速下降或減速上升視重小于實(shí)重）視重小于實(shí)重）對(duì)超重與失重的理解(1)物體處于超重或失重狀態(tài)時(shí)，物體所受的重力并沒物體處于超重或失重狀態(tài)時(shí)，物體所受的重力并沒有發(fā)生變化。有發(fā)生變化。(2)物體處于失重還是超重狀態(tài)，與物體的速度大小、物體處于失重還是超重狀態(tài)，與物體的速度大小、速度方向無關(guān)，只決定于物體的加速度方向：加速度方向速度方向無關(guān)，只決定于物體的加速度方向：加速度方向向上則超重，加速度方向向下則失重。向上則超重，加速度方向向下則失重。(3)物體不在豎直方

9、向上運(yùn)動(dòng)，只要其加速度在豎直方物體不在豎直方向上運(yùn)動(dòng)，只要其加速度在豎直方向上有分量，即向上有分量，即ay0，就存在超重、失重現(xiàn)象。當(dāng)，就存在超重、失重現(xiàn)象。當(dāng)ay方向方向豎直向上時(shí)，物體處于超重狀態(tài)；當(dāng)豎直向上時(shí)，物體處于超重狀態(tài)；當(dāng)ay方向豎直向下時(shí)，方向豎直向下時(shí)，物體處于失重狀態(tài)。物體處于失重狀態(tài)。(4).重力和視重A物體實(shí)際受到的重力大小稱為實(shí)重。物體實(shí)際受到的重力大小稱為實(shí)重。(即真實(shí)重量即真實(shí)重量)物體所受重力是由物體的質(zhì)量和物體所處的位置決定，即物體所受重力是由物體的質(zhì)量和物體所處的位置決定，即Gmg。物體的重力與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無關(guān)，無論物體如。物體的重力與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無關(guān)，

10、無論物體如何運(yùn)動(dòng)，其重力不發(fā)生變化。何運(yùn)動(dòng)，其重力不發(fā)生變化。B 測量出來的重力大小稱為視重。測量出來的重力大小稱為視重。(即表現(xiàn)出來的重量即表現(xiàn)出來的重量)實(shí)際等于物體對(duì)支持物的壓力或?qū)覓焖奈矬w的拉力，實(shí)際等于物體對(duì)支持物的壓力或?qū)覓焖奈矬w的拉力，物體的視重與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)，它隨物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的物體的視重與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)，它隨物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化而變化。變化而變化。(5)完全失重的理解(1)處于完全失重狀態(tài)的物體，由物體對(duì)支持物的壓處于完全失重狀態(tài)的物體，由物體對(duì)支持物的壓力力(或?qū)覓煳锏睦驅(qū)覓煳锏睦?為零，故物體只受重力作用，其為零，故物體只受重力作用，其加速度為加速

11、度為g。如：自由落體運(yùn)動(dòng)、拋體運(yùn)動(dòng)中的物體。如：自由落體運(yùn)動(dòng)、拋體運(yùn)動(dòng)中的物體。(2)在完全失重狀態(tài)下，平常由重力產(chǎn)生的一切物理在完全失重狀態(tài)下，平常由重力產(chǎn)生的一切物理現(xiàn)象都會(huì)完全消失，比如物體對(duì)桌面無壓力，單擺停止現(xiàn)象都會(huì)完全消失，比如物體對(duì)桌面無壓力，單擺停止擺動(dòng)，浸在水中的物體不受浮力等?？恐亓Σ拍苁褂玫臄[動(dòng)，浸在水中的物體不受浮力等?？恐亓Σ拍苁褂玫膬x器也不能再使用，如天平、液體氣壓計(jì)等。儀器也不能再使用，如天平、液體氣壓計(jì)等。特別提醒特別提醒(1)用彈簧測力計(jì)測物體的重力時(shí)，必須保證物體用彈簧測力計(jì)測物體的重力時(shí)，必須保證物體處于靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)物體在豎直方向有處于靜止或

12、勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)物體在豎直方向有加速度時(shí)，測力計(jì)的示數(shù)不再等于物體的重力。加速度時(shí)，測力計(jì)的示數(shù)不再等于物體的重力。(2)超重時(shí)物體具有向上的加速度，物體可能向上超重時(shí)物體具有向上的加速度，物體可能向上加速，也可能向下減速；失重時(shí)物體具有向下的加速加速，也可能向下減速；失重時(shí)物體具有向下的加速度，物體可能向下加速也可能向上減速。度，物體可能向下加速也可能向上減速。2. 利用體重計(jì)稱量體重時(shí)，人在體重計(jì)上要保持靜止。利用體重計(jì)稱量體重時(shí)，人在體重計(jì)上要保持靜止。3. 乘豎直升降的電梯，在升降過程中，體驗(yàn)超重和失重。乘豎直升降的電梯，在升降過程中，體驗(yàn)超重和失重。4. 乘快速行駛的汽車，突遇上

13、坡或下坡，體驗(yàn)超重和失重。乘快速行駛的汽車，突遇上坡或下坡，體驗(yàn)超重和失重。5. 游樂園里，乘座過山車，體驗(yàn)超重和失重。游樂園里，乘座過山車，體驗(yàn)超重和失重。1. 人起跳過程和從高處跳下，體驗(yàn)超重和失重。人起跳過程和從高處跳下，體驗(yàn)超重和失重。6.飛機(jī)起飛或著陸或突遇氣流，飛機(jī)上下顛簸，體驗(yàn)超重和失重飛機(jī)起飛或著陸或突遇氣流，飛機(jī)上下顛簸，體驗(yàn)超重和失重 （船、蹺蹺板、轎子等）（船、蹺蹺板、轎子等）7. 蹦床運(yùn)動(dòng)，人上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，體驗(yàn)超重和失重。蹦床運(yùn)動(dòng)，人上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，體驗(yàn)超重和失重。A 先大于先大于G，后小于，后小于G B 先小于先小于G，后大于，后大于GC 大于大于GD 小于小于G人下蹲過程

14、分析：人下蹲過程分析：由靜止開始由靜止開始向下運(yùn)動(dòng)，向下運(yùn)動(dòng)，速度增加，具有向下的加速度速度增加，具有向下的加速度（失重）；（失重）；蹲下后最終速度變?yōu)榱?，故還蹲下后最終速度變?yōu)榱?，故還有一個(gè)向下有一個(gè)向下減速的過程，加速度向上（超減速的過程，加速度向上（超重）。重）。思考：思考：如果人下蹲后又突然站如果人下蹲后又突然站起，起，情況又會(huì)怎樣？情況又會(huì)怎樣？ 側(cè)面有一個(gè)洞的水瓶里面?zhèn)让嬗幸粋€(gè)洞的水瓶里面裝滿水，讓水瓶做自由落體運(yùn)裝滿水，讓水瓶做自由落體運(yùn)動(dòng)，水會(huì)不會(huì)從洞中射出來？動(dòng)，水會(huì)不會(huì)從洞中射出來？為什么？為什么？ 蹦極是深受人喜愛的一種蹦極是深受人喜愛的一種運(yùn)動(dòng)，刺激但危險(xiǎn)性也大。曾運(yùn)動(dòng)

15、，刺激但危險(xiǎn)性也大。曾有人這么形容蹦極時(shí)的感受：有人這么形容蹦極時(shí)的感受：隨著彈性繩的伸縮，一忽兒象隨著彈性繩的伸縮，一忽兒象掉入無底深淵，整個(gè)心臟都仿掉入無底深淵，整個(gè)心臟都仿佛往上提；一忽兒又好象有一佛往上提；一忽兒又好象有一只大手把人往下壓，想抬頭都只大手把人往下壓，想抬頭都困難。困難。在失重條件下，熔化了的金屬液滴，形狀呈絕對(duì)球形，在失重條件下，熔化了的金屬液滴，形狀呈絕對(duì)球形，冷卻后可以成為理想的滾珠。而在地面上，用現(xiàn)代技冷卻后可以成為理想的滾珠。而在地面上，用現(xiàn)代技術(shù)制成的滾珠，并不成絕對(duì)球形，這是造成軸承磨損術(shù)制成的滾珠，并不成絕對(duì)球形，這是造成軸承磨損的重要原因之一。的重要原因

16、之一。 超重對(duì)宇航員的影響超重對(duì)宇航員的影響 宇航員在飛船起飛和返回地宇航員在飛船起飛和返回地面時(shí)，處于超重狀態(tài)，特別是在面時(shí)，處于超重狀態(tài)，特別是在升空時(shí)，超重可達(dá)重力的升空時(shí)，超重可達(dá)重力的9 9倍，超倍，超重使人不適，起初會(huì)感到頭暈、重使人不適，起初會(huì)感到頭暈、嘔吐，超重達(dá)到嘔吐，超重達(dá)到3 3倍重力時(shí)既感到倍重力時(shí)既感到呼吸困難；超重達(dá)到呼吸困難；超重達(dá)到4 4倍重力時(shí)，倍重力時(shí)，頸骨已不能支持頭顱，有折斷的頸骨已不能支持頭顱，有折斷的危險(xiǎn)。所以升空時(shí)宇航員必須采危險(xiǎn)。所以升空時(shí)宇航員必須采取橫臥姿勢，以增強(qiáng)對(duì)超重的耐取橫臥姿勢，以增強(qiáng)對(duì)超重的耐受能力。受能力。宇航員的宇航員的平躺姿勢

17、平躺姿勢太空中的失重環(huán)境太空中的失重環(huán)境人造地球衛(wèi)星、宇宙飛船、航人造地球衛(wèi)星、宇宙飛船、航天飛機(jī)等航天器進(jìn)入軌道后，天飛機(jī)等航天器進(jìn)入軌道后，其中的人和物都將處于完全失其中的人和物都將處于完全失重狀態(tài)重狀態(tài)物體將飄在空中；液滴成絕對(duì)物體將飄在空中；液滴成絕對(duì)的球形，宇航員站著睡覺和躺的球形，宇航員站著睡覺和躺著睡覺沒有差別；食物要做成著睡覺沒有差別；食物要做成塊狀或牙膏似的糊狀，以免食塊狀或牙膏似的糊狀，以免食物的碎渣物的碎渣“漂浮漂浮”在空中，進(jìn)在空中，進(jìn)入宇航員的眼睛、鼻孔入宇航員的眼睛、鼻孔空間站中的宇航員空間站中的宇航員0課堂練習(xí)課堂練習(xí)A 先大于先大于G，后小于，后小于G B 先小

18、于先小于G，后大于，后大于GC 大于大于GD 小于小于G人下蹲過程分析：人下蹲過程分析：由靜止開始由靜止開始向下運(yùn)動(dòng)，向下運(yùn)動(dòng)，速度增加，具有向下的加速度速度增加，具有向下的加速度（失重）；（失重）；蹲下后最終速度變?yōu)榱?，故還蹲下后最終速度變?yōu)榱?，故還有一個(gè)向下有一個(gè)向下減速的過程，加速度向上（超減速的過程，加速度向上（超重）。重）。思考：思考：如果人下蹲后又突然站如果人下蹲后又突然站起，起，情況又會(huì)怎樣？情況又會(huì)怎樣？1、質(zhì)量是、質(zhì)量是60kg的人站在升降機(jī)中的體重計(jì)上，當(dāng)?shù)娜苏驹谏禉C(jī)中的體重計(jì)上，當(dāng)升降機(jī)做下列運(yùn)動(dòng)時(shí)，體重計(jì)的讀數(shù)分別是多少？升降機(jī)做下列運(yùn)動(dòng)時(shí)，體重計(jì)的讀數(shù)分別是多少？升

19、降機(jī)以升降機(jī)以0.6m/s0.6m/s2 2加速上升。加速上升。升降機(jī)以升降機(jī)以2.0m/s2.0m/s2 2加速下降。加速下降。解解: （1）讀數(shù)為讀數(shù)為：讀數(shù)為：讀數(shù)為：*某鋼繩所能承受的最大拉力是4104N，如果用這條鋼繩使3.2t 的貨物勻加速上升，則物體在10s內(nèi)發(fā)生的速度改變不能超過m/s（g=10m/s2) V V0+at=2.5m 10s=25m/s25GF解：3.2 t =3.2 103kg，= 3.2104N貨物所受到的合外力F合FG，又F合=ma，a F合ma (4104N 3.2 104N)3.2 103kg a 2.5m/s22：一個(gè)人在地面上最多能舉起：一個(gè)人在地面上最多能舉起60kg的重物，在的重物，在加速度方向向上，大小為加速度方向向上，大小為2m/s2的電梯中，他最多的電梯中，他最多能舉起多少千克的重物。能舉起多少千克的重物。 (g = 10m/s2)（設(shè)同一個(gè)（設(shè)同一個(gè)人所能提供的最大舉力一定）人所能提供的最大舉力一定）解：設(shè)此人在電梯中所能舉的物體的質(zhì)量為解：設(shè)此人在電梯中所能舉的物體的質(zhì)量為m，對(duì)物，對(duì)物體受力分析。體受力分析。G=mgFN根據(jù)牛頓第二定律得根據(jù)牛頓第二定律得 F合合 = FN G =ma FN= mg+ma所以所以