物理人教版（2019）必修第一冊(cè) 超重與失重

人教版物理必修一第四章運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系第六節(jié)

超重和失重討論交流：站在體重計(jì)上向下蹲，你會(huì)發(fā)現(xiàn)，在下蹲的過(guò)程中，體重計(jì)的示數(shù)先變小，后變大，再變小。當(dāng)人靜止后，保持某一數(shù)值不變。這是為什么呢？做一做:用手迅速向上提起重物觀察秤的示數(shù)，當(dāng)物體靜止后觀察秤的示數(shù)，你發(fā)現(xiàn)示數(shù)相同嗎?這是為什么呢?示數(shù)不相同，用手迅速向上提起重物時(shí)示數(shù)較大這一現(xiàn)象就與我們今天要學(xué)習(xí)的超重和失重現(xiàn)象有關(guān)一、重力的測(cè)量1.重力:在地球表面附近，由于地球的吸引而使物體受到的力

G=mg

(實(shí)重)2.重力的稱量(1)視重:測(cè)量?jī)x器顯示的讀數(shù)，是指物體對(duì)臺(tái)秤的壓力或?qū)椈沙拥睦Α?2)測(cè)量重力常用的兩種方法一種方法是，先測(cè)量物體做自由落體運(yùn)動(dòng)的加速度g，再用天平測(cè)量物體的質(zhì)量，利用牛頓第二定律可得

G＝mg將待測(cè)物體懸掛或放置在測(cè)力計(jì)上，使它處于靜止?fàn)顟B(tài)。這時(shí)物體所受的重力和測(cè)力計(jì)對(duì)物體的拉力或支持力的大小相等，測(cè)力計(jì)的示數(shù)反映了物體所受的重力大小。這是測(cè)量重力最常用的方法。另一種方法是，利用力的平衡條件對(duì)重力進(jìn)行測(cè)量。二、超重和失重人站在體重計(jì)上向下蹲的過(guò)程中，為什么體重計(jì)的示數(shù)會(huì)變化呢？體重計(jì)的示數(shù)稱為視重，反映了人對(duì)體重計(jì)的壓力。根據(jù)牛頓第三定律，人對(duì)體重計(jì)的壓力與體重計(jì)對(duì)人的支持力FN大小相等，方向相反。如圖，選取人為研究對(duì)象。人體受到重力mg和體重計(jì)對(duì)人的支持力FN，這兩個(gè)力的共同作用使人在下蹲的過(guò)程中，先后經(jīng)歷加速、減速和靜止三個(gè)階段。設(shè)豎直向下方向?yàn)樽鴺?biāo)軸正方向。人加速向下運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，物體對(duì)支持物的壓力（或?qū)覓煳锏睦Γ┬∮谖矬w所受重力的現(xiàn)象，叫作失重（weightlessness）現(xiàn)象。即體重計(jì)的示數(shù)所反映的視重（力）小于人所受的重力。mg－FN＝maFN＝m（g－a）<mg失重現(xiàn)象人減速向下運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，加速度方向與運(yùn)動(dòng)方向相反，根據(jù)牛頓第二定律，有：設(shè)豎直向下方向?yàn)樽鴺?biāo)軸正方向。mg－FN＝－maFN＝m（g＋a）>mg此時(shí)，體重計(jì)的示數(shù)大于人受到的重力。物體對(duì)支持物的壓力（或?qū)覓煳锏睦Γ┐笥谖矬w所受重力的現(xiàn)象，叫作超重（overweight）現(xiàn)象。超重現(xiàn)象當(dāng)人相對(duì)于體重計(jì)靜止不動(dòng)時(shí)，有：

FN＝mg人站在力傳感器上完成下蹲動(dòng)作。觀察計(jì)算機(jī)采集的圖線。圖4.6-4呈現(xiàn)的是某人下蹲過(guò)程中力傳感器的示數(shù)隨時(shí)間變化的情況。很明顯，圖線直觀地描繪了人在下蹲過(guò)程中力傳感器的示數(shù)先變小，后變大，再變小，最后保持某一數(shù)值不變的全過(guò)程。如圖4.6-5，圖線顯示的是某人站在力傳感器上，先“下蹲”后“站起”過(guò)程中力傳感器的示數(shù)隨時(shí)間的變化情況。分析力傳感器上的人“站起”過(guò)程中超重和失重的情況?？梢?，人的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對(duì)體重計(jì)上顯示出的結(jié)果是有影響的。那么，如果站在體重計(jì)上的人既不蹲下，也不站起，體重計(jì)上的示數(shù)就不會(huì)變嗎？做一做:在電梯地板上放一臺(tái)體重計(jì)。站在體重計(jì)上，觀察電梯啟動(dòng)、制動(dòng)和運(yùn)行過(guò)程中體重計(jì)示數(shù)的變化。例題1.設(shè)某人的質(zhì)量為60kg，站在電梯內(nèi)的水平地板上，當(dāng)電梯以0.25m/s2的加速度勻加速上升時(shí)，求人對(duì)電梯的壓力。分析：人站在電梯內(nèi)的水平地板上，隨電梯上升過(guò)程中受到兩個(gè)力的作用：重力mg和地板的支持力FN，受力分析如圖所示。解：設(shè)豎直向上方向?yàn)樽鴺?biāo)軸正方向。根據(jù)牛頓第二定律，有FN－mg＝maFN＝m（g＋a）＝60×（9.8＋0.25）N＝603N根據(jù)牛頓第三定律，人對(duì)電梯地板的壓力FN′為FN′＝－FN＝－603N人對(duì)電梯的壓力大小為603N，方向豎直向下。這個(gè)結(jié)果說(shuō)明，當(dāng)人與電梯共同向上加速或向下減速運(yùn)動(dòng)時(shí)，F(xiàn)N>G，人對(duì)電梯的壓力大于人所受的重力，出現(xiàn)超重現(xiàn)象。同理，如果電梯加速下降（或減速上升），F(xiàn)N<G，人對(duì)電梯的壓力小于人的重力，出現(xiàn)失重現(xiàn)象。如果人在加速下降的過(guò)程中加速度a＝g，那么，體重計(jì)的示數(shù)為0。這時(shí)物體對(duì)支持物（或懸掛物）完全沒有作用力，這種現(xiàn)象叫作完全失重狀態(tài)。例2、在升降機(jī)中測(cè)人的體重，已知人的質(zhì)量為40kg①若升降機(jī)以2.5m/s2的加速度勻加速下降，臺(tái)秤的示數(shù)是多少？②若升降機(jī)自由下落，臺(tái)秤的示數(shù)又是多少？vaFmg解：當(dāng)升降機(jī)勻加速下降時(shí)，根據(jù)牛頓第二定律可知：

mg－F＝maF＝mg－ma根據(jù)牛頓第三定律可知:臺(tái)秤的示數(shù)分別為300N和0N。①a1=2.5m/s2,F1=300N②當(dāng)自由下落時(shí)，a2=g,F2=0NFmgav超重現(xiàn)象物體存在向上的加速度，與速度方向無(wú)關(guān)。兩種情況：加速上升、減速下降物體對(duì)水平支持物的壓力(或?qū)ωQ直懸繩的拉力)大于物體所受到的重力的情況稱為超重現(xiàn)象。失重現(xiàn)象物體對(duì)水平支持物的壓力(或?qū)ωQ直懸繩的拉力)小于物體所受到的重力的情況稱為失重現(xiàn)象。物體存在向下的加速度，與速度方向無(wú)關(guān)。兩種情況：減速上升、加速下降完全失重物體對(duì)水平支持物（或豎直懸繩）沒有作用力物體存在向下的加速度，a=g,與速度方向無(wú)關(guān)。兩種情況：減速上升、加速下降超重和失重是一種物理現(xiàn)象。物體的重力與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)，不論物體處于超重還是失重狀態(tài)，重力不變。規(guī)律：物體具有豎直向上的加速度超重狀態(tài)物體具有豎直向下的加速度失重狀態(tài)

物體具有豎直向下的加速度,a=g完全失重狀態(tài)超重還是失重由加速度方向決定，與速度方向無(wú)關(guān)太空中的失重環(huán)境人造地球衛(wèi)星、宇宙飛船、航天飛機(jī)等航天器進(jìn)入軌道后，其中的人和物都將處于完全失重狀態(tài)，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著睡覺沒有差別；食物要做成塊狀或牙膏似的糊狀，以免食物的碎渣“漂浮”在空中，進(jìn)入宇航員的眼睛、鼻孔……空間站中的宇航員利用完全失重的條件進(jìn)行科學(xué)研究液體呈絕對(duì)球形制造理想的滾珠制造泡沫金屬利用完全失重的條件進(jìn)行科學(xué)研究完全失重的條件下，與重力有關(guān)的一切現(xiàn)象全部消失下列物體中，你覺得不能在太空艙中使用的儀器是：

天

平（）

擺

鐘（）

體重計(jì)（）鉛

筆（）彈簧測(cè)力計(jì)（）討論交流：能不能

不能能不能實(shí)際中有許多領(lǐng)域涉及超重和失重現(xiàn)象。例如，火箭發(fā)射時(shí)向上的加速度很大，火箭底部所承受的壓力要比靜止時(shí)大得多。如果是載人航天，在火箭發(fā)射階段，航天員要承受數(shù)倍于自身體重的壓力。只有很好地研究材料、機(jī)械結(jié)構(gòu)、人體自身所能承受的壓力問(wèn)題，才能使火箭成功發(fā)射、航天員順利飛