第七節(jié)牛頓定律應(yīng)用超重與失重

4.6超重和失重高一物理第三章第七節(jié)【實驗二】人站在體重計上，作如下運動：

1.快速蹲下

2.快速站起觀察體重計的示數(shù)如何變化？【體驗與思考】【實驗一】把物體掛在彈簧秤下，用手帶動彈簧秤和物體一起：

1.向上加速運動

2.向下加速運動觀察彈簧秤的示數(shù)如何變化？——拉力大于重力——拉力小于重力——讀數(shù)小于重力——讀數(shù)大于重力【實驗三】在豎直升降的電梯中人站在體重計上，作如下運動：

1.加速上升

2.加速下降觀察體重計的示數(shù)如何變化？——讀數(shù)小于重力——讀數(shù)大于重力——超重與失重一、超重現(xiàn)象：例1、在升降機（電梯）中測人的體重，已知人質(zhì)量為40kg，當升降機以2.5m/s2的加速度勻加速上升，測力計的示數(shù)是多少？（g取10m/s2)原理分析（一）當電梯加速上升的時候aV

設(shè)重物的質(zhì)量為m，重物和電梯一起以加速度a加速上升。問：臺秤示數(shù)多大？GFN由牛頓第二定律得F合=FN—G=ma故：FN=G+ma由牛頓第三定律可知：物體對臺秤的壓力F’>G=FN>G課堂小實驗正方向VaG故：T=G+ma>GF合=T—G=ma由牛頓第二定律得由牛頓第三定律可知：物體對彈簧稱的拉力T’=T>G總結(jié)一、超重現(xiàn)象：物體對支持物的壓力（或?qū)覓煳锏睦Γ┐笥谖矬w所受重力的情況稱為超重現(xiàn)象。T當彈簧稱懸掛物體加速上升的時候（超重現(xiàn)象）正方向二、失重現(xiàn)象例2、在上題中，如果升降機以2.5m/s2的加速度勻加速下降時，測力計的示數(shù)又是多少？（g取10m/s2)原理分析（二）當電梯減速上升的時候

設(shè)重物的質(zhì)量為m，重物和電梯一起以加速度a減速上升。問：臺秤示數(shù)怎樣？由牛頓第二定律得F合=G—FN=ma故：FN=G—ma由牛頓第三定律可知：物體對臺秤的壓力F’<G=FN<GaGFN總結(jié)：二、失重現(xiàn)象物體對支持物的壓力（或?qū)覓煳锏睦Γ┬∮谖矬w所受重力的情況稱為失重現(xiàn)象。（失重現(xiàn)象）V正方向原理分析a=gVGFN由牛頓第二定律得F合=G—FN=mgFN

=G-mg=0（三）當電梯向下的加速度a=g時問：臺秤示數(shù)是多少？正方向原理分析a=gG由牛頓第二定律得所以此時物體對臺秤的壓力等于0（三）當電梯向下的加速度a=g時總結(jié)：物體對支持物的壓力（或?qū)覓煳锏睦Γ┑扔诹愕倪@種狀態(tài)，叫做完全失重狀態(tài)。——完全失重狀態(tài)F合=G—FN=mgFN

=G-mg=0正方向總結(jié)：a、當物體有向上的加速度時（加速上升或減速下降），產(chǎn)生超重現(xiàn)象。

b、當物體有向下的加速度時（加速下降或減速上升），產(chǎn)生失重現(xiàn)象。當

a=g時，完全失重。對超重和失重的進一步認識例4、前例中，如果升降機以2.5m/s2的加速度減速上升，測力計的示數(shù)又是多少？（g取10m/s2)例5、前例中，如果升降機以2.5m/s2的加速度減速下降，測力計的示數(shù)又是多少？（g取10m/s2)例4、前例中，如果升降機以2.5m/s2的加速度減速上升，測力計的示數(shù)又是多少？（g取10m/s2)對超重的進一步認識例5、前例中，如果升降機以2.5m/s2的加速度減速下降，測力計的示數(shù)又是多少？（g取10m/s2)對失重的進一步認識例：下面所示的情況中，對物體m來說，哪幾種發(fā)生超重現(xiàn)象？哪幾種發(fā)生失重現(xiàn)象？N<G失重N<G失重N>G超重

總結(jié)：物體具有豎直向上的加速度，即處于超重狀態(tài)；物體具有豎直向下的加速度，即處于失重狀態(tài)。與運動的方向無關(guān)。G甲mvaN乙N>G超重mvaGNmav丙GNmva丁GN對超重和失重的進一步認識【規(guī)律總結(jié)】1.產(chǎn)生超重的條件：當物體的加速度方向向上時，即a↑。加速上升或減速下降——讀數(shù)大于重力（視重大于實重）2.產(chǎn)生失重的條件——當物體的加速度方向向下時，即a↓

。加速下降或減速上升——讀數(shù)小于重力（視重小于實重）對超重與失重的理解

(1)物體處于超重或失重狀態(tài)時，物體所受的重力并沒有發(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、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。

(3)物體不在豎直方向上運動，只要其加速度在豎直方向上有分量，即ay≠0，就存在超重、失重現(xiàn)象。當ay方向豎直向上時，物體處于超重狀態(tài)；當ay方向豎直向下時，物體處于失重狀態(tài)。(4).重力和視重A

實重：物體實際受到的重力大小稱為實重。(即真實重量)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G＝mg。物體的重力與物體的運動狀態(tài)無關(guān)，無論物體如何運動，其重力不發(fā)生變化。B視重——測量出來的重力大小稱為視重。(即表現(xiàn)出來的重量)實際等于物體對支持物的壓力或?qū)覓焖奈矬w的拉力，物體的視重與物體的運動狀態(tài)有關(guān)，它隨物體運動狀態(tài)的變化而變化。(5)完全失重的理解

(1)處于完全失重狀態(tài)的物體，由物體對支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?為零，故物體只受重力作用，其加速度為g。如：自由落體運動、拋體運動中的物體。

(2)在完全失重狀態(tài)下，平常由重力產(chǎn)生的一切物理現(xiàn)象都會完全消失，比如物體對桌面無壓力，單擺停止擺動，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、液體氣壓計等。

[特別提醒]

(1)用彈簧測力計測物體的重力時，必須保證物體處于靜止或勻速直線運動狀態(tài)。當物體在豎直方向有加速度時，測力計的示數(shù)不再等于物體的重力。

(2)超重時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。日常生活中的超重和失重現(xiàn)象2.利用體重計稱量體重時，人在體重計上要保持靜止。3.乘豎直升降的電梯，在升降過程中，體驗超重和失重。4.乘快速行駛的汽車，突遇上坡或下坡，體驗超重和失重。5.游樂園里，乘座過山車，體驗超重和失重。1.人起跳過程和從高處跳下，體驗超重和失重。6.飛機起飛或著陸或突遇氣流，飛機上下顛簸，體驗超重和失重（船、蹺蹺板、轎子等）7.蹦床運動，人上下運動時，體驗超重和失重?！伎肌⒁粋€人站在醫(yī)用體重計的測盤上不動時測得重為G，當此人突然下蹲的過程中，體重計的讀數(shù)（）A先大于G，后小于GB先小于G，后大于GC大于GD小于G人下蹲過程分析：由靜止開始向下運動，速度增加，具有向下的加速度（失重）；蹲下后最終速度變?yōu)榱悖蔬€有一個向下減速的過程，加速度向上（超重）。思考：如果人下蹲后又突然站起，情況又會怎樣？B側(cè)面有一個洞的水瓶里面裝滿水，讓水瓶做自由落體運動，水會不會從洞中射出來？為什么？【觀察與思考】？為什么心臟病人不宜乘坐？【觀察與思考】人從離開起跳點開始經(jīng)歷了哪些過程？

蹦極是深受人喜愛的一種運動，刺激但危險性也大。曾有人這么形容蹦極時的感受：隨著彈性繩的伸縮，一忽兒象掉入無底深淵，整個心臟都仿佛往上提；一忽兒又好象有一只大手把人往下壓，想抬頭都困難。利用完全失重條件的科學(xué)研究制造理想的滾珠在失重條件下，熔化了的金屬液滴，形狀呈絕對球形，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，并不成絕對球形，這是造成軸承磨損的重要原因之一。制造泡沫金屬

超重對宇航員的影響

宇航員在飛船起飛和返回地面時，處于超重狀態(tài)，特別是在升空時，超重可達重力的9倍，超重使人不適，起初會感到頭暈、嘔吐，超重達到3倍重力時既感到呼吸困難；超重達到4倍重力時，頸骨已不能支持頭顱，有折斷的危險。所以升空時宇航員必須采取橫臥姿勢，以增強對超重的耐受能力。宇航員的平躺姿勢太空中的失重環(huán)境人造地球衛(wèi)星、宇宙飛船、航天飛機等航天器進入軌道后，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，進入宇航員的眼睛、鼻孔……空間站中的宇航員在航天飛機中所有和重力有關(guān)的儀器都無法使用！無法用天平測量物體的質(zhì)量0彈簧測力計無法測量物體的重力，但仍能測量拉力的大小。課堂練習練習1、一個人站在醫(yī)用體重計的測盤上不動時測得重為G，當此人突然下蹲的過程中，體重計的讀數(shù)（）A先大于G，后小于GB先小于G，后大于GC大于GD小于G人下蹲過程分析：由靜止開始向下運動，速度增加，具有向下的加速度（失重）；蹲下后最終速度變?yōu)榱悖蔬€有一個向下減速的過程，加速度向上（超重）。思考：如果人下蹲后又突然站起，情況又會怎樣？B1、質(zhì)量是60kg的人站在升降機中的體重計上，當升降機做下列運動時，體重計的讀數(shù)分別是多少？⑴升降機以0.6m/s2加速上升。⑵升降機以2.0m/s2加速下降。解:（1）讀數(shù)為：⑵讀數(shù)為：*某鋼繩所能承受的最大拉力是4×104N，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：3.2t=3.2×103kg，Ｇ=3.2×104N貨物所受到的合外力F合≤F－G，又∵F合=ma，a≤F合／m∴a≤(4×104N－3.2×104N)／3.2×103kg∴a≤2.5m/s22：一個人在地面上最多能舉起60kg的重物，在加速度方向向上，大小為2m/s2的電梯中，他最多能舉起多少千克的重物。(g=10m/s2)（設(shè)同一個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m，對物體受力分析。G=mgFN根據(jù)牛頓第二定律得

F合

=FN—G=maFN=mg+ma所以m=FN/(g+a)=50kga依題意FN應(yīng)等于此人的最大舉力即FN=600N這說明一個什么現(xiàn)象呢？----產(chǎn)生了超重現(xiàn)象aGFNFN′xy*如圖所示的裝置以加速度2m/s2豎直上升時，質(zhì)量為10kg的小球?qū)ωQ直板的壓力FN是多少？解：對小球進行受力分析，如圖示：）37o∴FN=FN′sin37o……(1)F合=FN′cos37o－G=ma……(2)整理得：FNcot37o=ma+GFN=(10kg×2m/s2+10kg×10m/s2)×0.75

=160N小