超重和失重是高中物理學(xué)習(xí)過程中應(yīng)用規(guī)律分析現(xiàn)象的典型實例,是對牛頓運(yùn)動定律的運(yùn)用,也是高考重要知識點和學(xué)生易混淆的知識點之一。
想要厘清超重和失重的本質(zhì)現(xiàn)象,首先要清楚幾個概念。
概念
視重:當(dāng)物體掛在彈簧測力計下或放在水平臺秤上時,彈簧測力計或臺秤的讀數(shù)稱為視重。視重的大小等于秤所受的拉力或壓力。
超重:物體對支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦Γ┐笥谖矬w所受重力的現(xiàn)象。超重產(chǎn)生的條件是物體要具有向上的加速度。
失重:物體對支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦Γ┬∮谖矬w所受重力的現(xiàn)象。失重產(chǎn)生的條件是物體要具有向下的加速度。
完全失重:物體對支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦Γ┑扔诹愕默F(xiàn)象。它產(chǎn)生的條件是物體的加速度等于重力加速度,且方向向下。
對視重、超重和失重的理解
1、不論超重、失重或完全失重,物體的重力都不變,只是視重的改變。千萬不要錯誤地認(rèn)為超重就是超過重力,失重就是失去重力。
2、物體是否處于超重或失重狀態(tài),不在于物體向上運(yùn)動還是向下運(yùn)動,而在于物體具有向上的加速度還是向下的加速度。這也是判斷物體超重或失重的根本所在。而有些學(xué)生容易把超重、失重現(xiàn)象的運(yùn)動學(xué)特征與物體的運(yùn)動方向相聯(lián)系,認(rèn)為超重一定是物體向上運(yùn)動、失重一定是物體向下運(yùn)動。然而真實情況是,物體處于超重狀態(tài)時,不一定向上加速運(yùn)動,也可能向下減速運(yùn)動;物體處于失重狀態(tài)時,不一定向下加速運(yùn)動,也可能向上減速運(yùn)動。
幾個常見模型
一:電梯
電梯在運(yùn)行過程中,電梯中的人所處的狀態(tài)就包含了超重、失重狀態(tài)。現(xiàn)在我們分析下電梯的運(yùn)行過程。
(1)電梯上升過程
① 加速階段,電梯加速度向上,人處于超重狀態(tài),人對電梯的壓力大于重力;
② 平穩(wěn)運(yùn)行階段,電梯勻速上升,此時加速度為零,人既不超重也不失重,人對電梯的壓力等于重力;
③ 減速階段,電梯做減速上升運(yùn)動,直至電梯停止上升,速度減為零,此階段加速度向下,人處于失重狀態(tài),人對電梯的壓力小于重力。
(2)電梯下降過程
① 加速階段,電梯加速度向下,人處于失重狀態(tài),人對電梯的壓力小于重力;
② 平穩(wěn)運(yùn)行階段,電梯勻速下降,此時加速度為零,人既不超重也不失重,人對電梯的壓力等于重力;
③ 減速階段,電梯做減速下降運(yùn)動,直至電梯停止下降,速度減為零,此階段加速度向上,人處于超重狀態(tài),人對電梯的壓力大于重力。
斜面--自動扶梯
斜面上的超重、失重問題常常伴隨著對摩擦力、壓力的研究。
① 當(dāng)扶梯加速上升時,物體處于超重狀態(tài),物體對扶梯的壓力變大,對扶梯的摩擦力變大;
② 當(dāng)扶梯減速上升時,物體處于失重狀態(tài),物體對扶梯的壓力變小,對扶梯的摩擦力變小;
③ 當(dāng)扶梯加速下降時,物體處于失重狀態(tài),物體對扶梯的壓力變小,對扶梯的摩擦力變小;
④ 當(dāng)扶梯減速下降時,物體處于超重狀態(tài),物體對扶梯的壓力變大,對扶梯的摩擦力變大。
升降機(jī)中的彈簧
(1)彈簧懸掛在頂端,靜止時彈簧伸長Lo
① 當(dāng)升降機(jī)加速上升時,物體超重,物體對彈簧拉力大于重力,彈簧伸長量L > Lo;
② 當(dāng)升降機(jī)減速上升時,物體失重,物體對彈簧拉力小于重力,彈簧伸長量L < Lo;
③ 當(dāng)升降機(jī)加速下降時,物體失重,物體對彈簧拉力小于重力,彈簧伸長量L < Lo;
④ 當(dāng)升降機(jī)減速下降時,物體超重,物體對彈簧拉力大于重力,彈簧伸長量L > Lo。
(2)彈簧放置在底部,靜止時彈簧壓縮Lo
① 當(dāng)升降機(jī)加速上升時,物體超重,物體對彈簧壓力大于重力,彈簧壓縮量L > Lo;
② 當(dāng)升降機(jī)減速上升時,物體失重,物體對彈簧壓力小于重力,彈簧壓縮量L < Lo;
③ 當(dāng)升降機(jī)加速下降時,物體失重,物體對彈簧壓力小于重力,彈簧壓縮量L < Lo;
④ 當(dāng)升降機(jī)減速下降時,物體超重,物體對彈簧壓力大于重力,彈簧壓縮量L > Lo。
如果將此模型中的彈簧更換為細(xì)繩或桿,或者再在升降機(jī)中加斜面,情況都是一樣的,不再重復(fù)分析。
生活中遇到的超重、失重現(xiàn)象有很多,除了電梯之外,還有人本身的下蹲及起立過程,飛機(jī)的起飛、降落過程,火箭的發(fā)射以及一些驚險刺激的游樂項目如蹦極、過山車、跳樓機(jī)等等。
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