用超重失重觀點(diǎn)巧解力學(xué)問(wèn)題

付同森

(廣西南寧市第二中學(xué) 530029)

當(dāng)物體存在向上的加速度時(shí)，物體對(duì)支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?大于物體所受重力的現(xiàn)象叫做超重.當(dāng)物體存在向下的加速度時(shí)，物體對(duì)支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?小于物體所受重力的現(xiàn)象叫做失重.

在教學(xué)中很多題目涉及超重或失重現(xiàn)象，如果不要求定量計(jì)算，可以直接用超重或失重的結(jié)論解答，能起到事半功倍的效果.

例1 如圖所示，質(zhì)量為M的木楔ABC靜置于粗糙水平面上，在斜面頂端將一質(zhì)量為m的物體，以一定的初速度從A點(diǎn)沿平行斜面的方向推出，物體m沿斜面向下做減速運(yùn)動(dòng)，在減速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，下列說(shuō)法中正確的是( ).

A．地面對(duì)木楔的支持力大于(M+m)g

B．地面對(duì)木楔的支持力小于(M+m)g

C．地面對(duì)木楔的支持力等于(M+m)g

D．地面對(duì)木楔的摩擦力為0

解析物體m沿斜面向下做減速運(yùn)動(dòng)，加速度方向沿斜面向上，則其沿豎直向上的方向有分量，系統(tǒng)處于超重狀態(tài)，故A正確，B、C錯(cuò)誤；物體加速度沿水平方向的分量向右，說(shuō)明地面對(duì)木楔的摩擦力方向水平向右，故D錯(cuò)誤，答案為A．

例2 磁鐵懸掛在支架上，支架懸掛在梁上，設(shè)懸掛電磁鐵的細(xì)繩拉力大小為F，懸掛支架的細(xì)繩拉力大小為T(mén)，則在電磁鐵通電后鐵塊向上運(yùn)動(dòng)過(guò)程中與通電前相比( ).

A．F不變 B．F增大

C．T不變 D．T增大

解析以ABC為整體，通電前懸掛支架的細(xì)繩拉力等于整體總重力，通電后，鐵塊加速上升，C物體的加速度向上，整體重心加速上升，整體處于超重狀態(tài)，所以此時(shí)T大于整體總重力．對(duì)A做受力分析可知，通電前，懸掛電磁鐵的細(xì)繩拉力大小為F=mAg，通電后，A增加一個(gè)豎直向下的鐵塊對(duì)電磁鐵的吸引力，故拉力F增大．故答案為BD.

例3 如圖，在升降機(jī)的地板上，放一物體A，A被一伸長(zhǎng)的彈簧拉住而靜止，升降機(jī)運(yùn)動(dòng)后，發(fā)現(xiàn)A被彈簧拉動(dòng)，則升降機(jī)的運(yùn)動(dòng)可能是( ).

A.加速上升 B.減速下降

C.減速上升 D.加速下降

解析A被彈簧拉動(dòng)，說(shuō)明A與升降機(jī)底板間的最大靜摩擦力減小，而最大靜摩擦力與正壓力成正比，由此可知，A對(duì)地板的壓力減小，也就是說(shuō)物體所受支持力減小，重力大于支持力，合力向下，物體存在向下的加速度，說(shuō)明物體處于失重狀態(tài).可見(jiàn)C和D是正確的.

例4 直升機(jī)懸停在空中向地面投放裝有救災(zāi)物資的箱子，如圖所示．設(shè)投放初速度為零，箱子所受的空氣阻力與箱子下落速度的平方成正比，且運(yùn)動(dòng)過(guò)程中箱子始終保持圖示姿態(tài)．則在箱子下落過(guò)程中，下列說(shuō)法正確的是( ).

A．箱內(nèi)物體對(duì)箱子底部始終沒(méi)有壓力

B．箱子剛從飛機(jī)上投下時(shí)，箱內(nèi)物體受到的支持力最大

C．箱子接近地面時(shí)，箱內(nèi)物體受到的支持力比剛投下時(shí)大

D．若下落距離足夠長(zhǎng)，箱內(nèi)物體有可能所受支持力等于它的重力

例5 如圖所示，4個(gè)相同的鉤碼分別掛在滑輪的兩邊, 系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)，這時(shí)彈簧秤的讀數(shù)為T(mén).若把鉤碼2從左邊快速移到右邊的鉤碼4上，鉤碼1和鉤碼2、3、4將沿上、下不同方向加速運(yùn)動(dòng)，這時(shí)彈簧秤的讀數(shù)T將( ).

A. 增大 B.減小

C.不變 D.無(wú)法確定

解析由于把鉤碼2從左邊快速移到右邊的鉤碼4上，4個(gè)鉤碼將加速運(yùn)動(dòng)，2、3、4鉤碼豎直向下加速運(yùn)動(dòng)，鉤碼1加速向上運(yùn)動(dòng)，把4個(gè)鉤碼看為一個(gè)系統(tǒng)，則該系統(tǒng)整體重心將加速向下運(yùn)動(dòng)，該系統(tǒng)處于失重狀態(tài).故彈簧秤的讀數(shù)T將減小，即選項(xiàng)B正確，故答案為B.

例6 如圖6所示，臺(tái)秤上有一裝水容器，容器底部用一質(zhì)量不計(jì)的細(xì)線系住一個(gè)乒乓球．某時(shí)刻細(xì)線斷開(kāi)，乒乓球向上加速運(yùn)動(dòng)，在此過(guò)程中，關(guān)于臺(tái)秤的示數(shù)與線斷前相比的變化情況．下列說(shuō)法正確的是( ).

A. 增大 B.減小 C.不變 D.無(wú)法確定

解析乒乓球加速上升，整個(gè)系統(tǒng)重心向下加速，系統(tǒng)處于失重狀態(tài)，故D正確，答案為B．

例7 如圖7所示，在一根豎直放置的兩端封閉的細(xì)玻璃管內(nèi)，封閉著空氣，氣體被一段水銀柱分為上、下兩部分，玻璃管和水銀柱都處于靜止?fàn)顟B(tài).當(dāng)管在豎直方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)水銀柱相對(duì)玻璃管向上移動(dòng)了一的段距離(溫度不變)，玻璃管的運(yùn)動(dòng)情況可能是( ).

A.向上加速運(yùn)動(dòng) B.向下減速運(yùn)動(dòng)

C.向下加速運(yùn)動(dòng) D.向上減速運(yùn)動(dòng)

解析根據(jù)題中所給出的物理情景可知，氣柱1的氣體壓強(qiáng)變大，氣柱2的氣體壓強(qiáng)變小，水銀柱所受合力豎直向下，這說(shuō)明水銀柱處于失重狀態(tài)，由失重原理知，系統(tǒng)具有向下的加速度，可見(jiàn)選項(xiàng)C和D是正確的.故答案為C和D.

例8 如圖8所示是某同學(xué)站在力板傳感器上做下蹲——起立的動(dòng)作時(shí)記錄的壓力F隨時(shí)間t變化的圖線.由圖線可知該同學(xué)( ).

A．體重約為650 N

B．做了兩次下蹲——起立的動(dòng)作

C．做了一次下蹲——起立的動(dòng)作，且下蹲后約2 s起立

D．下蹲過(guò)程中先處于超重狀態(tài)后處于失重狀態(tài)

解析當(dāng)該同學(xué)站在力板傳感器上靜止不動(dòng)時(shí)，其合力為零，即壓力讀數(shù)恒等于該同學(xué)的體重值，由圖線可知：該同學(xué)的體重為650 N，A正確；每次下蹲，該同學(xué)都將經(jīng)歷先向下做加速(加速度方向向下)、后減速(加速度方向向上)的運(yùn)動(dòng)，即先經(jīng)歷失重狀態(tài)，后經(jīng)歷超重狀態(tài)，讀數(shù)F先小于體重，后讀數(shù)F大于體重；每次起立，該同學(xué)都將經(jīng)歷先向上做加速(加速度方向向上)、后減速(加速度方向向下)的運(yùn)動(dòng)，即先經(jīng)歷超重狀態(tài)，后經(jīng)歷失重狀態(tài)，讀數(shù)F先大于體重、后小于體重.由圖線可知：C正確，B、D錯(cuò)誤．故答案為A和C．

參考文獻(xiàn)：

[1]許弟余,王長(zhǎng)江,王志軍.利用超重、失重觀點(diǎn)解答一類(lèi)力學(xué)問(wèn)題[J].湖南中學(xué)物理,2010(07).