用超重失重觀點巧解力學問題

付同森

(廣西南寧市第二中學 530029)

當物體存在向上的加速度時，物體對支持物的壓力(或對懸掛物的拉力)大于物體所受重力的現象叫做超重.當物體存在向下的加速度時，物體對支持物的壓力(或對懸掛物的拉力)小于物體所受重力的現象叫做失重.

在教學中很多題目涉及超重或失重現象，如果不要求定量計算，可以直接用超重或失重的結論解答，能起到事半功倍的效果.

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

A．地面對木楔的支持力大于(M+m)g

B．地面對木楔的支持力小于(M+m)g

C．地面對木楔的支持力等于(M+m)g

D．地面對木楔的摩擦力為0

解析物體m沿斜面向下做減速運動，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錯誤；物體加速度沿水平方向的分量向右，說明地面對木楔的摩擦力方向水平向右，故D錯誤，答案為A．

例2 磁鐵懸掛在支架上，支架懸掛在梁上，設懸掛電磁鐵的細繩拉力大小為F，懸掛支架的細繩拉力大小為T，則在電磁鐵通電后鐵塊向上運動過程中與通電前相比( ).

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T大于整體總重力．對A做受力分析可知，通電前，懸掛電磁鐵的細繩拉力大小為F=mAg，通電后，A增加一個豎直向下的鐵塊對電磁鐵的吸引力，故拉力F增大．故答案為BD.

例3 如圖，在升降機的地板上，放一物體A，A被一伸長的彈簧拉住而靜止，升降機運動后，發(fā)現A被彈簧拉動，則升降機的運動可能是( ).

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，說明A與升降機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對地板的壓力減小，也就是說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，說明物體處于失重狀態(tài).可見C和D是正確的.

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

A．箱內物體對箱子底部始終沒有壓力

B．箱子剛從飛機上投下時，箱內物體受到的支持力最大

C．箱子接近地面時，箱內物體受到的支持力比剛投下時大

D．若下落距離足夠長，箱內物體有可能所受支持力等于它的重力

例5 如圖所示，4個相同的鉤碼分別掛在滑輪的兩邊, 系統(tǒng)處于靜止狀態(tài)，這時彈簧秤的讀數為T.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、下不同方向加速運動，這時彈簧秤的讀數T將( ).

A. 增大 B.減小

C.不變 D.無法確定

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

例6 如圖6所示，臺秤上有一裝水容器，容器底部用一質量不計的細線系住一個乒乓球．某時刻細線斷開，乒乓球向上加速運動，在此過程中，關于臺秤的示數與線斷前相比的變化情況．下列說法正確的是( ).

A. 增大 B.減小 C.不變 D.無法確定

解析乒乓球加速上升，整個系統(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玻璃管內，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狀態(tài).當管在豎直方向運動時，發(fā)現水銀柱相對玻璃管向上移動了一的段距離(溫度不變)，玻璃管的運動情況可能是( ).

A.向上加速運動 B.向下減速運動

C.向下加速運動 D.向上減速運動

解析根據題中所給出的物理情景可知，氣柱1的氣體壓強變大，氣柱2的氣體壓強變小，水銀柱所受合力豎直向下，這說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，可見選項C和D是正確的.故答案為C和D.

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

A．體重約為650 N

B．做了兩次下蹲——起立的動作

C．做了一次下蹲——起立的動作，且下蹲后約2 s起立

D．下蹲過程中先處于超重狀態(tài)后處于失重狀態(tài)

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

參考文獻：

[1]許弟余,王長江,王志軍.利用超重、失重觀點解答一類力學問題[J].湖南中學物理,2010(07).