知識(shí)點(diǎn)一 　重力的測(cè)量
1.如圖所示,測(cè)量一個(gè)物塊的重力大小,甲同學(xué)把物塊掛在一彈簧測(cè)力計(jì)上,乙同學(xué)把物塊放在一個(gè)臺(tái)秤上,他們測(cè)量的原理是什么?
答案:對(duì)于甲,物塊靜止時(shí),物塊受到的重力大小等于彈簧測(cè)力計(jì)的拉力;對(duì)于乙,物塊受到的重力大小等于臺(tái)秤的支持力.測(cè)量原理均是二力平衡.
2.測(cè)量重力的兩種方法.(1)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= .(2)利用力的平衡條件對(duì)重力進(jìn)行測(cè)量.將待測(cè)物體懸掛或放置在測(cè)力計(jì)上,使它處于 狀態(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.
答案:物體向上加速時(shí),受到重力和拉力的作用,受力分析如圖所示,由于物體有向上的加速度,根據(jù)牛頓第二定律得F-G=ma,所以F=ma+G>G,彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)大于物體的重力.
1.如圖所示,用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)物體的重力時(shí),突然向上加速,彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)與物體的重力有何大小關(guān)系?嘗試用牛頓第二定律分析.
2.某同學(xué)家住十樓,每天上學(xué)放學(xué)均要乘垂直升降電梯.上學(xué)時(shí),在電梯里,開始他總覺得有種“輕飄飄”的感覺,背的書包也感覺變“輕”了.快到樓底時(shí),他總覺得自己有種“腳踏實(shí)地”的感覺,背的書包也似乎變“重”了.這是什么原因呢?
答案:這是因?yàn)殡娞輨倖?dòng)時(shí)處于失重狀態(tài),快到樓底時(shí)處于超重狀態(tài).
3.失重.(1)概念:物體對(duì)支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦? 物體所受重力的現(xiàn)象.(2)實(shí)質(zhì):具有 的加速度.(3)完全失重:物體對(duì)支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦? 的現(xiàn)象.完全失重的實(shí)質(zhì)是物體的加速度豎直向下且等于 .4.超重.(1)概念:物體對(duì)支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦? 物體所受重力的現(xiàn)象.(2)實(shí)質(zhì):具有 的加速度.
1.物體處于超重狀態(tài)時(shí),可能向上運(yùn)動(dòng),也可能向下運(yùn)動(dòng).( )2.物體處于超重狀態(tài)時(shí),加速度一定向上.( )3.減速下降的物體處于失重狀態(tài).( )4.加速度大小等于g的物體處于完全失重狀態(tài).( )5.航天員在太空中處于完全失重狀態(tài),所以說航天員在太空中不受重力的作用.( )6.蕩秋千過程中,秋千擺到最低位置時(shí),人處于失重狀態(tài).( )
一個(gè)人站在體重計(jì)上.在他下蹲的過程中,他發(fā)現(xiàn)體重計(jì)指針示數(shù)發(fā)生了變化.1.在人下蹲的過程中,體重計(jì)對(duì)人的支持力大小等于人的重力嗎?
答案:體重計(jì)對(duì)人的支持力大小不等于人的重力.因?yàn)槿讼露椎倪^程經(jīng)歷了加速向下、減速向下和靜止這三個(gè)過程,其中前兩個(gè)過程人處于非平衡狀態(tài),不滿足二力平衡,所以體重計(jì)對(duì)人的支持力大小不等于人的重力.
2.要想準(zhǔn)確測(cè)量重力的大小,人應(yīng)該怎么做?
答案:要想準(zhǔn)確測(cè)量重力的大小,人需保持平衡狀態(tài),此時(shí)體重計(jì)對(duì)人的支持力與人的重力才滿足二力平衡,二者大小才相等.
對(duì)重力測(cè)量的理解:(1)用平衡方法測(cè)量物體的重力時(shí),物體應(yīng)保持平衡狀態(tài).(2)彈簧測(cè)力計(jì)對(duì)物體的拉力(或體重計(jì)對(duì)物體的支持力)和物體所受的重力是兩種不同的力,但物體靜止時(shí),根據(jù)二力平衡,它們的大小是相等的.(3)利用G=mg測(cè)重力,不同的地方g一般不同,重力大小也不同.
【典例1】用彈簧測(cè)力計(jì)豎直測(cè)量懸掛在其下面的小球的重力,則有 ( )A.小球?qū)椈蓽y(cè)力計(jì)的拉力就是小球的重力B.在任何情況下,小球?qū)椈蓽y(cè)力計(jì)的拉力大小都等于小球的重力大小C.靜止時(shí),小球?qū)椈蓽y(cè)力計(jì)的拉力大小等于小球的重力大小D.靜止時(shí),小球?qū)椈蓽y(cè)力計(jì)的拉力就是重力
解析:拉力和重力是性質(zhì)不同的力,不能等同,選項(xiàng)A、D錯(cuò)誤;小球在靜止或做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí),小球?qū)椈蓽y(cè)力計(jì)的拉力大小等于小球的重力大小,選項(xiàng)B錯(cuò)誤,選項(xiàng)C正確.
為了研究超重、失重現(xiàn)象,一同學(xué)在電梯里放了一臺(tái)體重計(jì),如圖所示.設(shè)該同學(xué)的質(zhì)量為50 kg,g取10 m/s2.1.當(dāng)電梯以a=2 m/s2的加速度勻加速上升時(shí),體重計(jì)的示數(shù)多大?
答案:勻加速上升時(shí),以人為研究對(duì)象,受力情況如圖所示,選向上為正方向.
根據(jù)牛頓第二定律,有FN-mg=ma,得FN=mg+ma=50×(10+2) N=600 N,根據(jù)牛頓第三定律可得人對(duì)體重計(jì)的壓力即體重計(jì)的示數(shù)FN'=FN=600 N.
2.當(dāng)電梯以a=2 m/s2的加速度勻減速上升時(shí),體重計(jì)的示數(shù)多大?
答案:勻減速上升時(shí),以人為研究對(duì)象,人的受力情況如圖所示,選向下為正方向.
根據(jù)牛頓第二定律,有mg-FN=ma,得FN=mg-ma=50×(10-2) N=400 N,根據(jù)牛頓第三定律可得人對(duì)體重計(jì)的壓力即體重計(jì)的示數(shù)FN'=FN=400 N.
3.當(dāng)電梯以a=2 m/s2的加速度勻加速下降時(shí),體重計(jì)的示數(shù)多大?
答案:勻加速下降時(shí),以人為研究對(duì)象,人的受力情況如圖所示,選向下為正方向.
4.當(dāng)電梯以a=2 m/s2的加速度勻減速下降時(shí),體重計(jì)的示數(shù)多大?
答案:勻減速下降時(shí),以人為研究對(duì)象,人的受力情況如圖所示,選向上為正方向.
根據(jù)牛頓第二定律有FN-mg=ma,得FN=mg+ma=50×(10+2) N=600 N,根據(jù)牛頓第三定律可得人對(duì)體重計(jì)的壓力即體重計(jì)的示數(shù)FN'=FN=600 N.
5.結(jié)合以上探究過程,歸納總結(jié):什么情況下會(huì)發(fā)生超重現(xiàn)象,什么情況下會(huì)發(fā)生失重現(xiàn)象.
答案:問題1和問題4中,物體具有向上的加速度時(shí),發(fā)生超重現(xiàn)象;問題2和問題3中,物體具有向下的加速度時(shí),發(fā)生失重現(xiàn)象.
1.實(shí)重和視重.(1)實(shí)重:物體實(shí)際所受的重力,不會(huì)因?yàn)槲矬w運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變而改變.(2)視重:當(dāng)物體在豎直方向上有加速度時(shí),物體對(duì)懸掛物的拉力(或?qū)χС治锏膲毫?將不等于物體的重力,此時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)或體重計(jì)的示數(shù)叫作物體的視重.
2.超重和失重的理解.(1)超重現(xiàn)象:物體具有豎直向上的加速度,物體對(duì)懸掛物的拉力(或?qū)χС治锏膲毫?大于物體所受的重力.(2)失重現(xiàn)象:物體具有豎直向下的加速度,物體對(duì)懸掛物的拉力(或?qū)χС治锏膲毫?小于物體所受的重力.(3)完全失重現(xiàn)象:物體的加速度豎直向下且大小等于g.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(huì)消失.例如物體對(duì)桌面無壓力,浸在水中的物體不受浮力等.在航天器中,物體將飄浮在空中,液滴呈球形,氣泡在液體中將不會(huì)上浮等.另外,靠重力才能使用的儀器,也不能再使用,如天平、密度計(jì)等.
3.超重和失重的分析.
【典例2】(多選)電梯的頂部拴一彈簧測(cè)力計(jì),彈簧測(cè)力計(jì)下端掛一重物,電梯靜止時(shí),電梯中的人觀察到彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為10 N.某時(shí)刻電梯中的人觀察到彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為12 N,g取10 m/s2,則此時(shí)()A.電梯可能向上加速運(yùn)動(dòng),加速度大小為2 m/s2B.電梯可能向上減速運(yùn)動(dòng),加速度大小為2 m/s2C.電梯中的人一定處于超重狀態(tài)D.電梯中的人一定處于平衡狀態(tài)
解析:彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)增大,根據(jù)牛頓第二定律F-mg=ma,解得加速度a=2 m/s2,方向向上,電梯可能做向上的加速運(yùn)動(dòng),或向下的減速運(yùn)動(dòng),選項(xiàng)A正確,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;電梯中的人加速度向上,處于超重狀態(tài),選項(xiàng)C正確,選項(xiàng)D錯(cuò)誤.
[學(xué)會(huì)審題](1)依據(jù)拉力和重力大小關(guān)系判斷加速度方向及超、失重狀態(tài).(2)由牛頓第二定律求出加速度大小.
【典例3】(多選)引體向上是同學(xué)們經(jīng)常做的一項(xiàng)健身運(yùn)動(dòng).該運(yùn)動(dòng)的動(dòng)作要領(lǐng):兩手正握單杠,兩手間距略寬于肩,兩腳離地,兩臂下垂伸直;用背闊肌的收縮力量將身體往上拉起,當(dāng)下巴超過單杠時(shí)稍作停頓,靜止一秒鐘,使背闊肌徹底收縮;然后讓身體徐徐下降,直到完全下垂,如圖所示.這樣上拉下放,重復(fù)動(dòng)作,達(dá)到鍛煉臂力和腹肌的目的.下列判斷正確的是( )
A.在上拉過程的開始,單杠對(duì)人的作用力大于人的重力B.在上拉過程的結(jié)束,單杠對(duì)人的作用力大于人的重力C.在下放過程的開始,單杠對(duì)人的作用力小于人的重力D.在下放過程的結(jié)束,單杠對(duì)人的作用力小于人的重力
解析:在上拉過程的開始,人要向上加速,處于超重狀態(tài),則單杠對(duì)人的作用力大于人的重力,選項(xiàng)A正確;在上拉過程的結(jié)束,人要向上減速,處于失重狀態(tài),單杠對(duì)人的作用力小于人的重力,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;在下放過程的開始,人要向下加速,處于失重狀態(tài),單杠對(duì)人的作用力小于人的重力,選項(xiàng)C正確;在下放過程的結(jié)束,人要向下減速,處于超重狀態(tài),單杠對(duì)人的作用力大于人的重力,選項(xiàng)D錯(cuò)誤.
判斷超重和失重現(xiàn)象的方法(1)從受力的角度判斷:當(dāng)物體所受向上的拉力(或支持力)大于重力時(shí),物體處于超重狀態(tài);小于重力時(shí)處于失重狀態(tài);等于0時(shí)處于完全失重狀態(tài).(2)從加速度的角度判斷:當(dāng)物體具有向上的加速度時(shí)處于超重狀態(tài);具有向下的加速度時(shí)處于失重狀態(tài);向下的加速度為重力加速度時(shí)處于完全失重狀態(tài).(3)從速度變化的角度判斷.①物體向上加速或向下減速時(shí),處于超重狀態(tài);②物體向下加速或向上減速時(shí),處于失重狀態(tài).
1.下列關(guān)于超重和失重的說法,正確的是( )A.物體處于超重狀態(tài)時(shí),其重力增加了B.物體處于完全失重狀態(tài)時(shí),其重力為0C.物體處于超重(或失重)狀態(tài)時(shí),其慣性比物體處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)增加(或減小)了D.物體處于超重或失重狀態(tài)時(shí),其質(zhì)量及受到的重力都沒有變化
2.如圖所示,建筑工人在砌墻時(shí)需要將磚塊運(yùn)送到高處,采用的方式是一工人甲在低處將一摞磚豎直向上拋出,在高處的工人乙將其接住.每塊磚的質(zhì)量均為m,現(xiàn)只考慮最上層的兩塊磚,不計(jì)空氣阻力,下列說法正確的是( )
A.工人甲在將磚塊拋出時(shí)(磚未離手),磚塊處于失重狀態(tài)B.工人甲在將磚塊拋出時(shí)(磚未離手),磚塊間作用力等于mgC.工人甲在將磚塊拋出后,磚塊處于失重狀態(tài)D.工人甲在將磚塊拋出后,磚塊間作用力等于mg
3.在探究超重和失重規(guī)律時(shí),某重力為G的同學(xué)站在一壓力傳感器上完成一次下蹲動(dòng)作.傳感器和計(jì)算機(jī)相連,經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后得到壓力F隨時(shí)間t變化的圖像,則下列圖像可能正確的是( )
4.如圖所示,一個(gè)質(zhì)量是50 kg的人站在升降機(jī)的地板上,升降機(jī)的頂部懸掛了一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì),彈簧測(cè)力計(jì)下面掛著一個(gè)質(zhì)量為mA=5 kg的物體A,當(dāng)升降機(jī)向上運(yùn)動(dòng)時(shí),他看到彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為40 N,g取10 m/s2,求此時(shí)人對(duì)地板的壓力.
解析:升降機(jī)所處的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)未知,但可由物體A的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析求得.以A為研究對(duì)象,對(duì)A進(jìn)行受力分析如圖所示.
再以人為研究對(duì)象,人受到豎直向下的重力m人g和地板的支持力FN.選向下的方向?yàn)檎较?由牛頓第二定律可得m人g-FN=m人a,所以FN=m人g-m人a=50×(10-2) N=400 N,由牛頓第三定律可知,人對(duì)地板的壓力大小FN'=FN=400 N,方向豎直向下.
答案:400 N,方向豎直向下

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