3.6超重与失重

在铁球从液体中加速下落时，台 秤的读数将如何变化？
实验猜想
• 论证与分析：系统的重心加速下降--动2
若将乒乓球被拴在量 筒底部，浸在水中，设法 让球从底部脱离上浮，台 秤的读数将如何变化？
人造地球卫星，宇宙飞 船、 航天飞机绕地 球做圆周运动。 所受地球的引力只改变速度 的方向，不改变速度的大小。 向心加速度的大小等于 所在位置重力加速度的大小。 航天飞机中的人和物， 都处 于
规律总结：
(1)判断超重现象和失重现象，其关键是看加速度的方 向，而不是运动的方向． (2)如知道物体处于超重状态，只能知道物体的加速度 方向向上，物体是向上加速、还是向下减速却无法判 断． (3)如求物体的视重，则可选加速度方向为正方向，分 析物体受力，利用牛顿第二定律求得．
当物体加速度为g时，物体处于什么状态？ 物体只受重力作用，对悬挂物的拉力或 支持物的压力为零.
g0
航天器中的宇航员
g
近地卫星
g
完全失重状态
远离地球的卫星
课堂练习：
某人在地面上最多只能举起60kg的物体，那么 他在一以2.5m/s2的加速度匀加速下 降的电梯里最多能举起多重的物体？ （g取10m/s2） N
解：因为人的最大举力恒定，本题中， 此人的最大举力为600N，即他在电梯 中所能提供给物体的最大支持力为 600N， 以物体为研究对象，根据牛顿第 二定律可知，G-N=ma，即 mg=ma+N,∴m=N/(g-a)=80kg；
v
a
G
课堂练习：
与奥运会举重冠军的挺举记录200kg来说，我们同学 挺举成绩50kg是微不足道的，但学 习了本节的知识后，你能不能设计 一个有效的方案，使我们同学也能 N 平冠军的记录呢？（g取10m/s2）
解：因为人的最大举力恒定，所以只要站 在加速下降或减速上升的电梯中，人提供 给杠铃的最大支持力N仍为500N，但就可 以举起处于失重状态的质量m为200kg的杠 铃； 以杠铃为研究对象，根据牛顿第二 定律可知，G-N=ma，即a=(G-N)/m, ∴a=(G-N)/m=7.5m/s2
a
G
超重与失重
概 念
• 视重：物体对悬挂物的拉力或者对 支持物的压力
(弹簧测力计或天平的示数)
视 重
• 实重：物体实际受到的重力G＝mg • 超重：视重大于实重 • 失重：视重小于实重
超重是重力增加，失重是失去重力吗？ 超重与失重现象产生的本质是： 重力不变，只是重力不等于支持力或拉 力。
观察
体重秤示数为50kg
体重秤示数为55kg
体重秤示数为50kg
体重秤示数为45kg
体重秤示数为45kg
体重秤示数为50kg
体重秤示数为55kg
N
mg
F合=mg-N =N-mg =ma =ma F 合
示数 N =mg-ma N <mg 偏小 失重 向下加速 初期
N =mg
电 梯 上 升
示数 偏大 a N>mg 初期 超重 向上加速
•
•
记者：在船舰分离的时候，你感觉怎么样？
杨利伟：在船箭分离时候，感觉身体突然被 抛了一下，就飘了起来，船里的小灰尘也飘起来 了。这时，人进入（ 失重 ）状态
练习：一个人站在医用体重计的测盘上不动时测得重为G， 当此人突然下蹲时，磅秤的读数（ ） B A B C D 先大于G，后小于G 先小于G，后大于G 大于G 小于G
思维点拨：人下蹲是怎样的一个过程？
人下蹲过程分析：由静止开始向下运动，速度增加，具有 向下的加速度（失重）；蹲下后最终速度变为零，故还有 一个向下减速的过程，加速度向上（超重）。 思考：如果人下蹲后又突然站起，情况又会怎样？
第六节 超重与失重
【例题】有一质量为60kg的人站在一放置于升 降机的底板上的台秤上，当升降机作如下运动 时，台秤的示数为多少？ 1.升降机以v=5m/s的速度匀速上升时； 2.升降机以a=5m/s2的加速度加速上升时； 3.升降机以a=5m/s2的加速度减速上升时； 4.升降机以a=5m/s2的加速度加速下降时；
N=mg+ma N =mg
a
匀速
示数 a=0 正常
中期
电 梯 下 降
匀速
中期
示数 a=0 正常
示数 N=mg-ma N<mg 偏小 向上减速 失重 末期
a
示数 N=mg+ma N >mg 偏大 超重 向下减速 末期
a
结论
• 超重（overweight） ：视重>实重 条件：具有向上的加速度 N=mg+ma 物体运动状态：向上加速或向下减速 • 失重(weightlessness)：视重<实重 条件：具有向下的加速度 N=mg-ma 物体运动状态：向上减速或向下加速
利用完全失重条件的科学研究
液体呈绝对球型
含气泡的金属
制造理想的滚珠 滚动轴承
第六节 超重与失重
在完全失重的空间里，科学家们可以进行大量的 生物、生理、生化、物理、医学等实验，并能取得地面 上进行同样实验无法达到的优秀效果。完全失重的空间 里还有许多未被开垦的处女地，各国宇航局都力图率先 在这些领域取得突破性进展，为此，发达国家的宇航局 也曾向世人征求可在飞船里进行实验的方案。 北京市一名中学生曾设计出一个方案：即研究在 完全失重的条件下，人的思维反应速度是不变、变快还 是变慢。受到了发达国家宇航局的关注。 如果在座的各位同学在这方面有什么奇思妙想， 不妨寄与我国宇航部门，希望将来在我国飞船上进行的 实验里，有你们设计的方案。
5.升降机以a=5m/s2的加速度减速下降时；
6.升降机以a=g的加速度加速下降时；
宇宙探索中的超重和失重现象
环绕地球飞行的宇宙飞船里用秤是称不出任何物体的重力的。那说明宇宙飞船内 的物体都处于完全失重状态，飞船内的空间是一个完全失重的空间。重力产生的一切 现象消失。
1. 无法用弹簧测力计测物体的重力 2. 无法用天平测量物体的质量 3. 单摆停摆 0 4. 浮力消失 5. 液体压强计无法使用
物体处于完全失重状态
完全失重：视重=0，a=g，方向竖直向下
自由落体运动
多人乘坐一台电梯时，当电梯 静止时，超重报警装置并没有
响，可是当电梯刚向上启动时，
报警装置却响起来，运行一段 时间后，报警装置又不响了。 这是怎么回事呢？难道时报警 器坏了吗？
• 航天员杨利伟返回地面后，电视台记者在对他进行 采访时，有一段很生动的对话： • • • • 记者：当你乘坐飞船升空时，你有什么感觉？ 杨利伟：感到有载荷，就是感到胸部受到压力。 记者：压力很大？感到很难受吗？ 杨利伟：还可以，不觉得很难受。我们平时训练时 ，这种压力可达到8个G，说得通俗一点，就等于有8 个人压在你的身上。飞船发射时时，感觉（超重 ） 感比较强
拓展性课题一：载人航天飞船在 发射升空和降落时,如果杨利伟 保持直立的姿态,则他的心血管 系统会受到何种影响?你认为他 应采取什么姿态?
解析:飞船在发射升空和降落时处于 超重状态,在超重状态下,人直立,头部 血液会流向下肢,血液淤积在下肢静 脉中,影响血液回流心脏,造成头部供 血不足,引起头晕,视物模糊,反应迟钝 ,操纵准确度下降;重则意志丧失,完全 失去控制飞船的能力.因此宇航员在 发射和降落阶段应采取平躺或平卧姿 态.
【观察与思考】人从离开起跳点开始经历了哪些过程？
蹦极是深受人喜爱的一种
运动，刺激但危险性也大。曾
有人这么形容蹦极时的感受：
随着弹性绳的伸缩，一忽儿象 掉入无底深渊，整个心脏都仿 佛往上提；一忽儿又好象有一 只大手把人往下压，想抬头都 困难。
【观察与思考】？为什么心脏病人不宜乘坐？
探究活动1
● 如果所示，将铁球悬绳剪断，