【矩道物理虚拟实验室】高中物理力学模型—超重和失重

2022/4/15 9:45:16 矩道科技 产品动态

重和失重是高中物理学习过程中应用规律分析现象的典型实例,是对牛顿运动定律的运用,也是高考重要知识点和学生易混淆的知识点之一。今天我们借助矩道物理虚拟仿真软件来探究超重和失重的问题。

想要厘清超重和失重的本质现象,首先要清楚几个概念。

概念

视重:当物体挂在弹簧测力计下或放在水平台秤上时,弹簧测力计或台秤的读数称为视重。视重的大小等于秤所受的拉力或压力。

超重:物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)大于物体所受重力的现象。超重产生的条件是物体要具有向上的加速度。

失重:物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)小于物体所受重力的现象。失重产生的条件是物体要具有向下的加速度。

完全失重:物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)等于零的现象。它产生的条件是物体的加速度等于重力加速度,且方向向下。

对视重、超重和失重的理解

1、不论超重、失重或完全失重,物体的重力都不变,只是视重的改变。千万不要错误地认为超重就是超过重力,失重就是失去重力。

2、物体是否处于超重或失重状态,不在于物体向上运动还是向下运动,而在于物体具有向上的加速度还是向下的加速度。这也是判断物体超重或失重的根本所在。而有些学生容易把超重、失重现象的运动学特征与物体的运动方向相联系,认为超重一定是物体向上运动、失重一定是物体向下运动。然而真实情况是,物体处于超重状态时,不一定向上加速运动,也可能向下减速运动;物体处于失重状态时,不一定向下加速运动,也可能向上减速运动。

几个常见模型

一:电梯

电梯在运行过程中,电梯中的人所处的状态就包含了超重、失重状态。现在我们分析下电梯的运行过程。

(1)电梯上升过程

① 加速阶段,电梯加速度向上,人处于超重状态,人对电梯的压力大于重力;

② 平稳运行阶段,电梯匀速上升,此时加速度为零,人既不超重也不失重,人对电梯的压力等于重力;

③ 减速阶段,电梯做减速上升运动,直至电梯停止上升,速度减为零,此阶段加速度向下,人处于失重状态,人对电梯的压力小于重力。

(2)电梯下降过程

① 加速阶段,电梯加速度向下,人处于失重状态,人对电梯的压力小于重力;

② 平稳运行阶段,电梯匀速下降,此时加速度为零,人既不超重也不失重,人对电梯的压力等于重力;

③ 减速阶段,电梯做减速下降运动,直至电梯停止下降,速度减为零,此阶段加速度向上,人处于超重状态,人对电梯的压力大于重力。

斜面--自动扶梯

斜面上的超重、失重问题常常伴随着对摩擦力、压力的研究。

①   当扶梯加速上升时,物体处于超重状态,物体对扶梯的压力变大,对扶梯的摩擦力变大;

② 当扶梯减速上升时,物体处于失重状态,物体对扶梯的压力变小,对扶梯的摩擦力变小;

③ 当扶梯加速下降时,物体处于失重状态,物体对扶梯的压力变小,对扶梯的摩擦力变小;

④ 当扶梯减速下降时,物体处于超重状态,物体对扶梯的压力变大,对扶梯的摩擦力变大。

升降机中的弹簧

(1)弹簧悬挂在顶端,静止时弹簧伸长Lo

① 当升降机加速上升时,物体超重,物体对弹簧拉力大于重力,弹簧伸长量L > Lo;

② 当升降机减速上升时,物体失重,物体对弹簧拉力小于重力,弹簧伸长量L < Lo;

③ 当升降机加速下降时,物体失重,物体对弹簧拉力小于重力,弹簧伸长量L < Lo;

④ 当升降机减速下降时,物体超重,物体对弹簧拉力大于重力,弹簧伸长量L > Lo。

(2)弹簧放置在底部,静止时弹簧压缩Lo

① 当升降机加速上升时,物体超重,物体对弹簧压力大于重力,弹簧压缩量L > Lo;

② 当升降机减速上升时,物体失重,物体对弹簧压力小于重力,弹簧压缩量L < Lo;

③ 当升降机加速下降时,物体失重,物体对弹簧压力小于重力,弹簧压缩量L < Lo;

④ 当升降机减速下降时,物体超重,物体对弹簧压力大于重力,弹簧压缩量L > Lo。

如果将此模型中的弹簧更换为细绳或杆,或者再在升降机中加斜面,情况都是一样的,不再重复分析。

以上是超重和失重在物理3D教学软件中的内容展示。

生活中遇到的超重、失重现象有很多,除了电梯之外,还有人本身的下蹲及起立过程,飞机的起飞、降落过程,火箭的发射以及一些惊险刺激的游乐项目如蹦极、过山车、跳楼机等等。

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