用超重失重观点巧解力学问题

付同森

(广西南宁市第二中学 530029)

当物体存在向上的加速度时，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叫做超重.当物体存在向下的加速度时，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叫做失重.

在教学中很多题目涉及超重或失重现象，如果不要求定量计算，可以直接用超重或失重的结论解答，能起到事半功倍的效果.

例1 如图所示，质量为M的木楔ABC静置于粗糙水平面上，在斜面顶端将一质量为m的物体，以一定的初速度从A点沿平行斜面的方向推出，物体m沿斜面向下做减速运动，在减速运动过程中，下列说法中正确的是( ).

A．地面对木楔的支持力大于(M+m)g

B．地面对木楔的支持力小于(M+m)g

C．地面对木楔的支持力等于(M+m)g

D．地面对木楔的摩擦力为0

解析物体m沿斜面向下做减速运动，加速度方向沿斜面向上，则其沿竖直向上的方向有分量，系统处于超重状态，故A正确，B、C错误；物体加速度沿水平方向的分量向右，说明地面对木楔的摩擦力方向水平向右，故D错误，答案为A．

例2 磁铁悬挂在支架上，支架悬挂在梁上，设悬挂电磁铁的细绳拉力大小为F，悬挂支架的细绳拉力大小为T，则在电磁铁通电后铁块向上运动过程中与通电前相比( ).

A．F不变 B．F增大

C．T不变 D．T增大

解析以ABC为整体，通电前悬挂支架的细绳拉力等于整体总重力，通电后，铁块加速上升，C物体的加速度向上，整体重心加速上升，整体处于超重状态，所以此时T大于整体总重力．对A做受力分析可知，通电前，悬挂电磁铁的细绳拉力大小为F=mAg，通电后，A增加一个竖直向下的铁块对电磁铁的吸引力，故拉力F增大．故答案为BD.

例3 如图，在升降机的地板上，放一物体A，A被一伸长的弹簧拉住而静止，升降机运动后，发现A被弹簧拉动，则升降机的运动可能是( ).

A.加速上升 B.减速下降

C.减速上升 D.加速下降

解析A被弹簧拉动，说明A与升降机底板间的最大静摩擦力减小，而最大静摩擦力与正压力成正比，由此可知，A对地板的压力减小，也就是说物体所受支持力减小，重力大于支持力，合力向下，物体存在向下的加速度，说明物体处于失重状态.可见C和D是正确的.

例4 直升机悬停在空中向地面投放装有救灾物资的箱子，如图所示．设投放初速度为零，箱子所受的空气阻力与箱子下落速度的平方成正比，且运动过程中箱子始终保持图示姿态．则在箱子下落过程中，下列说法正确的是( ).

A．箱内物体对箱子底部始终没有压力

B．箱子刚从飞机上投下时，箱内物体受到的支持力最大

C．箱子接近地面时，箱内物体受到的支持力比刚投下时大

D．若下落距离足够长，箱内物体有可能所受支持力等于它的重力

例5 如图所示，4个相同的钩码分别挂在滑轮的两边, 系统处于静止状态，这时弹簧秤的读数为T.若把钩码2从左边快速移到右边的钩码4上，钩码1和钩码2、3、4将沿上、下不同方向加速运动，这时弹簧秤的读数T将( ).

A. 增大 B.减小

C.不变 D.无法确定

解析由于把钩码2从左边快速移到右边的钩码4上，4个钩码将加速运动，2、3、4钩码竖直向下加速运动，钩码1加速向上运动，把4个钩码看为一个系统，则该系统整体重心将加速向下运动，该系统处于失重状态.故弹簧秤的读数T将减小，即选项B正确，故答案为B.

例6 如图6所示，台秤上有一装水容器，容器底部用一质量不计的细线系住一个乒乓球．某时刻细线断开，乒乓球向上加速运动，在此过程中，关于台秤的示数与线断前相比的变化情况．下列说法正确的是( ).

A. 增大 B.减小 C.不变 D.无法确定

解析乒乓球加速上升，整个系统重心向下加速，系统处于失重状态，故D正确，答案为B．

例7 如图7所示，在一根竖直放置的两端封闭的细玻璃管内，封闭着空气，气体被一段水银柱分为上、下两部分，玻璃管和水银柱都处于静止状态.当管在竖直方向运动时，发现水银柱相对玻璃管向上移动了一的段距离(温度不变)，玻璃管的运动情况可能是( ).

A.向上加速运动 B.向下减速运动

C.向下加速运动 D.向上减速运动

解析根据题中所给出的物理情景可知，气柱1的气体压强变大，气柱2的气体压强变小，水银柱所受合力竖直向下，这说明水银柱处于失重状态，由失重原理知，系统具有向下的加速度，可见选项C和D是正确的.故答案为C和D.

例8 如图8所示是某同学站在力板传感器上做下蹲——起立的动作时记录的压力F随时间t变化的图线.由图线可知该同学( ).

A．体重约为650 N

B．做了两次下蹲——起立的动作

C．做了一次下蹲——起立的动作，且下蹲后约2 s起立

D．下蹲过程中先处于超重状态后处于失重状态

解析当该同学站在力板传感器上静止不动时，其合力为零，即压力读数恒等于该同学的体重值，由图线可知：该同学的体重为650 N，A正确；每次下蹲，该同学都将经历先向下做加速(加速度方向向下)、后减速(加速度方向向上)的运动，即先经历失重状态，后经历超重状态，读数F先小于体重，后读数F大于体重；每次起立，该同学都将经历先向上做加速(加速度方向向上)、后减速(加速度方向向下)的运动，即先经历超重状态，后经历失重状态，读数F先大于体重、后小于体重.由图线可知：C正确，B、D错误．故答案为A和C．

参考文献：

[1]许弟余,王长江,王志军.利用超重、失重观点解答一类力学问题[J].湖南中学物理,2010(07).